車載音響系統(tǒng)收音方案的技術(shù)發(fā)展

車載音響系統(tǒng)收音方案的技術(shù)發(fā)展魏富選【摘要】車載音響系統(tǒng)收音機(jī)部分是一個(gè)必不可少的功能，并且人們對收音質(zhì)量的要求越來越高.隨著芯片科技的發(fā)展，收音方案也在不斷地發(fā)展變化.通過對收音方案的技術(shù)研究，希望能對車載音響開發(fā)生產(chǎn)起到幫助作用.【期刊名稱】《汽車零部件》【年(卷)，期】2010(000)003【總頁數(shù)】3頁(P78-80)【關(guān)鍵詞】汽車音響;設(shè)計(jì)開發(fā);收音方案;技術(shù)發(fā)展【作者】魏富選【作者單位】陜西凌云電器有限公司，陜西，寶雞,721006【正文語種】中文0引言汽車音響作為最早進(jìn)入汽車電子領(lǐng)域的部件，從20世紀(jì)50年代發(fā)展至今，從最基本的收音機(jī)加上喇叭，而后有了卡帶收放機(jī)，再演變至有CD、VCD、DVD等，現(xiàn)在已經(jīng)邁入了多媒體信息時(shí)代。但無論是怎樣的多媒體娛樂導(dǎo)航信息系統(tǒng)，其中最基本的收音機(jī)功能仍然是必不可少的。而且隨著車載音響的發(fā)展，對收音性能提出了更高的要求。為了適應(yīng)不同的國家和地區(qū)廣播接收，就要求收音機(jī)具有不同的接收波段(頻率范圍)和接收制式要求。在車載移動(dòng)接收條件下，高穩(wěn)定性、高抗干擾性能、較好音質(zhì)要求都是需要隨著科技的進(jìn)步而發(fā)展的。特別是近年來城市高樓大廈林立，收音機(jī)的多徑干擾問題引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。對收音機(jī)的收臺背景噪音也提出了要求，弱信號調(diào)整(ISS)也有所要求。車載音響系統(tǒng)的體積不是1DIN就是2DIN，而系統(tǒng)要嵌入組合更多的功能，對收音機(jī)部分的體積要求也越來越小。另外，數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)深入到無線電領(lǐng)域的各個(gè)方面，全球出現(xiàn)了多種數(shù)字廣播系統(tǒng)，模擬技術(shù)的無線電收音廣播正在逐步向數(shù)字廣播過渡。車載音響制造商還需要面臨多種廣播標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)字收音音源。當(dāng)然，這并不像模擬電視數(shù)字化那樣地快，需要在政策引導(dǎo)和財(cái)力投入下，經(jīng)過一個(gè)漫長的轉(zhuǎn)換期。西方的許多車廠已經(jīng)把數(shù)字廣播收音機(jī)作為一種標(biāo)配或選配，而且有的做成便攜式的產(chǎn)品，既可以在車上用，又可以拿到房間使用。由于許多國家和地區(qū)的廣播事業(yè)都是一種免費(fèi)的公益服務(wù)，給人們提供了豐富多彩的聽覺盛宴，還有交通信息、天氣路況等為廣大車友服務(wù)的特色欄目，所以，車載音響系統(tǒng)中收音機(jī)部分成為必不可少的功能。圖1車載音響系統(tǒng)的基本方框圖圖1為車載音響系統(tǒng)的基本方框圖，從圖中我們也可以看出其中的收音機(jī)部分。它實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)車載音響調(diào)諧器，接收選擇所要收聽的電臺信號，并進(jìn)行必要的解調(diào)處理，然后輸出左右聲道的音頻信號。它是車載音響系統(tǒng)多種音源中必不可少的一個(gè)。1模擬收音方案的主要階段及典型代表產(chǎn)品1.1分體化調(diào)諧器階段就是業(yè)界常說的AM盒，F(xiàn)M盒。其中AM以LA1135IC為典型的電路，直接輸出音頻信號;FM盒以分立元件的電路為主，輸出10.7MHz的調(diào)頻中頻信號，在汽車音響主板上要做中頻放大和立體聲解碼，才能輸出左右聲道音頻信號。這時(shí)的產(chǎn)品需要大量的中周及其他分立元器件，早期全以THT插件元器件來設(shè)計(jì)調(diào)諧器，后期以SMD元器件為主，再加上一些必要的THT插件元器件來進(jìn)行設(shè)計(jì)。此時(shí)裝在車載音響上所占的空間較大，生產(chǎn)效率低。