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[導(dǎo)讀]RDA5800芯片是銳迪科微電子(RDA Micro)公司獨(dú)立開發(fā)的一顆全集成CMOS FM Tuner芯片,具有高集成度、高性能、低成本、低功耗等方面的優(yōu)勢,是目前極具市場競爭優(yōu)勢的一款產(chǎn)品,受到業(yè)內(nèi)專家和應(yīng)用工程師的普遍關(guān)注。下面就來討論一下此款芯片的功能特性及設(shè)計技巧。

近幾年,隨著手機(jī)應(yīng)用的多功能化以及MP3/MP4媒體播放器的普及,F(xiàn)M接收已經(jīng)成了必備的功能。有業(yè)內(nèi)人士曾經(jīng)樂觀表示,到2008年,F(xiàn)M手機(jī)可以占到總量的40%以上,這樣大的終端市場勢必導(dǎo)致對FM接收芯片(FM Tuner)的需求也越來越大。而與此同時,伴隨著集成電路設(shè)計和制造技術(shù)的快速發(fā)展,F(xiàn)M Tuner開始從模塊化時代向SoC時代演進(jìn)。單芯片F(xiàn)M Tuner技術(shù)日臻完善,性能也相比于以前有了很大的提高,具備了高接收靈敏度,能夠支持單聲道(mono)和立體聲(stereo)切換,并且開始支持無線數(shù)據(jù)服務(wù) (RDS)/無線廣播數(shù)據(jù)服務(wù)(RBDS)。

RDA5800芯片是銳迪科微電子(RDA Micro)公司獨(dú)立開發(fā)的一顆全集成CMOS FM Tuner芯片,具有高集成度、高性能、低成本、低功耗等方面的優(yōu)勢,是目前極具市場競爭優(yōu)勢的一款產(chǎn)品,受到業(yè)內(nèi)專家和應(yīng)用工程師的普遍關(guān)注。下面就來討論一下此款芯片的功能特性及設(shè)計技巧。

RDA5800芯片基本特性

它采用中芯國際(SMIC)0.18微米 RF CMOS先進(jìn)工藝,射頻部分采用了低中頻結(jié)構(gòu),F(xiàn)M立體聲解碼則由數(shù)字DSP來實現(xiàn),驅(qū)動部分將語音功放集成到了芯片中,這些都有效地提高了芯片性能,降低了解決成本,并具有非常好的集成度。芯片采用4×4mm 24腳QFN封裝,內(nèi)部集成了LDO和晶體振蕩電路,總的工作電流為16mA,具有自動搜臺,柔軟靜音,重低音,噪聲抑制,直接驅(qū)動耳塞等優(yōu)異的性能。

RDA5800芯片的主要性能指標(biāo)如表1所示。

RDA5800芯片工作原理

RDA5800主要分成模擬和數(shù)字兩大部分。模擬部分包括支持所有FM頻段(76~108M Hz)的低噪聲放大器(LNA)、限幅器(Limiter)、正交鏡像抑制混頻器(MIXER)、可調(diào)增益放大器(PGA)、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、頻率合成器(Synthesizer)以及電源用的LDO。數(shù)字部分則包括了語音處理DSP以及數(shù)字接口。

 

表1:RDA5800芯片的主要性能指標(biāo)
表1:RDA5800芯片的主要性能指標(biāo)

 

圖1:RDA5800系統(tǒng)原理圖
圖1:RDA5800系統(tǒng)原理圖

基本工作原理如下:

