应用TEA5767的调频收音电路设计

      1      引言

      调频收音机（FM  Radio）一直在人们的生活娱乐中占有非常重要的地位，从老式的晶体管收音机到今天的网络收音机，说明通过广播享受生活一直是人们喜欢的生活方式。如今，随着消费类电子的兴起和繁荣以及数字电子技术的发展，广大从事消费类电子设计的厂商都不忘在诸如MP3、智能手机、便携式Video播放器等产品中嵌入FM部分。基于FM

      Radio的广泛应用，本文主要谈谈数字FM Radio的设计，并对其音频处理方面设计进行探讨。

      目前提供数字FM

      Radio解决方案的厂商很多，其中市场反响非常好的就有Philips公司提供的TEA5767及TEA5768数字FM处理芯片，该芯片为低电压、低功耗和低价位的全集成单芯片立体声无线电产品，只需要极少的外部元器件，并且基本上不需要外部对高频信号的手动调准，并且其频带范围宽，可以xx免费调到欧洲、美国和日本的调频波段。

      下面就TEA5767在便携式Video播放器（PVP）中的应用对相关技术问题进行阐述。

      2      调频收音功能的实现

           调频就是频率调制，所谓频率调制是原来等幅恒频的高频信号的频率，随着调制信号（音频信号）的幅度变化而变化，调频收音机（FM

      Radio）就是接收这些频率调制的无线电信号，经过解调还原成声波的电子设备。FM

      Radio电路一般主要由天线接收、振荡器、混频器、AGC(自动增益控制)、中频放大器、中频限幅器、中频滤波器、鉴频器、低频静噪电路、搜索调谐电路、信号检测电路及频率锁定环路、音频输出电路等组成。TEA5767作为FM

      Radio单片集成电路也不外乎基本由这些部分构成，但TEA5767主要的优势是把上述所有功能都集成一个不足6×6平方毫米的小芯片中。下面对EA5767进行介绍：

      2.1   TEA5767的主要功能特征

      作为目前广泛应用的单芯片FM解决方案，TEA5767主要具有以下特征，（１）集成高灵敏度的低噪声放大器；（２）FM到中频的混频器可以工作在87.5-108MHz的欧美频段或76-91MHz的日本频段，并且可预设接收日本108MHz的电视音频信号的能力；（３）射频具有自动增益控制功能，并且LC调谐振荡器只需低价的固定片装电感；（４）内置的FM解调器可以省去外部鉴频器，并且FM的中频选择性可在芯片内部完成；（５）可以采用32.768KHz或13MHz的振荡器产生参考时钟或可以直接输入6.5MHz的时钟信号；（６）集成锁相环调谐系统；（７）可以通过I2C或三线串行总线来获取中频计数器值或接收的高频信号电平，以便进行自动调谐功能；（８）SNC(立体声噪声抑制)、HCC（高频衰减控制）、静音处理等可通过串行数字接口进行控制。

      2.2   TEA5767的管脚说明及其基本的外围电路

      TEA5767采用HVQFN40即耐热的薄型四角扁平封装，其管脚布置如图1所示：下面对每个PIN(管脚)进行简单说明：PIN1、PIN10、PIN20、PIN21、PIN30、PIN31、PIN40为空脚，不需要外围电路连接；PIN2:CPOUT为锁相环调谐系统的电荷泵输出外挂电容脚；PIN3/4:VCO1/2为压控振荡器输出；PIN5:VCO为压控振荡器电源脚；PIN6:GND为数字地;

      PIN7:VCCD数字电源脚；PIN8:DATA 串行通讯数据脚；PIN9:CLK串行通讯时钟脚；PIN11:W/READ

      三线通讯的读写控制；PIN12:BUSMODE总线模式选择；PIN13:BUSENABLE总线使能脚；PIN14/15:PROGAM1/2软件可编程端口；

      PIN16/17:XTAL1/2时钟发生器接口；PIN18:PHASEFIL鉴相环路滤波脚；PIN19:导频低通滤波脚；PIN22/23:VAFL/R左右声道音频输出；PIN24:TMUTE软件静音的时间常数设置脚；PIN25:MPX立体混音输出；PIN26:VREF参考电压脚；PIN27:TIFC中频中心调整时间常数设置脚；PIN28/29:LIMDEC1/2中频限幅器调节脚；PIN32:IGAIN中频增益控制电流设置脚；PIN33:AGND模拟地；PIN34:VCCA模拟电源PIN35/37:RF1/2射频输入脚；PIN36:RFGND射频地；PIN38:TAGC射频自动增益控制时间常数设置脚；PIN39:LOOPSW合成锁相环滤波器开关输出。

      2.3   TEA5767的应用电路

      TEA5767作为目前消费类电子行业众多厂商推崇的芯片，有不少公司在它的外围电路及应用上提供一定的支持。比如，深圳博源电子作为Philips在深圳的应用设计合作所（Design

      House）就能参照Philips提供的相应应用电路把如上图1的应用电路精心制作成大约11×11×2立方毫米的小模块（FM

      Module），这种模块化的设计有利于消费电子厂商加快产品设计速度。

      作为电子产品的设计，除了选择合适的芯片，还要根据产品的功能定义，合适的选用和实现芯片的功能，这就需要通过适当的外围电路来完成。作者也是在基于博源电子的FM

      Module的基础上在便携式视频播放器PVP（portable video

      player）上实现无线电广播的实时播放和节目的数字转录的。如图2即为基于图1的FM Module在PVP中的应用连接，其中FM

      Module的12个脚就是图1的CN1、CN2中的引脚及FM_ANT引脚整合而成的，图中VCC接PVP系统中的3.3V的电源，并通过磁珠及电容器件进行干扰抑制，注意磁珠FB（Ferrite

