车载音响系统收音方案的技术发展

车载音响系统收音方案的技术发展魏富选【摘要】车载音响系统收音机部分是一个必不可少的功能，并且人们对收音质量的要求越来越高.随着芯片科技的发展，收音方案也在不断地发展变化.通过对收音方案的技术研究，希望能对车载音响开发生产起到帮助作用.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷)，期】2010(000)003【总页数】3页(P78-80)【关键词】汽车音响;设计开发;收音方案;技术发展【作者】魏富选【作者单位】陕西凌云电器有限公司，陕西，宝鸡,721006【正文语种】中文0引言汽车音响作为最早进入汽车电子领域的部件，从20世纪50年代发展至今，从最基本的收音机加上喇叭，而后有了卡带收放机，再演变至有CD、VCD、DVD等，现在已经迈入了多媒体信息时代。但无论是怎样的多媒体娱乐导航信息系统，其中最基本的收音机功能仍然是必不可少的。而且随着车载音响的发展，对收音性能提出了更高的要求。为了适应不同的国家和地区广播接收，就要求收音机具有不同的接收波段(频率范围)和接收制式要求。在车载移动接收条件下，高稳定性、高抗干扰性能、较好音质要求都是需要随着科技的进步而发展的。特别是近年来城市高楼大厦林立，收音机的多径干扰问题引起业界的广泛关注。对收音机的收台背景噪音也提出了要求，弱信号调整(ISS)也有所要求。车载音响系统的体积不是1DIN就是2DIN，而系统要嵌入组合更多的功能，对收音机部分的体积要求也越来越小。另外，数字化技术已经深入到无线电领域的各个方面，全球出现了多种数字广播系统，模拟技术的无线电收音广播正在逐步向数字广播过渡。车载音响制造商还需要面临多种广播标准设计相应的数字收音音源。当然，这并不像模拟电视数字化那样地快，需要在政策引导和财力投入下，经过一个漫长的转换期。西方的许多车厂已经把数字广播收音机作为一种标配或选配，而且有的做成便携式的产品，既可以在车上用，又可以拿到房间使用。由于许多国家和地区的广播事业都是一种免费的公益服务，给人们提供了丰富多彩的听觉盛宴，还有交通信息、天气路况等为广大车友服务的特色栏目，所以，车载音响系统中收音机部分成为必不可少的功能。图1车载音响系统的基本方框图图1为车载音响系统的基本方框图，从图中我们也可以看出其中的收音机部分。它实质上就是一个车载音响调谐器，接收选择所要收听的电台信号，并进行必要的解调处理，然后输出左右声道的音频信号。它是车载音响系统多种音源中必不可少的一个。1模拟收音方案的主要阶段及典型代表产品1.1分体化调谐器阶段就是业界常说的AM盒，FM盒。其中AM以LA1135IC为典型的电路，直接输出音频信号;FM盒以分立元件的电路为主，输出10.7MHz的调频中频信号，在汽车音响主板上要做中频放大和立体声解码，才能输出左右声道音频信号。这时的产品需要大量的中周及其他分立元器件，早期全以THT插件元器件来设计调谐器，后期以SMD元器件为主，再加上一些必要的THT插件元器件来进行设计。此时装在车载音响上所占的空间较大，生产效率低。目前已经处于淘汰状态。一体化调谐器阶段属于传统调谐器模块，需要车载音响整机配备锁相环控制电路。以LA178XIC为典型的电路，做成单独的调谐器盒的形式，既包含FM，又包含AM，直接输出左右声道音频信号。大多采用26PIN的结构设计，方便车载音响整机对不同档次的调谐器互换要求。这时的调谐器产品设计主要以SMD元器件为主，提高了其可靠性，音质得到了提高，体积得以减小。主要应用于中高档的车载音响产品中。还有另外的两种低成本的一体化调谐器，一种以TA/CP8132IC为典型的电路，另一种以LA/SP1844/5IC为典型电路。此两种调谐器产品性能较LA178X差一些，主要用于中低档的车载音响产品中。