ĐÀI TIẾNG NÓI VIỆT NAM

BÁO CÁO
CÁC SẢN PHẨM CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI
“NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHƯƠNG TRÌNH
PHÁT THANH VÀ MÁY THU THANH THEO CÔNG NGHỆ SỐ”
MÃ SỐ KC.01.01/06-10
Chủ nhiệm đề tài: THS. ĐÀO DUY HỨA

7584-1
30/12/2009
HÀ NỘI – 2009


ĐÀI TIẾNG NÓI VIỆT NAM

SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI CẤP NHÀ NƯỚC
“NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHƯƠNG TRÌNH
PHÁT THANH VÀ MÁY THU THANH THEO CÔNG NGHỆ SỐ”
MÃ SỐ KC.01.01/06-10
Chủ nhiệm đề tài: THS. ĐÀO DUY HỨA
SẢN PHẨM 1
THIẾT KẾ MẪU MÁY THU THANH SỐ RẺ TIỀN
THEO TIÊU CHUẨN HD-RADIO
Người thực hiện: Trương Vũ Bằng Giang
Cơ quan: Trung tâm ĐT-VT, ĐHQG Hà Nội

HÀ NỘI – 2009


MỤC LỤC

Bộ khuếch đại: Cuối cùng, tín hiệu RF được khuếch đại và gửi tới ăng ten của bộ
phát sao cho nó có thể được truyền đi trong vùng phủ sóng.
Để thu lại tín hiệu âm thanh ban đầu được phát đi từ máy phát, máy thu thực hiện
một quá trình ngược lại so với máy phát. Nó gồm các khối như trên hình 3-2.

Hình 2. Sơ đồ khối máy thu radio truyền thống
Bộ điều hưởng: Bộ điều hưởng được dùng để chọn ra một tín hiệu RF mong muốn
(tương ứng với một kênh radio nào đó). Nó cũng thực hiện việc chuyển đổi ngược tín hiệu
RF về tín hiệu IF. Điều này sẽ giúp tiết kiệm mạch điện vì sẽ không cần phải có các mạch
tách biệt cho mọi kênh hay trạm phát thanh.
Bộ giải điều chế: Tín hiệu IF sau đó được giải điều chế dựa trên định dạng điều
chế của nó bên máy phát (AM hay FM). Quá trình này sẽ giải mã tín hiệu tần số radio
ngược trở lại tín hiệu âm thanh.
Bộ khuếch đại: Cuối cùng, tín hiệu âm thanh được khuếch đại và chuyển ra loa.
1.2 Sơ đồ nguyên lý của máy thu HD-Radio
Mô hình hoạt động của hệ thống HD-Radio được trình bày trên hình 3-3. Từ hình
3-3 ta nhận thấy hệ thống HD-Radio có những khác biệt quan trọng với hệ thống radio
truyền thống như sau.

2


 

- Các đài phát gói các tín hiệu âm thanh tương tự và số (với dữ liệu có tính văn
bản, ví dụ như thông tin nghệ sĩ và bài hát, thời tiết và giao thông, thông tin chứng khoán
và còn nhiều hơn nữa) (1)
- Lớp tín hiệu số được nén lại bằng công nghệ nén HDC của iBiquity (2)
- Các tín hiệu tương tự và số đã kết hợp được phát đi (3)
- Hầu hết dạng chung của nhiễu, méo đa đường, xảy ra khi đường đi của một tín

Khối nguồn xung nhịp (Clock Source): Cung cấp xung nhịp cho các lựa chọn nhận
dữ liệu khác nhau và các chế độ.
Khối giao diện người dùng (User Interface): Bao gồm màn hình tinh thể lỏng hiện
thị các thông tin đài phát và nội dung dữ liệu, các đèn LED báo hiệu, bàn phím điều khiển,
giao tiếp điều khiển từ xa bằng hồng ngoại.
Khối nguồn (Power Conversion): Biến đổi nguồn vào để cung cấp cho các khối
chức năng riêng biệt.
2. Thiết kế phần cứng của máy thu HD-Radio
2.1 Sơ đồ nguyên lý thực hiện máy thu HD-Radio
Trong phần này chúng ta sẽ đi sâu phân tích từng khối quan trọng của một máy thu
HD-Radio và giải pháp để thực hiện các khối này.
Phương án đề xuất trong thiết kế máy thu HD-Radio là sử dụng bộ xử lý số băng
tần cơ bản TMS320DRI300 hoặc TMS20DRI350. Các bộ xử lý này kết hợp công nghệ xử
lý số của hãng TI và phần mềm của hãng iBiquity Digital Corporation với tất cả các chức
năng số được yêu cầu để chế tạo một máy thu AM/FM và HD-Radio, thêm vào đó là khả
xử lý âm thanh bổ xung hỗ trợ CD MP3 và WMA (Windows Media Audio). Bộ vi xử lý
TMS320DRI350 có thể xử lý đồng thời cả tín hiệu AM/FM và HD-Radio đã được lấy mẫu
ở dải tần IF trên cùng một chip, trong khi đó thì bộ xử lý TMS320DRI300 dành cho các
giải pháp chỉ có HD-Radio.
Nguyên lý thực hiện máy thu HD-Radio được thể hiện trên hình 3-5.

