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从“芯”体现:开发人员谈MP3音质优劣
各种数字消费类产品特别是便携式数字产品的功能已由单一走向多元化，原有的半导体解决方案已不能适应产品的需求了：它既要DSP对实时任务和大量运算的处理，也要MCU对系统、通讯协议的控制。
为此芯片巨头厂商将目标锁定在便携式数字产品和网络应用市场，不断推出面向嵌入式多媒体应用的DSP+MCU混合型解决方案。
数字音乐消费电子产品是DSP、MCU应用最普遍的领域之一，如今早已成为数字音乐播放设备的核心部件：我们日常使用的各种随身听，包括磁带机、CD机、MD播放器等都依靠它来完成系统控制、编解码、纠错、伺服等主要功能。
对于电子产品除了款式、功能，最重要的是解决方案的选择了，它决定了产品的稳定性、可用性。我们这款的解决方案采用的是处于DSP、MCU业界的龙头美国ATMEL公司为mp3产业专门开发的AT89C51ND1X；
众所周知，随身听领域各厂商的产品音质音色各有不同。那么是什么原因造成了这样的差异？那就是DAC！
DAC芯片在随身听中占有非常重要的地位，特别是在音质方面的重要作用，因此DAC芯片往往会在很大程度上影响随身听的最终音响效果。
我们的DAC是美国TI公司（著名的BB公司的母公司）的TLV320DAC23。整体细节我们来分别加以介绍：
一.DSP+MCU：
美国ATMEL公司是DSP、MCU业界的龙头。AT89C51ND1X系列芯片是专为mp3产业开发的嵌入式多媒体应用的DSP+MCU混合型解决方案。
这种DSP+MCU混合型解决方案芯片拥有强大的信号处理能力，可将各频段的信号重新进行再分析及再分配，从而对信号进行更加精确地记录，保证了对音质的还原更加原汁原味，音质更精细，是目前MP3方案技术中高水准的方案。
目前mp3用的解决方案主要开发商有台湾、韩国、美国公司。台湾公司是比较早打入市场的，比如：Sunplus的双芯片方案的SPCA514A、SPCA751A；韩国公司Telechips的Tcc730；Sigmatel公司的STMP3410(目前真正的单方案)。具行业人事透露有的方案是由台湾公司开发完后转身变成了美国公司的产品了，特别是一款单芯片方案！（它占据了6成以上的市场）它的优点是确确实实是单片IC，方便、体积小，但因设计问题，退货、维修等现象已反映出来了。业内一家大品牌（清XXX）的老总苦笑的说“没有死机就不叫mp3了”。（他们刚好OEM了上述以“美国单芯片方案”的产品，经销商的退货达到了3成，他正为这事头疼呢）；又因mp3业内又流行“贴牌”，一款产品会很快变成“共模”（公共的模具）产品，就是说不用掏1分钱的开发费用就可以拥有产品了！它的危害在哪里呢？首先这都是小厂的作法，“贴牌”在国际市场上称“OEM”，比如美国通用公司考察“OEM”对象是很严格的，“OEM”的对象就是名牌企业“海尔”，他要保护自己品牌的！但mp3业的“贴牌”可就不是这样的了：一款外观的mp3有致命的问题，那么市场上所有的不管是不是名牌的、杂牌的、所有的都有同样致命的问题！这可不是闹“瘟疫”。买了品牌的你还有保修（你是以价格的代价换来的）；如果你买的是低价机的话，算你倒小霉了：大家都知道现代的内存芯片被用的最多。有但杂牌条和品牌条之分，会存在价位、性能、稳定上的差别，一个很关键的就是“成本”。即便是同样的方案，在涉及具体部件的采购上，不同的厂商还是有差别的。芯片的一个特点就是在生产时存在良品率的问题。大厂出于维护品牌形象的考虑，一般是争取采用A级品——DSP及闪存都如是；而小厂，特别是追求短期效益的小厂，则出于成本考虑，会选用B级甚至C级部件甚至是拆机件（最早听说有拆机电容卖，现在拆机DSP、闪存照敢生产线用），这早就不是秘密了。打着“廉价”幌子的产品，其实是成本过于“廉价”。坏货率非常高，服务根本没有，很多购买者无不大呼上当。
低价机基本上都是杂牌企业的产品，有一天因产品质量他不做了，他跑路了，经销商也没办法啊！那可算你倒大霉了，机子一有问题那就白掏钱了！！！
熟悉的经销商向我“诉苦”，XX品牌MP3播放器的返修率让他们叫苦不迭，不仅让消费者对于XX品牌的失去信任，而且也把经销商搞得焦头烂额。据说他经销的MP3播放器的返修率达到50％以上，大家可能感到愕然，但是事实就摆在眼前，你不相信不行。
