一款低成本AM/FM车载收音机设计

摘要：如何设计一款既达到成本控制需求，又能达到高质量音频享受的广播音讯产品来满足此领域对于降低成本和简易设计的需求成为行业焦点。为了实现低成本AM/FM车载收音机应用，本文引入低成本微控制器MC9S08QG8、集成收音芯片TEF6621、低成本音频处理及高保真功率输出方案，并以精简硬件设计电路，同时描述了器件选择、总体构建思路与硬件设计细节。本设计方案能满足低功耗、低成本、高性能、高音质等要求。

关键词：车载收音机;AM/FM;微控制器;MC9S08QG8;TEF6621;硬件设计

随着汽车从代步工具转变为集休闲、娱乐为一体的个性化消费品，消费者对汽车娱乐方面的要求不断提升，汽车产业也正面临强大的市场压力，亟需在不牺牲效能的情况下降低成本，这个现象在入门级汽车市场尤为明显，而消费者对于低价车辆的需求让低端媒体娱乐市场的年成长率超过10%。AM/FM收音机以其低成本高音质等特点，尤为得到广泛的欢迎。如何设计一款既达到成本控制需求，又能达到高质量音频享受的广播音讯产品来满足此领域对于降低成本和简易设计的需求成为行业焦点。我们可以想象收音机的不断的改进和不断创新，使收音机的发展空间愈来愈大。

通常的传统的收音机解决方案为采用由分列集成单元构成调频/调幅收音机，其主要组成为：天线、输入回路、高频放大电路、混频电路、本机振荡电路、中频放大电路、鉴频电路、低频功率放大电路、扬声器等。改方案的设计实现非常复杂，并且音质噪声大，音频信号失真严重，各方面评估都不是一种最好的解决方法。本文将设计一个新型的、低成本的、使用RFCMOS单芯片AM/FM收音机解决方案，精简型微控制器，配合超低成本音频音效处理DSP和高保真音频功率放大器，实现元器件极少、走线极少、体积极小、成本极低的高品质AM/FM车载收音解决方案。

1 器件选择

为了实现低端轿车或超应用低成本的目标，首要任务是选择合适的微控制器(MCU)和AM/FM低中频调谐器。Freescale半导体公司最新推出的MC9S08QG低端微控制器系列，其处理内核、片上外围设备、节电功能和开发工具等，构成了成本、能源、效率敏感的控制应用的理想解决方案。本无线控制器设计的核心器件即选择Freescale该系列中的仅有16引脚的MC9S08QG8。MC9S08QG8是采用高性能、低功耗的HCS08内核的飞思卡尔8位微控制器系列中具有很高的集成度的器件，内置8K FLASH存储器、512字节RAM、SCI/SPI/IIC接口、8位模数定时器模块、A/D模块等。MC9S08QG8 MCU集成了那些通常只有较大、较昂贵的元器件才具有的性能，包括背景调试系统以及可进行实时总线捕捉的内置在线仿真(ICE)功能，具有单线的调试及仿真接口(BDM)，还包括一个可编程的16位定时器/脉冲宽度调制(PWM)模块(TPM)，是同类产品中最灵活、又最经济的模块之一。

另一个主要芯片为低中频调谐器，选择NXP半导体公司的TEF6621。TEF6621，为NXP(恩智浦)公司其极为成功的RFCMOS单芯片车载收音机解决方案系列。作为业界广泛应用的TEF6601和TEF6606的升级版本，TEF6621调谐器能让我们确保在汽车收音机系统中很小的空间里安装更加令人激动的特色功能。调谐器的创新特色在于全部关键射频组件一一包括：压控振荡器，陶瓷滤波器，中频变压线圈，低噪声放大器和自动增益控制，只需要32个低成本的无源外围器件(电容、电阻、电感及晶体管)。此外，通过特殊的大信号处理的功能，这款低中频调谐器能很好的支持汽车收音机应用的高性能需求。基于TEF6621设计的车载收音机系统将因为更加完善的弱信号处理、FM噪声消隐、对环境干扰噪声更强的多路径抑制能力、按压噪声抑制等功能而成为理想的收音机解决方案。

剩下就是数字音频信号处理子系统和音频音效处理放大输出电路，本方案采用PT2313对系统音频进行处理，PT2313L音频处理器具有高、低音控制功能和高响度(重低音)控制功能，同时具有三路立体声输入端口，且其增益可由微控器控制此外，它还具有四路独立的功放激励端口，且可由微控器控制其输出、平衡度和静音关闭等功能其音量也可由微控器控制，最小步进量为1.25 dB。

采用ST半导体4×41W的四桥汽车音响放大器TDA7388，TDA7388是一种新技术AB类音频功率放大器，使用flexiwatt 25封装设计，因其高输出功率能力，低失真低输出噪声，静音功能，低外部元件数，内部固定增益(为26 dB)，无需外部补偿，无启动电容器等特点，成为高端汽车收音机首选。

MC9S08QG8内部IIC模块实现通过IIC总线与调谐器TEF6621及音效处理及音量调节器PT2313进行数据通信控制，实现对收音频率的选择和音频音量的调节。并且通过MC9S08QG8微处理器对整个音频高功率部分进行控制，实现待机(standby)、关机(shut up)等控制。

至于其它外围器件则可选用通用的，比如AM/FM天线、液晶显示器使用16x2的字符型LCD，以及作为调谐使用的编码电位器等，这部分的电路应用已是成熟技术。

2 音频音效处理与均衡技术

随着科学技术的不断发展，广播节目从采编、制作到传播、发送，都使用了较先进的技术设备，节目的质量也大为提高。虽然如此，接收天线与网络的匹配问题和音频信号在传输过程中的噪音和衰减问题仍然困扰着高保真音频享受技术的实现，这主要原因为工程师很少关心音频处理器的工作状态及设置问题。

广播音频信号在处理过程中存在很大的非线性，对音频处理设备来说，它不仅包括对信号的压缩、限制、削波、扩展等处理方式，而且还对音频处理设备安装的位置、引线长短，以及在高电磁场强辐射环境下抗干扰能力等方面都有严格的要求。

音频传播媒体特征，也即声波的物理特性，音频的记录和产生方式多种，主要包括模/数、数/模转换、数据压缩和声音合成等。音频数据的编辑处理方法也是多样，总的来说音频信号的处理方法大致可分为两类：一种是数字音频方式，另一种是分析一合成的方式。

规则音频是一种连续变化的模拟信号，可用一条连续的曲线来表示，称为声波。模拟信号的曲线无论多复杂，在任一时刻t都可分解成一系列正弦波的线性叠加：