      Bead）应选用特征频率为100MHz、直流电阻低的贴片器件，这样有利于对高频噪声进行抑制但同时又不使系统产生过多的直流损耗。22uF的电容{zh0}选用钽电容，两个0.1uF的电容可以选用介电常数高、高频性能好的陶瓷电容，这样就保证了整个FM

      Module的电源系统的稳定。其中R_OUT、L_OUT为FM的音频信号输出，对于音频信号的特性作者下文将要详述。BUS-MODE是用来选择CPU与FM

      Module串口通信的方式，本系统把BUS-MODE拉到地选择为I2C的通信方式。DATA和CLK即为I2C通信的数据线和时钟线，系统的CPU通过I2C接口即可对FM

      Module进行控制。W/READ在本系统没有使用，其只有在BUS-MODE为逻辑高电平时才有效，此时FM

      Module通过W/READ、CLK、DATA与系统的CPU实现三线方式串行通信。BUS-ENABLE为总线使能信号，当BUS-ENABLE为逻辑低时FM

      Module进入省电模式，本系统中把其直接拉高，是因为FM Module可以通过I2C接口控制其进入省电模式。FM_ANT为FM

      Module的天线接口即射频信号输入脚，目前在此类消费电子产品中，天线大多采用耳机线代替，本产品也不例外，图2中的J3即为立体声耳机接口，耳机左右声道信号线上感应到的毫伏级的FM信号即可通过J3的脚3进入到FM

      Module中。当然这么小的信号不会对耳机上的音质有什么影响，而且由于有如图2中的三个0.22uH空心电感的隔离作用，FM的信号可以损耗很小的被FM

      Module接收。值得注意的是三个空心电感应该在电路板上紧靠耳机接口放置以增加接收的灵敏度，并且电感的直流阻抗应当尽量小些，这样可以减少音频的功率损耗。三个电感选用考虑到空心结构可能外形尺寸比较大，不太适合于便携式产品的应用，也可选用陶瓷支架的电感。尽量不要选用非线性比较大的铁氧体支架电感，这有可能影响耳机的音质。当然，FM信号的接收是一个精细的工作，每个产品的设计、材质选用、功能模块的串扰都各不相同，设计者可以在本文的基础上相应的根据自己产品的特点细调各元器件的相关参数。

      3      系统对FM音频的处理

      3.1   音频处理方式简介

      毋庸置疑，FM作为广播接收设备，最重要的莫过于音频的质量了，下面就基于TEA5767的应用谈谈对其输出的左右声道的音频处理。仔细研究TEA5767的技术文档可知，系统没有办法通过I2C对R_OUT和L_OUT的输出音频信号进行音量控制，同时根据TEA5767的散热能力及R_OUT和L_OUT的输出阻抗是50欧姆的特点，我们可以判定TEA5767没有办法很好的直接驱动16或32欧姆的外接耳机。鉴于此，本系统要很好的实现FM的功能就必须采以下的方式：（１）单独的在PVP系统再为FM

      Radio部分增加音频功率放大器、数字可调电位器以及模拟的单刀双掷的多路开关。这样，FM

      Module的左右声道信号即可放大并且并接到系统的耳机输出中去，并且也可以实现了音量调节功能。（２）作为设计的PVP项目中的一个部分，作者采用的是直接增加Audio

      A/DC即音频模数转换芯片CS5340的方式，这样做的目的是先把FM的音频转化为IIS（集成音频串行接口）的数字音频信号，然后，一方面IIS数字信号可以输入到CPU中来实现广播节目的实时数字录制功能，另一方面IIS数字接口信号可以直接输入到带IIS接口的音频解码＋功放的芯片S5M0064X中去，这样就可以输出驱动扬声器或耳机，同时音量可以通过S5M0064X得到数字调节。

      3.2   音频处理的电路设计

      根据上文所述，作者给出涉及对FM Radio音频处理的电路原理框图如图3所示：FM

      Module出来的音频信号R_OUT、L_OUT经过运放及其他滤波、工作点移动等处理电路进入CS5340，信号经过A/D转换成IIS数字信号，其中运放的作用主要是实现阻抗转换。此时的IIS数据通信如图3中的方向线1、2、3、4、5、6所示：其中1、2、3为CPU的IIS控制器给CS5340及S5M0064X的IIS接口提供的时钟信号即IIS的位时钟、同步时钟、系统时钟（具体说明读者可以参看相关资料）。其中线4是从CS5340输出的音频串行数据流，这个数据流一方面可以通过CPU的IIS数据输入口进入系统来实现FM数字节目录制。另一方面可以经74LVC2G125提供给S5M0064X芯片。线5为从CPU输出的音频数据流，这个数据流可以是系统中MP3或MPEG4等文件解码出来的音频数据，它也可以通过74LVC2G125提供给S5M0064X来输出到发声设备。线6即为线4和线5的切换结果，即当用户需要听FM时就切换数据流4，用户需要听系统中其他数据媒体时就切换到数据流5。此外，S5M0064X为集成D类功放的音频解码芯片，CPU可以对它进行音量调节及其他控制等一系列操作，声音则可以从如图3中的四路PWM输出到扬声器（SPEAKER）或EARPHONE（耳机）中去。

      图3中声音输出部分可以粗略的采用如图4的电路来实现，其中PWMLA和PWMLB、PWMRA和PWMRB分别可以实现BTL（桥式连接）方式来驱动立体声SPEAKER。通过节点切换（这个切换可以通过音频模拟开关如ADG836来实现），PWMLB、PWMRB可以以SE（单端）方式驱动立体声耳机。图4中的SE/nBTL既可以作为ADG836的切换信号也可以为CPU提供耳机插入信息。