有的人认为mp3的门坎低，技术含量低，容易进入。从表面看好象是的，但是进入后才发现不是那回事。不管是做企业还是产品有了稳固的基础才能谈到发展，所以方案的选择是我们的基础！所以我们选择了美国ATMEL公司2002年新开发上市的AT89C51ND1X系列芯片：
AT89C51ND1X系列芯片为美国ATMEL公司2002年新开发上市的2.5—3.3V低电压、80mW低功耗、功能完善、低成本、的单片数字（MPEG1，2，2.5&3）音频解码芯片，它是运算速度高、功能强大、高度集成的大规模集成电路。
性能特点：
1. 具有MPEG1、MPEG2、Layer2、Layer3解码功能可供选择使用。MPEG Layer3（MP3）音频编码是目前所能达到CD级音质的音频数据压缩技术。
2. 微处理器运算性能相当于100MHz Intel Pentium PC机。它能以“奔腾”级PC机的速度下载网上数据，它可节省时间和节约费用。
3. 运行微处理器，可得到音量控制、音场处理、频谱显示、随机播放、数位录音、状态查看、A-B反复播放（可自行设定一个段落反复播放，对学习外语有很大的作用）等功能。
4. 极低的功耗设计，平均功耗约为80mW。
5. 可直接管理和驱动内容丰富的LCD液晶显示系统。
6. 接口可与PC机直接相连。
7. 可方便的与多款DAC配合使用。
二.DAC:
我们知道音质是由DAC芯片来确定的，因此DAC芯片往往会在很大程度上影响随身听的最终音响效果，占有非常重要的地位。
玩音响的都知道美国BB公司吧！普及VCD的PCM1712、PCM1715；摩机的PCM1710、PCM1716；顶级的PCM1702PK，都是他们的产品。
原计划用美国BB公司的PCM1770，但无FM输入功能，故选用美国TI公司（著名的BB公司的母公司）专为MD开发的TLV320DAC23。
性能特点：
1. 32bit96KHz DAC。
2. 100dB信噪比。
3. 内含数字滤波。
4. 1.42-3.6V的工作电压。
5. 90dB的失真。
6. 防抖动、低干扰。
7. 耳机驱动高达30mW。
前面说占市场6成以上的单片方案，它的耳机驱动每边只有4-5mW，这是我到深圳市电子产品质量检验所亲自所测。而且它的音质很差，引用另外媒体的评价原话：低音明显欠缺力度，显得过于轻飘，高音又过于生硬，表现刺耳。从这里可以看出设计师不光是硬件、软件的高手，他还要懂音乐，有个好耳朵。
从元器件的角度来说，电阻全是精度为5%的贴片电阻，0.1uf以下的电容我们选用5%的日本TDK品牌的产品，0.1uf以上的比如：1uf、10uf、100uf、220uf电容我们选用进口钽电容。就是SONY的MD中的也只敢用贴片电解电容。我们的设计思路是用钽电容的音色加以圆润、改善mp3原有高音抢耳的音色！
三.便携式产品电源的设计：
随着便携式产品不断涌现，如PDA、DIGITAL CAMERA、MP3等。便携式产品竞争逐渐加强，导致厂商不断增加产品功能，以吸引更多消费者的注意。但是消费者逐渐发现若采用传统的干电池供电，由于受到电池容量的限制，因此便携式产品使用时间和待机时间过短，电池频繁更换，已不能够满足用户的需要。电源供电及管理方案成为困扰设计师的一个重要问题。
关于电池的确定上我们相关的设计者讨论了很多：
目前的市场上MP3电池主要有如下的方式：常规干电池；口香糖电池（Ni-MH）；外置用手机某种锂电池；内置Ni-MH、内置锂电池4大类。
用干电池的又分7#和5#两种，使用7#电池会给消费者带来很大的使用成本，使用者太心痛，而且播放时间短，最后使产品成了**肋：用吧电池受不了，不用吧……。采用5#电池不可避免的会造成机子厚而大。
我比较倾向于用可充电电池，它确实给消费者在一定时间里带来了方便：不用买电池了。标准的充电条件可以延长电池的寿命，给消费者节约开支。如果您一天使用3个小时，1节7#碱性电池可用10个小时，就是可用3天，1节7#碱性电池2.5元计算1年用100节，共250元，内置充电电池充满电后可以维持10小时以上的连续播放，充电电池的寿命一般为300至500次，按一般的使用率计算，使用3至5年没有一点问题，这为大家节省了很大一笔开支。
我解剖了市面上几款采用充电电池的机型发现根本没有充电控制部分，联上电源就充电，无恒流、定时可言。我相信不到1年就会无法使用了！
