RDA5800收音机芯片工作原理与应用
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近几年，随着手机应用的多功能化以及MP3/MP4媒体播放器的普及，FM接收已经成了必备的功能。有业内人士曾经乐观表示，到2008年，FM手机可以占到总量的40%以上，这样大的终端市场势必导致对FM接收芯片(FM Tuner)的需求也越来越大。而与此同时，伴随着集成电路设计和制造技术的快速发展，FM Tuner开始从模块化时代向SoC时代演进。单芯片FM Tuner技术日臻完善，性能也相比于以前有了很大的提高，具备了高接收灵敏度，能够支持单声道(mono)和立体声(stereo)切换，并且开始支持无线数据服务 (RDS)/无线广播数据服务(RBDS)。
RDA5800芯片是锐迪科微电子(RDA Micro)公司独立开发的一颗全集成CMOS FM Tuner芯片，具有高集成度、高性能、低成本、低功耗等方面的优势，是目前极具市场竞争优势的一款产品，受到业内专家和应用工程师的普遍关注。下面就来讨论一下此款芯片的功能特性及设计技巧。
RDA5800芯片基本特性
它采用中芯国际(SMIC)0.18微米 RF CMOS先进工艺，射频部分采用了低中频结构，FM立体声解码则由数字DSP来实现，驱动部分将语音功放集成到了芯片中，这些都有效地提高了芯片性能，降低了解决成本，并具有非常好的集成度。芯片采用4×4mm 24脚QFN封装，内部集成了LDO和晶体振荡电路，总的工作电流为16mA，具有自动搜台，柔软静音，重低音，噪声抑制，直接驱动耳塞等优异的性能。
RDA5800芯片的主要性能指标如表1所示。
RDA5800芯片工作原理
RDA5800主要分成模拟和数字两大部分。模拟部分包括支持所有FM频段(76～108M Hz)的低噪声放大器(LNA)、限幅器(Limiter)、正交镜像抑制混频器(MIXER)、可调增益放大器(PGA)、高精度模数转换器(ADC)、高精度数模转换器(DAC)、频率合成器(Synthesizer)以及电源用的LDO。数字部分则包括了语音处理DSP以及数字接口。
表1：RDA5800芯片的主要性能指标
图1：RDA5800系统原理图
基本工作原理如下：
天线接收到空中的FM信号，首先由LNA将信号进行放大，并转为差分输出电压，这可以有效抑制芯片内部及PCB板上的噪声，提高接收灵敏度。在RDA5800芯片中，LNA支持单端输入工作方式，只需要将另外一个输入端接地即可，大大简化了普通射频电路复杂而敏感的输入匹配网络。由于FM输入端没有SAW带通滤波器，将有很多FM频带外的噪声进到芯片内部，限幅器检测LNA输出信号电压幅度大小，当达到阈值后会自动恒定，防止LNA因带外噪声饱和而产生非线性失真；混频器将LNA输出信号下变频到低中频，同时实现对镜频的抑制。低中频既可以避免零中频结构直流噪声难以消除的难题，又减小了ADC的输入信号带宽；PGA将MIXER输出的I、Q两路正交中频信号放大送给ADC，它的增益由DSP动态控制，有效地降低了对ADC输入动态范围的要求；ADC采用的是delta-sigma带通过采样结构，它具有高精度和低功耗的特点，并且对带外噪声有抑制，很适合处理中、低频信号。ADC输出既包括低频的有效信号，也包括调制到高频的噪声，信号和噪声都同时送给后面的DSP处理；DSP完成解调后，将语音信号分别送给左右声道高精度DAC。DAC同时也是一个低通滤波器，对语音频带外的噪声进行衰减，然后将语音信号通过音量控制寄存器放大，最终通过芯片内部集成的功放送出。
核心的FM解调和语音处理工作由语音处理DSP来完成，DSP首先对ADC送过来的数据通过数字滤波器(Digital Filter)降采样和滤波，滤除调制高频噪声，恢复出低频信号，然后将信号进行解调(MPX Decoder)，完成单声道和立体声的切换，之后再加载上可调重低音功能和静音功能。
频率合成器根据频点设置，产生对应的正交本振信号送给MIXER，它的参考时钟为32.768KHz，因为32K晶体在FM频段内的高次谐波能量小。频率合成器中的主要模块压控振荡器(VCO)采用片上电感LC VCO结构，并且将环路滤波器都全集成到了芯片中；RDA5800内部集成了晶体振荡电路，直接支持片外晶体，这些都大大减小了芯片外围元件数量和PCB版图面积，提高了可靠性，使本振信号具有很好的相位噪声和调节灵活性。
芯片内部集成了LDO为整个芯片供电，它有较高的电源电压抑制比，保证了芯片在2.7～5.5V的电压范围内都可以正常工作。芯片支持普通电池直接供电，简化了芯片使用条件。
RDA5800的接口支持两线和三线，同时带GPIO数字接口。编程简单，只需要写入频点或者直接搜台，芯片内部会自动完成其他的换算工作。
RDA5800的应用
基于RDA5800应用系统原理图，图2为RDA5800的应用方案：
图2：RDA5800应用方案
J1是普通的耳塞，天线就是耳塞的接地线，L3和C3构成LC谐振腔，提供直流接地的情况下不衰减FM信号。R1为数字接口的上拉电阻；C6为电源滤波电容，实际PCB布板使用中应尽量靠近芯片，C4和C5是隔直耦合电容，同时和耳塞的特征电阻构成了一个RC高通滤波器，有滤除低频噪声的效果。由于重低音可调，可以通过预加重，C4和C5电容可以用更小值电容代替，衰减掉的信号可以用可以大大节省PCB板面积。
图3：RDA5800的评估板
图3是RDA5800的评估板，相比较于传统的FM芯片外围需要20多个元件和11×11mm的PCB板面积，RDA5800的优势是很明显的：PCB面积只有6×6mm,外围的元器件数量小于10。
RDA5800具有简单易用、高性价比的特点，是FM SoC 时代的标志性产品，适用于各类具有收音机功能的便携式产品，主要包括：移动电话、笔记本电脑、MP3/MP4媒体播放器、PDA、独立式调频收音机、无线耳机等。
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