IIC控制调谐器阶段以TDA754XIC为典型的电路，通过IIC总线进行控制，做成单独的调谐器盒的形式采用软件调整参数，免去了许多的可调电感线圈、可调电阻、微调电容、中周等的手工调节，提高了产品的生产效率、一致性、性能。主要应用于高档车载音响系统中。1.4板上型调谐器阶段采用高集成化的单芯片收音IC，通过IIC控制，直接嵌入在车载音响的主板上，夕卜围元件很少，占用空间体积小，而且可以做到全波段、全制式。这种类型单芯片主要有两类，一类是包括收音与电子音量在一起的，主要用于高档次的设计，流行的芯片主要有TDA751X,TEF690X;一类是纯收音的设计，也是目前较为流行的板上收音产品芯片，他们分别是：NXP推出的FM/AM调谐器芯片TEF660X。它是针对车载收音机的一款低中频调谐器，只需要32个外围器件，省去了手动调节的麻烦。性能指标测试比LA178X略胜一筹。SiliconLaboratories推出的FM/AM调谐器芯片Si474X。它是针对入门级车载收音机市场，采用了数字低中频架构，以CMOS工艺集成了LW/SW/AM/FM以及RDS和NOAAWB广播接收，电路尺寸较小，QFN封装生产有点不便。⑶ST推出的FM/AM调谐器芯片TDA7705。它集成了RDS，包含动态电台选择滤波器。适合于中高端车载音响系统。板上型调谐器是单芯片的高集成化的调谐器，对于多径干扰问题的处理、弱信号调整(ISS)、背景噪音抑制等都有措施，以求能够接收并输出最佳信号。IC本身已内置锁相环电路，综合成本较低。中国作为汽车电子零部件的加工基地，全球化生产营销也是日益突现，那么要适应全球的广播制式也成为必然，板上型调谐器给车载音响系统开发生产提供了很好的技术支撑。但对于车载调谐器厂家来说是一个噩耗，因为新的车载音响中已不再需要单独的调谐器盒，许多厂家纷纷转产。2数字收音方案的典型形式目前全球有三大地面数字广播标准:DAB/DMB;DRM;HDRadio。还有卫星无线电广播标准。这些标准下的产品应用主要集中在欧美经济较为发达的国家和地区，因为许多的数字广播是收费的。国内较少开发，成本较高，整车上几乎没有这种配置。从高档汽车的配置发展而言，市场巨大。2.1DAB/DMB数字收音方案DAB(数字音频广播标准)被许多国家特别是欧洲国家的广播系统所采用，在市面上可供挑选的DAB收音机非常多。除无失真接收和CD级音质外，DAB的音频编码标准还允许用同一发射机发射多个数字广播和视频信道。数字多媒体广播(DMB)是从DAB演化出来的，使用现有的DAB基础设施广播节目。DMB标准允许在同一频谱范围内提高频道的数量，并提供像数据和视频文件传输等新服务，第一个商用DMB已经在韩国开播。DRM数字收音方案DRM(世界数字广播)是一个新的开放式广播标准，它可以通过长波、中波和短波承载数字广播信号。与需要重新分配频率的数字广播不同，DRM能够更高效地使用现有的调幅(AM)频段(低30MHz)。DRM采用一项叫做带内同频(IBOC)技术，能够在同一频率上同时广播模拟和数字信号。DRM广播已经出现在欧洲以及欧洲以外的地区。HDRadio数字收音方案高清晰度(HD)数字广播(又称为带内同频或IBOC)被用于现有频谱的边带内、数字化地发射地上AM/FM广播信息，为广播公司提供一个简单升级的数字发射方法。是一种利用HDRadio技术在现有的AM和FM收音波段添加边带传送额外的信号，使传统的AM收音机能够产生FM音质水平的声音，并使FM收音机发出CD音质水平的声音。要实现这一目标，HDRadio收音机必须配备专门的数字信号处理器，才能够捕捉来自边带的信号。2.4卫星数字收音方案卫星无线电信号由供应商在2.3GHz的S频带上发射。卫星无线电广播公司能在几乎不损伤任何信号质量的前提下对全球听众进行广播。卫星广播技术采用商用通信卫星在世界五大洲传送数字无线电信号，服务都是有偿的，节目解码播放需要他们提供的独有的收音机。主要是欧洲世广卫星广播和XM卫星广播。