S T M P 35 系列主芯片应用电路 文／王德沅 ST MP35 X X 系列主芯 片 家族 中 有 ：ST MP350l 、3502、3503、3504、 35 0 5 、3 506 、35 10 、3 52 0 、3 5 50 、35 6 0 等，其中ST MP 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S T MP35l 0／3520， 还有 在中低档机型 中应用较多的是 ST MP3502 —3506等。ST MP35 X X 系列芯片具有34 X X 系列的主要功能 和特点，而且 比34 X X 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 ST MP35 X X 系列具 备 U SB F S ( F ull S peed 全 速 ) 或 US B HS (Hi S peed 高速 ) 传输接 2 0 0 6 ．1口总第5 巳9 期 · wvvw ．r adio ．oo m ．cn 13 维普资讯 http://www.cqvip.com www.520101.co 14 2 0 0 6 ．1口总第5 2 9 期· WWW．r~ dio ．c o rn ．c n 维普资讯 http://www.cqvip.com www.520101.co 口，比34 × × 系列采用的US B 1．1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，S T MP35 × × 系列 的主频为 75M H z (ST MP34 × × 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A A 电 池可连续工作50& 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。 S T MP35 × × 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 、 F L A SH 存储器 、按键开关、FM 收音 模块、背光驱动和US B 插 口连接等电 路。在图 1中，主芯片采用 100 引脚 T Q F P (小型 方块平面封 装 ) 的 ST MP 35 × × ，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 碱性电池。下面分别介绍电路的主要 组成部分原理。 1．主芯片 S T MP 35 × × 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T QFP 和 144脚 (fp ) BGA (Ball Grid A rray 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 A 1、A 2⋯ 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T QFP 封装的ST MP35 × × (U 1) 应用电路图。芯片各个引脚的名 称已经在图1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 H P R ，对 应 的 电路端 子名 称是 L INE—O UT —R ，这点在读 图时别疏 忽，否则就不易看懂 电路。 主芯片 U 1 的外接存储器数据总 线端口GP24／S -(10／C F_ dO～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／ O 1～I／O7 (数据输入／输出端 口) 对 应连接，对数据进行读写。ST MP35 × × 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U 1的 X T A L i 和 XT A L o (75、74脚) 分别 是高频晶振的输入端和输出端 ，外接 晶振 Y 1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U 1的US B—DM (81脚) 、 USB_ DP (80脚) 与 USB 插 口电路相 应端连接 ，用于 US B 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 cap f0r each pin(29，96)，表示退耦旁路 电容 C 12、C13是分别连接在 U 1的29、 96 引脚上和 GN D 接地端上的。 2．电源电路 S T MP35 × × 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。ST MP35 × × 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 D C D C —m O d 0 、 DCD C—modl 、DC DC—ro od2 三个 弓l 脚的电平的设置来控制 。应该注意 ，其 中DCD C—mod0、D CDC—modl 弓I脚 仅适用于 144 脚封装的芯片，所 以对 1 0 0 脚封装 的芯片而言 ，实际只有 DCD C—ro od2 (54 脚) 一个功能选择 引脚 ，对应只可选择两种供电模式 ，即 DCD C—ro od2 为 1 电平，使用一节碱 性 电 池 或 镍 氢 充 电 电 池 和 DCD C—ro od2 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 D C D C —mod 2 接高电平 (V DD—B A T ) 。这种模式的供电电源 电压为0．9 V ～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 ，供各部分电路使用；另 一 个变换器则关闭不使用。 在 图 1中 ，碱性 或镍 氢 电池 BT 1是 2 0 0 6 ．1 口总第5 2 9 期 · ww w ．ra dio ．oo m ．c n 1 5 维普资讯 http://www.cqvip.com www.520101.co 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V DD—BA T 端) 与主芯片 的 54 脚 (D C D C —m od 2) 、56 脚 (BA T T ) 和 49 脚 (DCDC—B att ，通 过电感 L2) 相连接。BT 1电压 由芯片 内部的直流变换器等电路转换处理后， 在 U 1的47脚输出3．3V 电源电压 ，经 过 电容 C 8 ～C l 1 滤波去耦后得到 V DDIO 电压 I 同时在 U 1的48脚输出 另一电源电压 ，经电容C 1～C4滤波去 耦后得到 V D D D 电压 。V D D IO 和 V DDD 电压除了对主芯片等电路供 电 外 ，还在V DDIO_ P 电源电路中转换得 到V DDIO—P 电压 ，供给话筒信号输 入、闪存、液晶显示、F M (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 ，S W 2 是 P O W E R ／P L A Y ／ PA US E ( 电源 ／播放 ／暂停) 按钮开 关。当按下S W2 时，V DDIO 电压通 过 电阻 R 4 1 加到 主芯片 U 1 的 PSW IT CH 端 (79脚) ，使主芯片电路 启动，开始工作。同时V DDIO 电压通 过 电阻R 39]JI到主芯片U 1的GPIO一34 端 (14脚)，使电路进入播放状态。电 路 中S W24 是复位开关，按下S W24， 主芯片 U 1的 PS W IT C H 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。ST MP35 × × 内 置话筒前置放大器，所 以不需外接放 大 电路。W M 一62A (话筒 X 1) 送出 的信号经耦合 电容 C 3 7 直接 送到 S T MP35 × × 的 55脚 (MIC 端 )，由 芯 片 内电路进行 处理 。