STMP35系列主芯片应用电路

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　　STMP35××系列主芯片家族中有：STMP3501、3502、3503、3504、3505、3506、3510、3520、3550、3560等，其中STMP 3550/3560是硬盘式MP3播放器专用芯片，目前应用较少。　　现在普遍应用的是STMP3510/3520，还有在中低档机型中应用较多的是STMP3502-3506等。STMP35××系列芯片具有34××系列的主要功能和特点，而且比34××系列有更高的集成度和更小的功耗，做成的播放器在体积和电池使用寿命等方面更具优势。更重要的是STMP35××系列具备USB FS(Full Speed全速)或USB HS(Hi Speed高速)传输接口，比34××系列采用的USB1.1接口的传输时间有了很大提高，这就非常有利于MP3播放器向高速、大容量方向发展。此外，STMP35××系列的主频为75MHz(STMP34××为65MHz)，数据处理速度有所提升，可较好地支持高品质MP3等文件，使播放器具有较好的音质和更多的功能。　　35××系列的电源管理功能也很好，内置高效DC—DC转换器，可使用多种供电(模式)方案，使用一节AA电池可连续工作50小时(除3501外)，还强化了语音记录、MP3解码部分和D/A转换器、耳机音频放大器等电路。　　STMP35××系列主芯片的典型应用电路如图1和图2所示。由于原电路图提供了适应不同情况的多种可选电路，数量多且分散，限于篇幅无法全部刊登，这里仅给出经笔者精简合并整理后的图1、图2电路。其中图1中主要包括主芯片、话筒信号输入、线路输入、耳机信号输出、电源、电源/播放开关、启动模式选择和保持等部分电路。图2中含有液晶显示屏、FLASH存储器、按键开关、FM收音模块、背光驱动和USB插口连接等电路。在图1中，主芯片采用100引脚TQFP(小型方块平面封装)的STMP35××，这是一种升压供电模式的主芯片应用电路图，供电电源为一节1.2V镍氢充电电池或一节1.5V碱陛电池。下面分别介绍电路的主要组成部分原理。　　1．主芯片STMP35××系列芯片的外形和引脚识别如图3所示。该系列芯片有100脚TQFP和144脚(fp)BGA(BallGrid Array球状栅格阵列引脚封装)两种不同的封装形式可供选用，其中BGA封装的芯片引脚号与我们通常所见的IC引脚号是不同的，它采用栅格阵列引脚，引脚编号为A1、A2…B1、B2…在图3的底视图中可清楚地看出各个引脚的排列和命名规则。图1是采用100引脚TQFP封装的STMP35××(U1)应用电路图。芯片各个引脚的名称已经在图l芯片方框中标出，注意引脚名称和电路端子标注名称大多是不相同的，例如芯片的6 5脚名称是HPR，对应的电路端子名称是LINE_OUT_R，这点在读图时别疏忽，否则就不易看懂电路。　　主芯片U1的外接存储器数据总线端口GP24/SM_d0/CF_d0～GP31/SM_d7/CF_d7(对应引脚为30～37)用于数据的传输，分别与闪存U3的I/O1～I/07(数据输入/输出端口)对应连接，对数据进行读写。STMP35××具有多个GPIO(通用输入/输出端口)，输入/输出信号用于对芯片和相应外围电路(如按键，显示和收音等电路)进行功能控制和操作等，从而控制、显示机器工作状态。主芯片U1的XTALi和XTALo(75、74脚)分别是高频晶振的输入端和输出端，外接晶振Y1和电容C26、C27，与内部电路共同组成频率为24.00Mz的晶体振荡器，作为芯片内电路的基准同步振荡源。主芯片U1的USB_DM(81脚)、USB_DP(80脚)与USB插口电路相应端连接，用于USB的数据传输。　　图1电路中，主芯片外围某些地方标注了：one cap for each PIN文字，这是表示相应的电容器应该分别连接在各引脚上，而不是连接在某个引脚上，尽管它们是相通的。例如：one capfor each pin(29，96)，表示退耦旁路电容C12、C13是分别连接在U1的29、96引脚上和GND接地端上的。上一页1　　2．电源电路STMP35××芯片内含性能优良的电源管理单元，由于内含两个直流一直流电源变换器，所以就可省去外接小功率开关电源，电路框图如图4所示。STMP35××支持单、双电池(碱性电池或镍氢充电电池)、锂电池和外部输入直流电源等多种供电模式，供电模式通过对DCDC_mod0、DCDC_mod1、DCDC_mod2三个引脚的电平的设置来控制。