目前已經(jīng)處于淘汰狀態(tài)。一體化調(diào)諧器階段屬于傳統(tǒng)調(diào)諧器模塊，需要車載音響整機(jī)配備鎖相環(huán)控制電路。以LA178XIC為典型的電路，做成單獨(dú)的調(diào)諧器盒的形式，既包含F(xiàn)M，又包含AM，直接輸出左右聲道音頻信號。大多采用26PIN的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，方便車載音響整機(jī)對不同檔次的調(diào)諧器互換要求。這時(shí)的調(diào)諧器產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要以SMD元器件為主，提高了其可靠性，音質(zhì)得到了提高，體積得以減小。主要應(yīng)用于中高檔的車載音響產(chǎn)品中。還有另外的兩種低成本的一體化調(diào)諧器，一種以TA/CP8132IC為典型的電路，另一種以LA/SP1844/5IC為典型電路。此兩種調(diào)諧器產(chǎn)品性能較LA178X差一些，主要用于中低檔的車載音響產(chǎn)品中。IIC控制調(diào)諧器階段以TDA754XIC為典型的電路，通過IIC總線進(jìn)行控制，做成單獨(dú)的調(diào)諧器盒的形式采用軟件調(diào)整參數(shù)，免去了許多的可調(diào)電感線圈、可調(diào)電阻、微調(diào)電容、中周等的手工調(diào)節(jié)，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、一致性、性能。主要應(yīng)用于高檔車載音響系統(tǒng)中。1.4板上型調(diào)諧器階段采用高集成化的單芯片收音IC，通過IIC控制，直接嵌入在車載音響的主板上，夕卜圍元件很少，占用空間體積小，而且可以做到全波段、全制式。這種類型單芯片主要有兩類，一類是包括收音與電子音量在一起的，主要用于高檔次的設(shè)計(jì)，流行的芯片主要有TDA751X,TEF690X;一類是純收音的設(shè)計(jì)，也是目前較為流行的板上收音產(chǎn)品芯片，他們分別是：NXP推出的FM/AM調(diào)諧器芯片TEF660X。它是針對車載收音機(jī)的一款低中頻調(diào)諧器，只需要32個(gè)外圍器件，省去了手動(dòng)調(diào)節(jié)的麻煩。性能指標(biāo)測試比LA178X略勝一籌。SiliconLaboratories推出的FM/AM調(diào)諧器芯片Si474X。它是針對入門級車載收音機(jī)市場，采用了數(shù)字低中頻架構(gòu)，以CMOS工藝集成了LW/SW/AM/FM以及RDS和NOAAWB廣播接收，電路尺寸較小，QFN封裝生產(chǎn)有點(diǎn)不便。⑶ST推出的FM/AM調(diào)諧器芯片TDA7705。它集成了RDS，包含動(dòng)態(tài)電臺選擇濾波器。適合于中高端車載音響系統(tǒng)。板上型調(diào)諧器是單芯片的高集成化的調(diào)諧器，對于多徑干擾問題的處理、弱信號調(diào)整(ISS)、背景噪音抑制等都有措施，以求能夠接收并輸出最佳信號。IC本身已內(nèi)置鎖相環(huán)電路，綜合成本較低。中國作為汽車電子零部件的加工基地，全球化生產(chǎn)營銷也是日益突現(xiàn)，那么要適應(yīng)全球的廣播制式也成為必然，板上型調(diào)諧器給車載音響系統(tǒng)開發(fā)生產(chǎn)提供了很好的技術(shù)支撐。但對于車載調(diào)諧器廠家來說是一個(gè)噩耗，因?yàn)樾碌能囕d音響中已不再需要單獨(dú)的調(diào)諧器盒，許多廠家紛紛轉(zhuǎn)產(chǎn)。2數(shù)字收音方案的典型形式目前全球有三大地面數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn):DAB/DMB;DRM;HDRadio。還有衛(wèi)星無線電廣播標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)下的產(chǎn)品應(yīng)用主要集中在歐美經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)，因?yàn)樵S多的數(shù)字廣播是收費(fèi)的。國內(nèi)較少開發(fā)，成本較高，整車上幾乎沒有這種配置。