4


 

Bộ nhớ
DRAM IS42S32400

Bộ nhớ

Tai nghe

Bus dữ liệu

Mạch dao động

Xung nhịp

Màn hình hiển thị
LCD 64 x 128 pixel

Điều khiển trung tâm
ATMEGA128L
Quản lý nguồn
Nguồn DC
MIC29152

Bàn phím
Bộ nhớ
SRAM IS63LV1024

Ghép nối
hồng ngoại

Hình 4. Sơ đồ nguyên lý thực hiện máy thu HD-Radio
Tín hiệu RF được thu từ anten sau đó được đi qua bộ đầu vào AM/FM để chọn ra
một tần số mong muốn tương ứng với tần số của kênh cần thu. Tín hiệu ở lối ra của tầng
này đã được biến đổi thành tín hiệu IF. Nó được đưa tới bộ ADC trước khi được đưa tới
bộ xử lý tín hiệu số. Trong bộ xử lý tín hiệu số, tín hiệu số thu được sẽ trải qua một chuỗi
các phép xử lý số như: giải điều biến AM/FM, giải mã, tách âm thanh và dữ liệu, ... theo

- Dải tần IF lên tới 25 MHz
- Các bước điều hưởng, tinh chỉnh: AM = 1kHz và FM = 50kHz/25 kHz/12.5 kHz
- PLL nhanh (thời gian khóa < 1 ms)
- RF-AGC nhanh, có thể lập trình theo các bước 1dB
- IF-AGC nhanh, có thể lập trình theo các bước 2dB
- Thay đổi tần số nhanh nhờ 2 bộ chia N có thể lập trình được
- Hai bộ DAC dùng cho bộ điều hưởng tự động
- Hệ số S/N cao
- Giao diện Bus 3-dây (tín hiệu cho phép, xung nhịp và đường dữ liệu (Enable,
Clock, Data), tương thích với các vi điều khiển hoạt động ở cả hai mức 3V và 5V)

Hình 5: Sơ đồ khối IC T4260 
Mô tả chung T4260
T4260 là bộ nhận AM/FM với một bộ PLL tốc độ cao tích hợp, một giải pháp chíp
đơn dựa trên công nghệ BICMOS II của Atmel. Bộ điều khiển trở kháng thấp ở lối ra IF
được thiết kế cho ADC. Tầng thúc trở kháng thấp ở lối ra IF được thiết kế cho bộ ADC
của tín hiệu IF số. Khái niệm điều hưởng nhanh trong phần này được dựa trên bản quyền
sáng chế của Atmel và nó cho phép thời gian khóa ít hơn 1ms cho một bước nhảy trên dải
tần FM với độ rộng một bước là 12.5kHz. Biến đổi lên AM và biến đổi xuống FM cho
phép một khái niệm bộ lọc tích cực. Một sự cân chỉnh điều hưởng tự động được cung cấp
bởi các bộ DAC có sẵn cho việc tăng ích và bù lệch. Dải tần số của IC bao chùm băng FM
quảng bá cũng như băng AM. Sự tiêu tốn dòng điện thấp giúp cho người thiết kế đạt được

6


 

các khái niệm tiêu thụ nguồn một cách kinh tế và nó cũng giúp cho việc giữ cho sự tiêu
tán nguồn trong bộ điều hưởng ở mức thấp.