应该注意，其中DCDC_mod0、DCDC_mod1引脚仅适用于144脚封装的芯片，所以对100脚封装的芯片而言，实际只有DCDC_mod2(54脚)一个功能选择引脚，对应只可选择两种供电模式，即DCDC_mod2为1电平，使用一节碱性电池或镍氢充电电池和DCDC_mod2为0电平，使用可充电锂电池。图1电路由于采用100脚封装主芯片和碱性或镍氢电池供电模式，所以采用DCDC_mod2接高电平(VDD_BAT)。这种模式的供电电源电压为0.9V～1_5V，低于输出电压1.8V和3.3V，故而使用了芯片内的#1直流一直流变换器且工作于两(输出)通道升压模式，输出电压为1.8V和3．3V两种，供各部分龟路使用；另一个变换器则关闭不使用。　　在图1中，碱性或镍氢电池BT1是整机的供电电源电压，电压为0.9V～1.5V，其负极(2端)接地GND，正极(1端，即VDD_BAT端)与主芯片的54脚(DCDC_mod2)、56脚(BATT)和49脚(DCDC_Batt，通过电感L2)相连接。BT1电压由芯片内部的直流变换器等电路转换处理后，在U1的47脚输出3.3V电源电压，经过电容C8～C11滤波去耦后得到VDDIO电压;同时在U1的48脚输出另一电源电压，经电容C1～C4滤波去耦后得到VDDD电压。VDDIO和VDDD电压除了对主芯片等电路供电外，还在VDDIO_P电源电路中转换得到VDDIO_P电压，供给话筒信号输入、闪存、液晶显示、FM(调频)收音、背光驱动等电路使用，如图1上方的小框(6)内所示，电源电路由电源/播放开关电路控制。电源/播放开关电路如图1左中方的小框(2)内所示。　　图中，SW2是POWER/PLAY/PAUSE(电源/播放/暂停)按钮开关。当按下SW2时，VDDIO电压通过电阻R41加到主芯片U1的PSWITCH端(79脚)，使主芯片电路启动，开始工作。同时VDDIO电压通过电阻R39加到主芯片U1的GPIO_34端(14脚)，使电路进入播放状态。电路中SW24是复位开关，按下SW24，主芯片U1的PSWITCH端被接低电平(GND)，主芯片电路被复位。　　3．话筒信号输入电路话筒信号输入电路如图1左上方的小框(1)内所示。STMP35××内置话筒前置放大器，所以不需外接放大电路。WM-62A(话筒X1)送出的信号经耦合电容C37直接送到STMP35××的55脚(MIC端)，由芯片内电路进行处理。VDDIO_P电源通过电阻R25、R26给话筒提供偏置电压，C38、C39是偏置滤波电容，用于滤去纹波成分、平滑偏置电源。　　4．线路输入电路这是一个外部音频信号输入电路，图1左中方的小框(3)、(4)内示出了两种类型输入电路，实际应用时可根据要求选择一种。其中输入电路(1)是单一的线路输入电路，输入电路(2)则是外部音频信号和FM收音信号两者公用的输入电路。在输入电路(2)中，当连接外部音频的插头插入5芯插口J5后，外部左、右声道音频信号分别通过插口J5、电感L19、电容C126和电感器L20、电容C127加到STMP35××的59脚(LINE-IN-R端)和57脚(IANE-IN-L端)，由主芯片内电路放大后再作MP3编码、录音等处理。当拔出外部音频的插头后，FM收音电路的输出信号通过J5相应端头被加到STMP35××的59脚和57脚，由主芯片放大后送到耳机电路或进行录音。输入电路(1)除了没有FM收音信号输入功能外(所以只需采用不带开关功能的3芯插口)，其他原理和结构与输入电路(2)相同。　　5．耳机音频信号输出电路如图1左下方的小框(5)内所示。　　STMP35××内置D/A(数/模)转换器和音频功放电路，由主芯片HP-R端(65脚)和HP-L端(62脚)输出的右声道和左声道音频信号，分别通过电容C32、电感L4和电容C33、电感L5以及立体声耳机插口J1，加到立体声耳机中，使耳机发出音乐或语音等声音。现在的MP3播放器在额定阻抗为16Ω的负载(耳机)下的每声道最大输出功率在5mw～20mw范围内，通常以7mw～12mw多见，STMP35××为11mW，属于中上水平。电路中的耳机线兼作为FM收音电路的接收天线，其对应端(HP_GND_A)要经过一个高频阻流圈L6才接地(AGND)。上一页12　　6．闪速存储器电路闪速存储器(Flash Memory)电路如图2中下方的小框(5)内所示。闪速存储器简称闪存，是一种基于半导体介质的非易失性存储器(NVM)，目前在MP3播放器应用的主要是具有快速读写循环等优点的NAND型闪存。　　图2中的闪存为U3，根据产品型号和容量不同，主要采用三星的K9F1G08UOM(容量128MB)、K 9 F 2 G O 8 U 0 M(2 5 6 M B)、K 9 K 1 G 0 8 U 0 M(1 2 8 M B)、K 9 K 2 G 0 8 U 0 M(2 5 6 M B)、K9K4G08UOM(512MB)等。