從高檔汽車的配置發(fā)展而言，市場巨大。2.1DAB/DMB數(shù)字收音方案DAB(數(shù)字音頻廣播標(biāo)準(zhǔn))被許多國家特別是歐洲國家的廣播系統(tǒng)所采用，在市面上可供挑選的DAB收音機(jī)非常多。除無失真接收和CD級音質(zhì)外，DAB的音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)還允許用同一發(fā)射機(jī)發(fā)射多個(gè)數(shù)字廣播和視頻信道。數(shù)字多媒體廣播(DMB)是從DAB演化出來的，使用現(xiàn)有的DAB基礎(chǔ)設(shè)施廣播節(jié)目。DMB標(biāo)準(zhǔn)允許在同一頻譜范圍內(nèi)提高頻道的數(shù)量，并提供像數(shù)據(jù)和視頻文件傳輸?shù)刃路?wù)，第一個(gè)商用DMB已經(jīng)在韓國開播。DRM數(shù)字收音方案DRM(世界數(shù)字廣播)是一個(gè)新的開放式廣播標(biāo)準(zhǔn)，它可以通過長波、中波和短波承載數(shù)字廣播信號。與需要重新分配頻率的數(shù)字廣播不同，DRM能夠更高效地使用現(xiàn)有的調(diào)幅(AM)頻段(低30MHz)。DRM采用一項(xiàng)叫做帶內(nèi)同頻(IBOC)技術(shù)，能夠在同一頻率上同時(shí)廣播模擬和數(shù)字信號。DRM廣播已經(jīng)出現(xiàn)在歐洲以及歐洲以外的地區(qū)。HDRadio數(shù)字收音方案高清晰度(HD)數(shù)字廣播(又稱為帶內(nèi)同頻或IBOC)被用于現(xiàn)有頻譜的邊帶內(nèi)、數(shù)字化地發(fā)射地上AM/FM廣播信息，為廣播公司提供一個(gè)簡單升級的數(shù)字發(fā)射方法。是一種利用HDRadio技術(shù)在現(xiàn)有的AM和FM收音波段添加邊帶傳送額外的信號，使傳統(tǒng)的AM收音機(jī)能夠產(chǎn)生FM音質(zhì)水平的聲音，并使FM收音機(jī)發(fā)出CD音質(zhì)水平的聲音。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，HDRadio收音機(jī)必須配備專門的數(shù)字信號處理器，才能夠捕捉來自邊帶的信號。2.4衛(wèi)星數(shù)字收音方案衛(wèi)星無線電信號由供應(yīng)商在2.3GHz的S頻帶上發(fā)射。衛(wèi)星無線電廣播公司能在幾乎不損傷任何信號質(zhì)量的前提下對全球聽眾進(jìn)行廣播。衛(wèi)星廣播技術(shù)采用商用通信衛(wèi)星在世界五大洲傳送數(shù)字無線電信號，服務(wù)都是有償?shù)模?jié)目解碼播放需要他們提供的獨(dú)有的收音機(jī)。主要是歐洲世廣衛(wèi)星廣播和XM衛(wèi)星廣播。由于數(shù)字廣播可以提高頻譜的使用效率，數(shù)字廣播的電臺數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通模擬廣播，而且，數(shù)字廣播的信號接收質(zhì)量更高，收音機(jī)使用更加簡便，同時(shí)還為語音、視頻、數(shù)據(jù)三網(wǎng)合一服務(wù)提供了機(jī)會。相信我國未來收音機(jī)的發(fā)展前景FM可能將會被DAB取代，AM可能將會被DRM取代。3我國車載音響系統(tǒng)的收音音源研發(fā)狀態(tài)作為車載音響的方案提供商和生產(chǎn)廠家，采用計(jì)算機(jī)化的硬件和軟件模塊化技術(shù)來構(gòu)建自己的車載音響技術(shù)平臺，以便適應(yīng)顧客個(gè)性化的配置要求，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。目前廣泛使用量產(chǎn)的收音方案仍基于以LA178X、TA/CP8132、LA/SP1844/5為典型電路的一體化調(diào)諧器，此產(chǎn)品經(jīng)過多年的市場驗(yàn)證，性能還是可以信賴的。但是，近兩年的全新車載音響系統(tǒng)設(shè)計(jì)中廣泛使用板上型調(diào)諧器，尤其在后裝市場迅猛增長和量產(chǎn)。前裝市場需要一個(gè)性能的認(rèn)識和驗(yàn)證過程，但趨勢是肯定的。