- Các bộ lọc số người dùng có thể lập trình với các hệ số 16 bit
- Giao diện điều khiển SPITM
Mô tả chức năng AFEDRI8201
Bộ biến đổi ADC AFEDRI8201, của hãng TI, được thiết kế để kết hợp với bộ xử
lý số DRIx50 cũng của TI, ứng dụng cho radio HD-Radio và AM/FM. AFEDRI8201 lấy
mẫu tín hiệu IF ở lối ra của bộ điều hưởng với tốc độ lên tới 80MHz để giảm ồn và cải
nâng cao dải động của tín hiệu. Tín hiệu IF ở lối ra của bộ điều hưởng như chỉ ra ở phần
trên là 10.7 MHz cho cả AM và FM. Bộ AFEDRI8201 sau đó thực hiện các chức năng
trộn, lọc và giảm tốc độ mẫu của tín hiệu để cung cấp 2 tín hiệu lối ra dải băng cơ bản I và
Q cho bộ xử lý tín hiệu số. AFEDRI8201 cũng tích hợp sẵn một bộ biến đổi số tương tự
12 bit để cung cấp tín hiệu khiển độ lợi và đường phản hồi tương tự tới bộ điều hưởng.
Bộ xử lý số DRIx50 truy xuất tới thanh ghi điều khiển cũng như viết các hệ số cho
bộ lọc giảm tốc của AFEDRI8201 thông qua giao diện ghép nối chuẩn SPI. Các tín hiệu
lối ra băng cơ bản được chuyển tới DRIx50 thông qua giao diện ghép nối nối tiếp tốc độ
cao của Texas (McBSP).
Linh kiện này yêu cầu nguồn nuôi cho phần tương tự là 3.3V và cho phần số là
1.8V. Sự tiêu tán công suất điển hình là 490mW.

8


 

Hình 3-1. Sơ đồ khối của AFEDRI8201

Hình 7. Sơ đồ khối ghép nối AFEDRI8201
AFEDRI8201 được thiết kế để lấy mẫu tín hiệu AM, FM và HD-Radio và trộn số,
lọc và giảm đi 1/10 các tín hiệu tới giải tần cơ bản. Bộ ADC tích hợp một bộ khuếch đại
lấy và giữ mẫu với độ lợi có thể lập trình từ 1x tới 4x để thay đổi dải điện áp vào toàn
thang của thiết bị từ 1.0V đỉnh tới 0.25V đỉnh. Khi độ lợi được thay đổi, hai chu kỳ lấy



 

Hình 9. Sơ đồ khối TMS320DRI350

Hình 10. Sự khác nhau giữa DRI300 và DRI350
2.5 Bộ xử lý âm thanh số
Mục đích của tầng này là chuyển đổi âm thanh dạng số từ lối ra của
TMS320DRI350 sang dạng tương tự, tạo các hiệu ứng âm thanh trước khi đưa đến tầng
khuếch đại công suất để đưa ra loa hoặc tai nghe. Trên thực tế ta có thể sử dụng một bộ
DAC hoặc một bộ xử lý âm thanh có bộ điều biến độ rộng xung. Trong thiết kế này sử
dụng bộ xử lý âm thanh TAS5508 của TI, ngoài ra nếu muốn có hiệu ứng 3 chiều ta có thể
sử dụng một bộ xử lý âm thanh khác cũng của TI là TAS3103A
Bộ xứ lý âm thanh số 8 kênh – TAS5508
Các đặc tính của TAS5508
* Lối vào ra âm thanh
11


 

- Tự động tìm tốc độ xung đồng hồ chủ và tốc độ mẫu lấy dữ liệu
- 8 kênh vào âm thanh nối tiếp
- 8 kênh ra âm thanh điều biến độ rộng xung có cấu hình được như 6 kênh với
đường ra lập thể hoặc 8 kênh riêng
- Line Output là một lối ra điều biến độ rộng xung để điều khiển bộ khuếch đại bên
ngoài sử dụng lối vào vi sai.
- Headphone PWM Output để điều khiển một bộ khuếch đại vi sai bên ngoài
- Các lối ra điều biến độ rộng xung hỗ trợ cả tải nối kiểu đơn và kiểu cầu

- Cấu trúc xử lý điều biến độ rộng xung 32 Bit với độ chính xác 40 Bit
12


 