在众多可选的供电方案中，二次锂离子电池由于高能量密度、高输出功率、可快速充电以及重量轻、体积小和无污染等特性受到了电源设计工程师的青睐，同时近来锂离子电池的价格迅速下降，在便携式产品中已成为主流的供电产品。
对于锂电池，能量的密集区域在3.6V,但通常客户出于充分利用电池能量的出发点考虑，希望利用锂电电池工作电压范围为：3.0V-4.2V。
当然由于产品的不同，设计的不同会造成所需输出电压的不同，一般在2.7V-3.3V之间，甚至会低至1.8V（如 数码相机）。故对锂电降压/稳压器件产生了需求。另外，便携式产品中由于功能增加，其供电电流有逐渐增大趋势。目前产品供电电流已经达到100-500mA甚至更高，故如何提高供电效率日益成为电源设计师们需要考虑的问题。
目前设计师在实际电源管理电路中通常会使用两类降压器件：LDO (低压差稳压器)和DC-DC开关式降压器。
DC-DC开关式降压器：转换效率高达95%，压差最小。但它属于开关电源的一类，我们都知道开关电源用在mp3中那是对音色的雪上加霜啊！！！这里我跟大家说一下：市场上所有用可更换电池的mp3都要用到DC-DC开关式升压器的！可想到音色能好到哪去？
对于LDO，由于其为线性降压元件，故供电效率完全取决于其输出电压大小。所以比较适合应用在输出电压相对较高的场合，若以锂电主要供电电压3.6V计，在输出目标电压为3.0V时，其供电效率：η=3.0V/3.6V*100%=83.3%
通过以上计算可以明显看到：输出电压与工作效率成正比，输出电压太低，则大大影响了锂电供电效率。故比较适合于LDO器件良好运作的目标供电电压为3.0V-3.3V的范围。而这个电压范围正是mp3核心的DSP、DAC的最理想的工作电压：那怕只降低 0.2V，DAC的100dB信噪比就会降低几个dB！！！
再一个优势是没有高频的开关干扰，而且信噪比还可以提高几个dB啊，可以给出纯美的音色啊！！！真是一举数得。锂离子电池真是绝配。
记得玩音响的时候经常看到国外的顶级人事用蓄电池给黑胶唱盘的前级供电甚至给整套器材供电的做法真是让我叹为观止啊！但我现在也真真正正的做到了。
关于使用充电电池最关键的就是充电控制了：要恒流、恒压、定时。我们公共实验室不光下大力气、高投入推出航空用的钛锌合金为基材款式的外观，我们也在充电智能控制电路下大投入，开发恒流在200mA、定时在3小时充满500mAH的Li充电电池电路并设计到mp3机中，您可以用PC机上的USB口充电，也可以用配套电源充电。并可满足mp3机使用10个小时。我们选用了美国德州2057。它是Li电池线性充电管理片上系统（SOC）芯片。适用于手机、PDA、数码相机、手持仪器的台式充电器(座充)对锂电池充电管理的需要，为手提产品应用而特别设计开发的。
它能对电池充电的温度和充电状态全程监控，当发生过流、短路和过温时，将自动关闭，从而保护充电器件和电池。非常适合于便携式电子产品的紧凑设计需要。
电池充电状况监视用LED显示电池充电状况。带有电池温度监测功能，利用电池包的温度传感器连续检测电池的温度，当温度超出设定范围时，会自动关闭对电池的充电或自动切换到涓流充电模式。具有自动重新充电、涓流充电、二倍涓流充电、恒流/恒压充电、欠电压自动停止、低功耗休眠模式等多种功能。
应用领域
1. 手机
2. PDA
3. DSC
4. 手持仪器
5. 座充和台式充电器
主要特性
1. 4.5～15V输入电压范围
2. 低的静态工作电流,典型值为0.5mA
3. 可编程充电电流
4. 自动程控充电
5. 电池温度监测
6. 过温保护快速充电选择
7. 电池过放电涓流调整
8. 电池充满自动转换至关机/休眠模式
9. 过压、过流、过温保护
10. 上电复位
11. LED充电状态输出或系统微控制器串行接口
内部架构
由图可以看到它由读取使能微控制器、2倍涓流充电控制器、电流环误差放大器、电压环误差放大器、电压比较器、温度感测比较器、环路选择和多工驱动器、充电状态逻辑控制器、状态发生器、多工器、LED信号发生器、MOSFET、基准电压、电源开机复位、欠电压锁定、过流/短路保护等十多个不同功能的IC整合在一个晶元上。它是一个高度集成、智能化芯片。
涓流充电