天線接收到空中的FM信號,首先由LNA將信號進(jìn)行放大,并轉(zhuǎn)為差分輸出電壓,這可以有效抑制芯片內(nèi)部及PCB板上的噪聲,提高接收靈敏度。在RDA5800芯片中,LNA支持單端輸入工作方式,只需要將另外一個輸入端接地即可,大大簡化了普通射頻電路復(fù)雜而敏感的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)。由于FM輸入端沒有SAW帶通濾波器,將有很多FM頻帶外的噪聲進(jìn)到芯片內(nèi)部,限幅器檢測LNA輸出信號電壓幅度大小,當(dāng)達(dá)到閾值后會自動恒定,防止LNA因帶外噪聲飽和而產(chǎn)生非線性失真;混頻器將LNA輸出信號下變頻到低中頻,同時實現(xiàn)對鏡頻的抑制。低中頻既可以避免零中頻結(jié)構(gòu)直流噪聲難以消除的難題,又減小了ADC的輸入信號帶寬;PGA將MIXER輸出的I、Q兩路正交中頻信號放大送給ADC,它的增益由DSP動態(tài)控制,有效地降低了對ADC輸入動態(tài)范圍的要求;ADC采用的是delta-sigma帶通過采樣結(jié)構(gòu),它具有高精度和低功耗的特點,并且對帶外噪聲有抑制,很適合處理中、低頻信號。ADC輸出既包括低頻的有效信號,也包括調(diào)制到高頻的噪聲,信號和噪聲都同時送給后面的DSP處理;DSP完成解調(diào)后,將語音信號分別送給左右聲道高精度DAC。DAC同時也是一個低通濾波器,對語音頻帶外的噪聲進(jìn)行衰減,然后將語音信號通過音量控制寄存器放大,最終通過芯片內(nèi)部集成的功放送出。

核心的FM解調(diào)和語音處理工作由語音處理DSP來完成,DSP首先對ADC送過來的數(shù)據(jù)通過數(shù)字濾波器(Digital Filter)降采樣和濾波,濾除調(diào)制高頻噪聲,恢復(fù)出低頻信號,然后將信號進(jìn)行解調(diào)(MPX Decoder),完成單聲道和立體聲的切換,之后再加載上可調(diào)重低音功能和靜音功能。

頻率合成器根據(jù)頻點設(shè)置,產(chǎn)生對應(yīng)的正交本振信號送給MIXER,它的參考時鐘為32.768KHz,因為32K晶體在FM頻段內(nèi)的高次諧波能量小。頻率合成器中的主要模塊壓控振蕩器(VCO)采用片上電感LC VCO結(jié)構(gòu),并且將環(huán)路濾波器都全集成到了芯片中;RDA5800內(nèi)部集成了晶體振蕩電路,直接支持片外晶體,這些都大大減小了芯片外圍元件數(shù)量和PCB版圖面積,提高了可靠性,使本振信號具有很好的相位噪聲和調(diào)節(jié)靈活性。

芯片內(nèi)部集成了LDO為整個芯片供電,它有較高的電源電壓抑制比,保證了芯片在2.7~5.5V的電壓范圍內(nèi)都可以正常工作。芯片支持普通電池直接供電,簡化了芯片使用條件。

RDA5800的接口支持兩線和三線,同時帶GPIO數(shù)字接口。編程簡單,只需要寫入頻點或者直接搜臺,芯片內(nèi)部會自動完成其他的換算工作。

RDA5800的應(yīng)用

基于RDA5800應(yīng)用系統(tǒng)原理圖,圖2為RDA5800的應(yīng)用方案:

圖2:RDA5800應(yīng)用方案
圖2:RDA5800應(yīng)用方案

J1是普通的耳塞,天線就是耳塞的接地線,L3和C3構(gòu)成LC諧振腔,提供直流接地的情況下不衰減FM信號。R1為數(shù)字接口的上拉電阻;C6為電源濾波電容,實際PCB布板使用中應(yīng)盡量靠近芯片,C4和C5是隔直耦合電容,同時和耳塞的特征電阻構(gòu)成了一個RC高通濾波器,有濾除低頻噪聲的效果。由于重低音可調(diào),可以通過預(yù)加重,C4和C5電容可以用更小值電容代替,衰減掉的信號可以用可以大大節(jié)省PCB板面積。

圖3:RDA5800的評估板
圖3:RDA5800的評估板

圖3是RDA5800的評估板,相比較于傳統(tǒng)的FM芯片外圍需要20多個元件和11×11mm的PCB板面積,RDA5800的優(yōu)勢是很明顯的:PCB面積只有6×6mm,外圍的元器件數(shù)量小于10。

RDA5800具有簡單易用、高性價比的特點,是FM SoC 時代的標(biāo)志性產(chǎn)品,適用于各類具有收音機(jī)功能的便攜式產(chǎn)品,主要包括:移動電話、筆記本電腦、MP3/MP4媒體播放器、PDA、獨(dú)立式調(diào)頻收音機(jī)、無線耳機(jī)等。

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