- 8x Oversampling với dạng nhiễu ồn bậc 5 ở 32 – 48 kHz,
- 4x Oversampling ở 88.2kHz, và 96 kHz
- 2x Oversampling ở 176.4 kHz và 192 kHz
- Dải động lớn hơn 102 dB
- THD+N < 0.1%
- Nền nhiễu ồn phẳng 20 – 20 kHz cho các tốc độ dữ liệu 44.1, 48, 88.2, 96, 176.4,
và 192 kHz
- Tiền gia tăng tín hiệu số cho tốc độ dữ liệu 32, 44.1, và 48 kHz
- Mức logic tự động tắt tiếng mềm dẻo với khoảng thời gian và ngưỡng có thể lập
trình được cho hoạt động tự do nhiễu ồn
- Hệ thống tránh nhiễu AM tích hợp cung cấp cho ta phép thu AM sạch
- Điều khiển âm lượng nguồn cung cấp hỗ trợ cho việc tăng dải động trong các ứng
dụng hiệu suất cao
- Giới hạn điều biến có thể điểu chỉnh được
* Các đặc trưng chung
- Hoạt động tự động với giao diện điều khiển dễ sử dụng
- Giao diện tớ (slave) điều khiển nối tiếp I2C
- Hệ mạch điện tránh nhiễu AM tích hợp
- Nguồn cung cấp đơn 3.3V
- Linh kiện dạng TQFP 64 chân
- Các lối vào có thể chịu được 5V
Mô tả chức năng TAS5508
TAS5508 là bộ điều biến độ rộng xung số 8 kênh nó cung cấp đặc tính nâng cao và
một mức tích hợp hệ thống cao. TAS5508 được thiết kế để giao tiếp tốt với hầu hết các bộ

* Hỗ trợ 3 kênh xử lý độc lập
- Bộ trộn với bốn lối vào âm thanh lập thể, có thể thay đổi bằng phần mềm
- Hỗ trợ hiệu ứng 3 chiều (3D)
- Điều khiển số trầm bổng (Treble/Bass)
- Điều khiển số âm lượng
- Điều khiển tắt tiếng mềm (Soft Mute/Unmute)
* Đặc tính điện
14


 

- Nguồn nuôi 3.3V
- Chế độ ngủ tiêu thụ công suất thấp.
Mô tả chức năng TAS3103A
TAS3103A là bộ xử lý âm thanh số giúp tạo ra âm thanh số chất lượng cao bằng
việc sử dụng đường dẫn dữ liệu 48 bit, các hệ số cho bộ lọc 28 bit, bộ hợp kênh 48 bit và
một bộ cộng tích luỹ 76-bit. Với cấu trúc cho phép người sử dụng có thể thay đổi được các
thông số thiết lập cho phần cứng bằng phần mềm dẫn đến rất nhiều các chức năng xử lý
âm thanh theo yêu cầu của người sử dụng có thể được thực thi với thời gian phát triển
nhanh chỉ trong một thiết bị nhỏ giá thành thấp và tiêu thụ ít năng lượng.

Hình 13. Sơ đồ khối phần cứng TAS3103A

15


 

Hình 14. Sơ đồ khối chức năng của TAS3103A

- Dòng tắt thấp 50nA
- Chân tương thích với LM4881 và TPA102
- Hệ mạch điện giảm tiếng lách tách
- Bảo vệ nhiệt độ và ngắn mạch
- Giải điện áp từ 1.6V đến 3.6V

17


 

Hình 16. Sơ đồ ứng dụng của TPA6100A2
Mô tả chức năng TPA6100A2
TPA6100A2 là một bộ khuếch đại công suất âm thanh lập thể được đóng gói kiểu
SOIC 8 chân hoặc MSOP 8 chân, có khả năng thực hiện liên tục công suất thực 50mW
trên mỗi kênh với tải 16Ω. Độ lợi khuếch đại được cấu hình bên ngoài bởi giá trị của 3
điện trở trên mỗi kênh vào và không yêu cầu bù bên ngoài cho các thiết đặt từ 1 tới 10.
TPA6100A2 được tối ưu hóa cho các ứng dụng sử dụng acquy/pin bởi vì dòng
cung cấp, dòng tắt và THD+N thấp của nó. Để đạt được dải điện áp cung cấp thấp,
TPA6100A2 thiên áp BYPASS tới VDD/4. Một điện trở với trở kháng RF phải được nối
từ các lối ra xuống đất để cho phép các lối ra được thiên áp tới VDD/2.
Khi điều khiển tải 16 Ω với công suất lối ra 45mW với nguồn 3.3V, THD+N là
0.04% ở 1 kHz và thấp hơn 0.2% qua băng tần âm thanh 20Hz tới 20 kHz. Với 28mW cho
các tải 32 Ω, THD+N được giảm ít hơn 0.03% ở 1 kHz và thấp hơn 0.2% qua băng tần
âm thanh 20 Hz tới 20 kHz.
Bộ điều khiển trung tâm – ATmega128L
Trong sơ đồ này ta thấy sự xuất hiện của vi điều khiển ATmega128L, đóng vai trò
của một bộ điều khiển trung tâm, giám sát và điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ máy
thu. Vi điều khiển này tiếp nhận thông tin điều khiển khiển của người sử dụng thông qua
bộ điều khiển từ xa (giao tiếp hồng ngoại) hoặc trực tiếp từ các nút điều khiển trên máy