V DDIO_ P 电源 通过电阻R 25、R 26给话筒提供偏置 电压，C 38、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J 5后，外部左、右声道音频信号分 别通过插 口J 5、电感 L 19、电容 C 126 和 电感器 L 2 0 、电容 C 1 2 7 加到 ST MP35 × × 的 59 脚 (L INE- IN—R 端) 和 57脚 (L INE—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， F M 收音电路的输出信号通过 J 5 相应 端头被JJI~1]ST MP35 × × 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F M 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。 ST MP35 × × 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 L 5以及立体声耳机插口儿，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 16 Q 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 ，S T MP35 × × 为 1l mW ，属于中上水平。电路 中的耳机线兼作为 F M 收音电路的接 收天线，其对应端 (HP—GN D—A ) 要 经 过 一 个 高 频 阻 流 圈 L 6 才 接 地 (A GND) 。 B．闪速存储器电路 闪速存储器 (F lash Memo~ ) 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 (NV M) ，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 NA ND 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 K 9F 1G 08 U 0 M ( 容 量 1 2 8M B ) 、 16 2 0 0 8 ．1口总第5 巳9 期· wvvw ．ra dio．oom ；(31-1 维普资讯 http://www.cqvip.com www.520101.co K 9 F 2 G 0 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 ) 、 K 9K 4G08U0M (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。K 9K 和K 9F 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／O1～I／O7 (数据输入 ／输出 端口) 对应连接至图1主芯片ST MP35 X X 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 (P Ul l UP ) 电阻或下拉 (Pull dow n ) 电阻，通过 V DDIO—P 或 GN D 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 H Y 公 司和东芝 的产 品 ，如 H Y 2 7 U F 0 82 G 2M ( 1 2 8M B )、 T C 58N V GOS 3A F T ( 128MB ) 和 T C58NV G 1S3A F T ( 256M B ) 等 。 7。液晶显示屏 (LCD) 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 U 6 (Shing Y ih L CD ) 为核心组成 的。U 6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 (C PU ) 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～DBO) 为 数据总线端 口，与主芯片S T MP35 × X 的相应 G P 10 端 口 ( G P I O 一0 0 ～ G P IO 一 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 。U 6 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 V D D IO _ P 。 8．按键开关电路 如图2左上方的小框 ( 1) 内所示。 ST MP35 X X 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 (SCA N—R 1／R 2／R 3 和 S CA N - C 1／C2／C3／C4) ，总共连 接 l 1个按键开关，有：S W3 (MEN U ， 菜单)、S W4 (V 0 L UME+ ，音量 + ) 和 S W5 (V OLU ME 一，音量 一) 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．f■ (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 U 16 (DA 102 T EA 5767) 为核 心组成的。DA 102内部电路由飞利浦 的专用收音集成 电路T EA 5767等元器 件组成。F M 模块 U 16 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 sT MP35 X X 的相应 引脚如图中标示。U 16 的 10、l 1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 J 5 相 应端 头被 加到S T M P35 X X 的59脚 和57脚，由主芯片放大后送到耳机 电 路或进行录音。U 16 的 16 脚 (A NT ) 是天线端，它被连接至耳机信号输出 电路的 H P—GN D—A 端，用耳机连线 兼作F M 收音电路的接收天线。F M 收 音 电路的供电电源是V DDIO_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 U 12 (S P4423) 为核 心组成 的 。S P4423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 160V pp (典型值) 。U 12与外 接 电容C92和电感L 17等共同组成DC — A C 升压驱动 电路，将 U 12 的6 脚 输入的 V DDIO—P 直流 电源 电压升至 120V ～160V 的脉冲电压 ，从 5、4 脚 (EL 1、EL 2端) 输出，通过接插件 J 3， 去驱动显示屏后的背光片 EL —L amp 发光。背光驱动器的振荡频率由U 12 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。U 12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B L —ON 端为高 电平 时，背光开 通，当电平为低时，背光关闭。 11。gS R 连接电路 US B 连接器电路如图2 右上方的 小框 (6) 内所示。图中，USB 插 口CN 1 是个MINI (迷你型) 多芯插座。其中 1端为 U SB 电源端 ，电压 + 5V ，2 端 为 USBD 一，3端为 U SBD + ，4端不 接，5 端通过 L 13 接地 ，6 ～9 端通过 L 14接地。CN 1的2端和3端分别通过 电 阻 R 18、R 19 ( 0 Q 电阻 ，实 际起连 接作用 ) 与ST MP35 X X 的U SB_ DM (81脚)、USB—DP (80脚) 连接，进 行 US B 数据传输。④ 2 0 0 6 ．1口总第5 巳9 期 · wⅥ^Ⅳ．r adio ．c om ．on 1 7 维普资讯 http://www.cqvip.com www.520101.co