较早期产品也有采用两片闪存的，为的是增加存储容量，现在大容量闪存已普遍应用，两片式机型就很少见了。K9K和K9F系列闪存的主要性能如下：工作电压：2.7V～3.6V ;擦写次数：10万次，数据保存：10年。图2中闪存U3的I/01～I/07(数据输入/输出端口)对应连接至图1主芯片STMP35××的总线端口DO-D7(30～37脚)，相互进行数据传输。图2小框(5)内还有3个小框图，它们表示相应端头连接的上拉(Pullup)电阻或下拉(Pulldown)电阻，通过VDDIO_P或GND使相应端被置于高电平或低电平，以满足闪存电路的正常工作需要。　　在MP3播放器中，常用的闪速存储器还有HY公司和东芝的产品，如HY27UF082G2M(128MB)、TC58NVGOS3AFT(128MB)和TC58NVGlS3AFT(256MB)等。　　7．液晶显示屏(LED)电路液晶显示屏电路如图2中上方的小框(4)内所示，是由液晶显示模块U6(Shing Yih LCD)为核心组成的。U6是点阵型液晶显示模块，可显示各种字符及图形，可与主芯片(CPU)直接接口，具有标准数据总线、控制线及电源线。U6总共有30个引脚，其中16～23脚(DB7～DB0)为数据总线端口，与主芯片STMP35××的相应GPIO端口(GP10_00～GPIO_07)连接，进行数据的传输。　　24～28脚是控制端，通过这些引脚对液晶显示屏进行数据显示等控制。U6通过接插件和外部电路连接，接插件端头的名称和图1电路中主芯片相应端头的连接关系已经在图2右边示出。　　液晶显示屏电路的电源电压也是VDDIO_P.　　8．按键开关电路如图2左上方的小框(1)内所示。　　STMP35××内建按键(键盘)扫描矩阵电路，通过GPIO-42、43、46、47、48、49，50等端口和外接按键电路相连接。图2电路中用了3个键扫描输入端和4个输出端(SCAN—R1/R2/R3和SCAN—C1/C2/C3/C4)，总共连接11个按键开关，有：SW3(MENU，菜单)、SW4(VOLUME+，音量+)和SW5(VOLUME-，音量-)等，分别对应菜单选择、音量调整、停止、模式等操作功能，具体按键开关的名称及功能已详细标示在图中。　　9．瑚(调频)收音电路FM(调频)收音电路如图2左中方的小框(2)内所示。它由FM模块组件U16(DA102 TEA5767)为核心组成的。DA102内部电路由飞利浦的专用收音集成电路TEA5767等元器件组成。FM模块U16的工作状态受其3、4、5、6、7引脚信号的控制，这些信号来自主芯片，5个引脚对应的电路端头和主芯片STMP35××的相应引脚如图中标示。U16的10、11脚是音频输出端，其输出的立体声音频信号送到线路输入电路(2)后，通过J5相应端头被加到STMP35××的59脚和57脚，由主芯片放大后送到耳机电路或进行录音。U16的16脚(ANT)是天线端，它被连接至耳机信号输出电路的HP_GND_A端，用耳机连线兼作FM收音电路的接收天线。FM收音电路的供电电源是VDDIO_P。　　10．背光电路背光电路如图2左下方的小框(3)内所示。它是以U12(SP4423)为核心组成的。SP4423是低功耗无变压器型背光驱动集成电路，内建升压振荡器，静态电源电流不大于50nA，其输入电池电压范围为2.2V～5V，输出电压高达160Vpp(典型值)。U12与外接电容C92和电感L17等共同组成DE-AC升压驱动电路，将U12的6脚输入的VDDIO_P直流电源电压升至120V～160V的脉冲电压，从5、4脚(EL1、EL2端)输出，通过接插件J3，去驱动显示屏后的背光片EL-Lamp发光。背光驱动器的振荡频率由U12的外接电容C92的容量决定，调整C92的容量可改变振荡频率，容量越大，频率越低，调整C92可在一定范围内改变背光的亮暗。U12的1脚(HON)是背光控制端，高电平有效，该脚受控于BL-ON端(主芯片GP9脚)的电平，当BL-ON端为高电平时，背光开通，当电平为低时，背光关闭。　　11．FM连接电路USB连接器电路如图2右上方的小框(6)内所示。图中，USB插口CN1是个MINI(迷你型)多芯插座。其中1端为USB电源端，电压+5V，2端为USBD-，3端为USBD+，4端不接，5端通过L13接地，6～9端通过L14接地。CN1的2端和3端分别通过电阻R18、R19(0Ω电阻，实际起连接作用)与STMP35××的USB_DM(81脚)、USB_DP(80脚)连接，进行USB数据传输。上一页123