由于数字广播可以提高频谱的使用效率，数字广播的电台数量远远高于普通模拟广播，而且，数字广播的信号接收质量更高，收音机使用更加简便，同时还为语音、视频、数据三网合一服务提供了机会。相信我国未来收音机的发展前景FM可能将会被DAB取代，AM可能将会被DRM取代。3我国车载音响系统的收音音源研发状态作为车载音响的方案提供商和生产厂家，采用计算机化的硬件和软件模块化技术来构建自己的车载音响技术平台，以便适应顾客个性化的配置要求，缩短产品上市时间。目前广泛使用量产的收音方案仍基于以LA178X、TA/CP8132、LA/SP1844/5为典型电路的一体化调谐器，此产品经过多年的市场验证，性能还是可以信赖的。但是，近两年的全新车载音响系统设计中广泛使用板上型调谐器，尤其在后装市场迅猛增长和量产。前装市场需要一个性能的认识和验证过程，但趋势是肯定的。不管是哪一种的收音方案，在硬件设计上，均采用规范的电路模块;软件设计的变化也只是人机界面的应用层设计变化。底层控制程序都是由芯片制造商研发好的，直接供车载音响的方案提供商和生产厂家使用。所有的车载音响厂商都受到强大的价格压力的影响，被迫大幅度降低系统特别是为中低档车型设计的收音调谐器的系统成本，并优化制造工艺。收音调谐器目前仍以模拟为主。预计今后随着数字收音技术的发展普及，数字调谐器的应用比例会迅速上升。对于汽车级的特殊环境要求，前装车载音响系统设计中已非常重视收音音源的汽车级要求，各大IC供应商都提供汽车级的芯片，使用也比较有保证。但是，作为后装车载音响系统设计却参差不齐，有的收音音源并不能保证汽车级的要求。4收音设计实践中的建议4.1电源有效地滤波和去耦多数情况下，电源噪声是导致音频性能变差的根本原因。如有可能，采用电源管理IC（稳压IC）为车载音响产品供电。并且，收音部分的电源还需滤波和去耦，以保证收音机电源质量。考虑汽车发动机、空调、电动车窗等大电流电器开关的大电流冲击影响，采用非晶扼流圈与大容量电解电容和小容量独石陶瓷电容组成的LC无源低通滤波器给车载音响电源滤波，防止干扰从电源供电系统进入收音机。4.2收音单元及FM/AM波段单独供电当收音机工作时，应关断对其他音源的供电，只对收音机单元供电。而且最好对FM和AM波段的射频电路分开供电，在FM模式只对FM的射频电路供电，关断对AM的射频电路供电，在AM模式只对AM的射频电路供电，关断对FM的射频电路供电。以防止相互影响，降低信噪比。4.3软件降低振荡干扰选择低EMI的MCU，在MCU的程序中采取EMC指令来降低MCU对收音机的干扰。采用按键中断方式来代替常见的按键扫描方式，让MCU在收音状态下关断（即MCU停此振荡）等。4.4收音部分低噪声元器件选择使用从收音机天线端的广播信号场强来看，信号的动态范围非常大，尤其是车载收音机所处的环境变化快而大，收音机的接收极限是由接收机自身噪声性能决定的，所以在收音机的射频电路中要求尽量选用低噪声元件。4.5良好的天线接收匹配对于阻抗匹配，可以有效地防止干扰从天线路径进入收音机。4.6印制板（PCB）设计中地线的处理在设计中仔细分开模拟地（层）和数字地（层），功放输入前小信号地、功放地、控制MCU的数字信号地最好能各自独立，最终交汇于扼流圈与大容量电解电容和小容量独石陶瓷电容组成的LC无源低通滤波器的地。尽量使音频模拟信号的走线远离数字电路、功率开关电路及射频电路的走线。电源线和地线尽量短而粗。收音部分属于射频小信号处理，最好其地能单独隔离出来，特别是不能与音响系统大信号地相连。4.7加瞬态电无击穿(TVS)二极管为防止闪电和雷击以及静电影响，有必要在收音机天线输入端加上瞬态电压击穿(TVS)二极管，如SA5.0CA。5结束语信息化技术和数字化技术的飞速发展，使得传统的模拟车载音响产品向数字化、多功能化、节能环保方向发展，车载音响系统中出现了多种形式的收音方案。而且，在性能提高和成本降低两个方面不断改善，通过对收音技术方案的阐述分析，希望藉此能给业界同行有所帮助。参考文献：