* Đặc tính ngoại vi
- Hai bộ đếm/định thời 8-bit
- Hai bộ đếm/định thời 16-bit
- Bộ đếm thời gian thực
- Hai kênh điều biến độ rộng xung 8-bit
- 6 Kênh điều biến độ rộng xung với độ phân dải có thể lập trình từ 2 đến 16 bit
- Bộ điều biến so sánh lối ra
- Bộ ADC 10-bit 8 kênh
* 8 kênh đơn
* 7 kênh vi sai
* 2 kênh vi sai với độ lợi có thể lập trình ở 1x, 10x hoặc 20x
- Giao diện nối tiếp 2 dây
- Hai USART nối tiếp có thể lập trình
- Giao diện SPI nối tiếp chủ/tớ
- Watchdog Timer có thể lập trình với bộ tạo dao động trên chip
- Bộ so sánh tương tự trên chip
* Các đặc tính của bộ vi điều khiển đặc biệt
- Khởi động khi bật nguồn
- Bộ tạo dao động RC có thể điều chỉnh được bên trong
- Các nguồn ngắt bên ngoài và bên trong
- 6 chế độ ngủ: Chế độ nhàn rỗi, chế độ giảm nhiễu ADC, chế độ tiết kiệm nguồn,
chế độ giảm nguồn, chế độ dự phòng và chế độ dự phòng bên ngoài
- Tần số xung đồng hồ có thể lựa chọn được bằng phần mềm
- Tương thích với Atmega103
19


 

- Vô hiệu hóa khả năng kéo lên toàn bộ

2

Vdd

Nguồn cung cấp (+)

3

V0

Điều chỉnh độ tương phản

4

D/ I

Lệnh / dữ liệu vào

5

R/ W

Đọc / viết dữ liệu

6

E

Tín hiệu cho phép


19

A

Nguồn cung cấp cho LED nền (+)

20

K

Nguồn cung cấp cho LED nền (-)

2.8 Mạch nguồn
Mạch nguồn DC
Một trong những mục tiêu quan trọng cần hướng tới của thiết kế là: tối ưu hoá
công suất tiêu thụ. Ngoài việc lựa chọn các linh kiện chính trong hệ thống có mức tiêu thụ
công suất thấp, thì việc lựa chọn các linh kiện cho phần mạch nguồn nuôi và mạch quản lý
nguồn cũng là một nhân tố quan trọng. Các linh kiện được lựa chọn cho 2 phần mạch phải
đảm bảo cung cấp đủ công suất cho toàn bộ hệ thống với một điện áp ổn định cao, đồng
thời cũng phải đảm bảo công suất tiêu tán trên bản thân chúng ở mức thấp nhất có thể. Các
linh kiện được chọn như liệt kê trong phần danh sách linh kiện kèm theo là hoàn toàn thoả
mãn được các tiêu chí trên.
Quản lý nguồn
21


 

Mạch này được sử dụng nhằm tối ưu sự tiêu thụ công suất của toàn bộ hệ thống tại
những thời điểm sử dụng khác nhau. Chẳng hạn có những thời điểm mà một số bộ phận

ATmel

3

AFEDRI8201

Bộ ADC tín hiệu IF cho AM/FM và HDRadio

TI

4

TMS320DRI300
TMS320DRI350

Bộ xử lý tín hiêu số băng tần cơ bản dành
cho HD-Radio

TI

5

TAS3103

Bộ xử lý PWM âm thanh số

TI

6



MIC 29152

Bộ tạo điện áp chuẩn

TI

11

S29GL032A

Bộ nhớ Flash 32 Megabit

Spansion

12

IS42S32400

Bộ nhớ DRAM 128 MBit

ISSI

13

IS63LV1024L

Bộ nhớ SRAM 128K x 8

ISSI

23