当锂电池的初始电压很低时或锂电池在充电过程中升温太快时，自动改用微小电流的涓流充电模式，既可保护锂电池又可有效降低充电中的锂电池温度。涓流电流是正常可调节充电电流的10% 。
充电程序
充电开始时如电池电压过低，则先采用涓流充电，当锂电池具有一定电流、电压，即进入恒流充电模式，锂电池的电压逐渐升高，当锂电池电压升高到4.1V(VCH=4.2V)时转入恒压充电模式，充电电流逐渐减少，当电压、电流都已达到予置目标值时，充电程序结束。
应用实例
感测电阻Rsense是在充电状态下，利用充电电流流经时产生的压降监控充电电流，由此获得充电电流的反馈。本机中取0.5R，恒流充电电流为200mA。Rsense 的监控电流直接输入监控电流输入端（CSI）。
Q1选用PNP晶体管，主要作为向锂电池提供充电电流的通道，如图所示使用ZETEX的FZT788B，其基极电位受DRV脚控制，以按实时需要改变充电电流。
充电方法非常简单，只要将随机带的USB连接线连到计算机的USB接口上或专用的配套电源上便开始充电
四.FM功能：
选用大名鼎鼎PHILIPS的数字调谐IC-TEA5767。它的封装是比较特殊：金属模块。在mp3机中电磁干扰是很大的，数字调谐又是最怕电磁干扰的，所以我们选用了金属模块的方式。代价就是成本太高。
五.LCD 驱动电路芯片：1621 32X4 点阵式
概述：
1621 是一种 128 点阵式存储映射多功能 LCD 驱动电路，自身的 S/W 结构特点使它适合点阵式 LCD 显示包括 LCD 模块和显示子系统。
1621 是一种具有微控制器接口，由存储器映射的32X4点阵式控制驱动器电路。上电时清零复位，通过命令端进行工作状态设置，通过片选、读、写端对RAM 数据进行读写修改操作，按照一一对应原则驱动LCD 显示器。该电路可用于点阵式LCD 显示驱动，各SEG 端是互相独立的且容易对RAM 数据进行修改，所以显示点阵式内容灵活，可随用户任意定制
功能特点:
1. 工作电压 2.4V~5.2 V
2. 内部自建 256 kHz RC 振荡器
3. 外部32.768 kHz 晶振或256 kHz 频率输入
4. 可选择1/2或1/3偏置, 和1/2 1/3或1/4占空比LCD 显示
5. 内部时间基准频率
6. 内部时基发生器和WDT看门狗定时器
7. 时基或WDT溢出输出
8. 有八种时基/WDT时钟源
9. 32X4 LCD 驱动器
10. 内部32X4 bit 显示 RAM
11. 端串行接口
12. 内置 LCD 驱动信号源
13. 可用指令控制操作
14. 数据模式和命令模式指令
15. R / W 地址自动累加
16. 3 种数据存取模式
17. VLCD 引脚用来调整LCD 工作电压
2004.02.09 09:16 xly111
整机描述：
１. 采用美国在DSP、MCU处于龙头行业的ATMEL公司DSP+MCU方案，高稳定、不存在死机。
２. DAC采用美国德州TI公司（BB母公司）专为MD开发的32bit、96KHz、100dB信噪比、失真低达90dB、耳机输出高达30mW 的TLV320DAC23 。
３. 选用进口钽电容。用钽电容特有的音色加以圆润、改善mp3原有高音抢耳的音色。
４. 因内置锂电池，所以3年不用买电池，可以节省1000元（2天1节 X 3年 X 2元/节）再者采用LDO线性降压元件(低压差稳压器)给100dB信噪比、失真低达90dB的DAC 的提供电源，不用DC-DC开关电源式升压器（我们都知道开关电源用在mp3中那是对音色的雪上加霜啊！！！）从而给出纯美的音色！！！钛锌合金外壳，杜绝任何干扰。
５. 使用时间10-12小时。
６. 内置高精密、高成本锂电池充电控制电路。
７. 充电时间2-3小时。
８. 内置采用PHILIPS专用芯片、采用特殊天线加感技术设计的高灵敏度、高稳定性、可存储20个FM立体声数字节目的FM立体声数字接收头。
９. 准中文功能菜单。
１０. 无驱“U盘”功能。
１１. 内置高灵敏度MIC。
１２. 蓝色背光。
１３. 配套耳机为前面介绍过的开放式结构耳机：铷铁硼磁结构33 mm耳机驱动单元、113dB/mW高灵敏度、频响在人工耳测试的18~18000Hz、70 Hz谐振频点、最大0.5W承载功率的C888-LP。
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