不管是哪一種的收音方案，在硬件設(shè)計(jì)上，均采用規(guī)范的電路模塊;軟件設(shè)計(jì)的變化也只是人機(jī)界面的應(yīng)用層設(shè)計(jì)變化。底層控制程序都是由芯片制造商研發(fā)好的，直接供車載音響的方案提供商和生產(chǎn)廠家使用。所有的車載音響廠商都受到強(qiáng)大的價(jià)格壓力的影響，被迫大幅度降低系統(tǒng)特別是為中低檔車型設(shè)計(jì)的收音調(diào)諧器的系統(tǒng)成本，并優(yōu)化制造工藝。收音調(diào)諧器目前仍以模擬為主。預(yù)計(jì)今后隨著數(shù)字收音技術(shù)的發(fā)展普及，數(shù)字調(diào)諧器的應(yīng)用比例會迅速上升。對于汽車級的特殊環(huán)境要求，前裝車載音響系統(tǒng)設(shè)計(jì)中已非常重視收音音源的汽車級要求，各大IC供應(yīng)商都提供汽車級的芯片，使用也比較有保證。但是，作為后裝車載音響系統(tǒng)設(shè)計(jì)卻參差不齊，有的收音音源并不能保證汽車級的要求。4收音設(shè)計(jì)實(shí)踐中的建議4.1電源有效地濾波和去耦多數(shù)情況下，電源噪聲是導(dǎo)致音頻性能變差的根本原因。如有可能，采用電源管理IC（穩(wěn)壓IC）為車載音響產(chǎn)品供電。并且，收音部分的電源還需濾波和去耦，以保證收音機(jī)電源質(zhì)量?？紤]汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、空調(diào)、電動(dòng)車窗等大電流電器開關(guān)的大電流沖擊影響，采用非晶扼流圈與大容量電解電容和小容量獨(dú)石陶瓷電容組成的LC無源低通濾波器給車載音響電源濾波，防止干擾從電源供電系統(tǒng)進(jìn)入收音機(jī)。4.2收音單元及FM/AM波段單獨(dú)供電當(dāng)收音機(jī)工作時(shí)，應(yīng)關(guān)斷對其他音源的供電，只對收音機(jī)單元供電。而且最好對FM和AM波段的射頻電路分開供電，在FM模式只對FM的射頻電路供電，關(guān)斷對AM的射頻電路供電，在AM模式只對AM的射頻電路供電，關(guān)斷對FM的射頻電路供電。以防止相互影響，降低信噪比。4.3軟件降低振蕩干擾選擇低EMI的MCU，在MCU的程序中采取EMC指令來降低MCU對收音機(jī)的干擾。采用按鍵中斷方式來代替常見的按鍵掃描方式，讓MCU在收音狀態(tài)下關(guān)斷（即MCU停此振蕩）等。4.4收音部分低噪聲元器件選擇使用從收音機(jī)天線端的廣播信號場強(qiáng)來看，信號的動(dòng)態(tài)范圍非常大，尤其是車載收音機(jī)所處的環(huán)境變化快而大，收音機(jī)的接收極限是由接收機(jī)自身噪聲性能決定的，所以在收音機(jī)的射頻電路中要求盡量選用低噪聲元件。4.5良好的天線接收匹配對于阻抗匹配，可以有效地防止干擾從天線路徑進(jìn)入收音機(jī)。4.6印制板（PCB）設(shè)計(jì)中地線的處理在設(shè)計(jì)中仔細(xì)分開模擬地（層）和數(shù)字地（層），功放輸入前小信號地、功放地、控制MCU的數(shù)字信號地最好能各自獨(dú)立，最終交匯于扼流圈與大容量電解電容和小容量獨(dú)石陶瓷電容組成的LC無源低通濾波器的地。盡量使音頻模擬信號的走線遠(yuǎn)離數(shù)字電路、功率開關(guān)電路及射頻電路的走線。電源線和地線盡量短而粗。收音部分屬于射頻小信號處理，最好其地能單獨(dú)隔離出來，特別是不能與音響系統(tǒng)大信號地相連。4.7加瞬態(tài)電無擊穿(TVS)二極管為防止閃電和雷擊以及靜電影響，有必要在收音機(jī)天線輸入端加上瞬態(tài)電壓擊穿(TVS)二極管，如SA5.0CA。5結(jié)束語信息化技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的飛速發(fā)展，使得傳統(tǒng)的模擬車載音響產(chǎn)品向數(shù)字化、多功能化、節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展，車載音響系統(tǒng)中出現(xiàn)了多種形式的收音方案。而且，在性能提高和成本降低兩個(gè)方面不斷改善，通過對收音技術(shù)方案的闡述分析，希望藉此能給業(yè)界同行有所幫助。參考文獻(xiàn)：