立创EDA开源项目：基于RDA5807的徽章式FM收音机硬件设计详解

立创EDA开源项目基于RDA5807的徽章式FM收音机硬件设计详解最近在立创开源硬件平台看到一个挺有意思的项目——一个可以别在身上的徽章式FM收音机。它把收音机芯片、充电管理、电池和外壳都集成到了一块小小的板子上设计思路很巧妙特别适合电子DIY爱好者练手。我自己也照着做了一套过程中踩了一些坑也学到不少低成本、高集成度的设计技巧。今天我就把这个项目的硬件设计掰开揉碎了讲一讲从芯片选型到电路细节再到那些容易忽略的“坑”希望能帮你一次做成功。1. 核心芯片RDA5807收音机方案这个项目的核心是一颗叫做RDA5807的FM收音机芯片。这颗芯片最大的优点就是“省事儿”它把FM收音机需要的绝大部分功能都集成在里面了我们只需要给它配上很少的几个外围元件比如几个电容、电感它就能正常工作接收FM广播信号。1.1 RDA5807的关键特性与“踩坑”提醒RDA5807支持从76MHz到108MHz的全球FM频段而且内置了低噪声放大器LNA和频率合成器灵敏度很高。它可以通过I2C接口由单片机控制但咱们这个项目有个更巧妙的玩法不用单片机也能控制。这里有个非常重要的细节也是原文作者踩过的“坑”注意在立创EDA的元件库中RDA5807的第6脚标注为GND地。芯片的官方数据手册里这一脚通常也描述为GND。但是实际应用中我们可以通过一个电阻将第6脚上拉到一个高电平比如VCC。这么做的结果是芯片会进入一个“三键模式”。此时我们只需要外接三个普通的轻触开关分别控制“上一频道”、“下一频道”和“音量增大/搜索”就能实现基本的收音机操控完全省掉了一个单片机这个功能对于想简化设计、降低成本的项目来说非常实用。所以在设计电路时不要简单地把第6脚直接接地。正确的做法是预留一个上拉电阻的位置比如10kΩ这样你就有选择权想用单片机控制就接GND想用按键控制就接VCC。1.2 抗干扰设计模拟地与数字地收音机电路最怕什么干扰。电源噪声、数字电路的开关噪声都可能会串入敏感的模拟收音电路导致收音出现杂音甚至收不到台。为了解决这个问题作者用了一个经典又有效的方法地平面分割。在PCB设计时他把整个电路的地分成了两部分模拟地AGND供给RDA5807及其周边模拟电路如天线输入部分使用。数字地DGND供给充电管理芯片、指示灯等数字电路部分使用。那么这两个“地”最终要不要连在一起呢要的否则电路无法构成回路。但连接点有讲究。作者使用了一个0欧姆的电阻0Ω电阻将模拟地和数字地单点连接起来。这样做的好处是什么你可以把0Ω电阻想象成一个“交通管制点”。它允许直流电流顺利通过因为电阻为0但对于高频的噪声信号来说它有一定的阻抗能阻止数字部分的开关噪声肆意窜到模拟部分去“捣乱”。这就大大提升了收音机的信噪比和接收效果。这个设计虽然简单但对于音频、射频类电路至关重要。1.3 物料成本优化技巧为了进一步控制成本作者在物料选型上也给了我们提示。在原理图中C33和C34是两颗钽电容。钽电容优点是体积小、容值大、等效串联电阻ESR低性能好但价格相对贵一些。陶瓷电容MLCC价格便宜货源充足。作者指出如果只是为了实现功能、压缩成本完全可以把这两颗钽电容替换成相同容值的陶瓷电容电路一样可以正常工作。这对于想批量制作或者预算紧张的朋友来说是个很实在的建议。2. 电源与充电管理设计一个便携设备供电是头等大事。这个徽章收音机设计成了可充电的用起来就方便多了。2.1 充电芯片选型ETA9697作者选用了一颗型号为ETA9697E8A的芯片来做充电管理。他提到这颗芯片“有点过于冷门”但好处是“能买到”。对于开源硬件项目元件的可获取性是非常重要的考量因素。这颗ETA9697芯片功能很全堪称“一站式”电源解决方案充电管理负责给内置的锂电池充电可以通过外接电阻来配置充电电流大小。升压输出即使电池电压降低比如锂电池从4.2V放到3V左右它也能升压输出一个稳定的5V电压给后续电路使用。这保证了收音机芯片在工作期间电压稳定。低电压关断当电池电压过低时它会自动关断输出防止电池过放损坏。充满自停电池充满后自动停止充电安全可靠。状态指示提供了“正在充电”和“充电完成”两个指示灯引脚方便用户了解状态。2.2 接口与电池选择充电接口采用了现在最主流的Type-C接口。作者特别说明用的是6Pin全贴片的Type-C座子大家在采购物料时要注意核对看看自己手头有没有或者是否需要购买。电池选择这是一个非常巧妙的选择——使用了一颗3.7V的2032纽扣形状的锂电池。注意它不是我们常见的CR2032纽扣干电池而是可充电的锂电池电压是3.7V。为什么这么选有人可能会问RDA5807芯片本身工作在3V左右直接用一颗3V的CR2032干电池不是更简单吗作者给出了他的思考不可充电干电池没电了就得撬开外壳更换非常麻烦。外壳固定这个徽章的外壳是用3D打印制作然后用胶水粘合的不便反复拆装。美观考虑如果在背面焊接铜螺母来实现可拆卸工艺麻烦也可能影响背面美观。所以综合便携性、易用性和美观度选择了可充电的纽扣锂电池配合Type-C充电的方案虽然电路稍复杂一点但用户体验好很多。3. 结构设计与装配要点这个项目之所以叫“徽章收音机”精美的外观和结构设计功不可没。但这也带来了一些特殊的装配挑战。3.1 元器件的“去柱化”处理为了让徽章的正面图案彩色丝印完整、美观作者在结构上花了不少心思核心就是去除元器件上用于定位和固定的塑料定位柱。需要处理的元件主要有两个耳机插座 标准的3.5mm耳机插座底部通常有两个塑料定位柱用于插入PCB定位孔防止插座转动。但这两个柱子会凸出来可能会顶到徽章的面板。因此作者直接修改了耳机插座的PCB封装去掉了对应的定位孔。在焊接时你需要用美工刀小心地将插座自带的这两个定位柱削平。安全提示使用美工刀时务必小心固定好元件向远离手的方向削切避免伤到自己。侧拨开关SW2 电路中的侧拨开关可能用于电源开关或模式切换同样存在定位柱问题。装配时也需要按照同样的方法用美工刀将其削掉。为什么要用“中龟无柱”按键对于正面的功能按键作者选择了“中龟无柱”类型的轻触开关。顾名思义这种开关没有中间的定位柱只有四个引脚。这样在按压时就不会有柱子从背面顶起破坏正面图案的平整度。3.2 外壳与物料获取作者提供了完整的3D打印外壳文件STL格式你可以自己找地方打印。如果你觉得一个个去采购电阻、电容、芯片、外壳太麻烦作者也提到后期可能会推出包含所有物料除PCB板外的“材料包”。小提示PCB板当然是在嘉立创“免费打样”啦这也是这个项目开源分享的乐趣之一。4. 总结与资料获取这个基于RDA5807的徽章收音机项目是一个非常好的硬件设计学习案例。它不仅仅是将功能实现更综合考虑了电气性能通过模拟/数字地分割来抑制干扰。成本控制提供可替换的元件选项。用户体验采用可充电设计避免频繁更换电池。外观与结构为了美观不惜对标准元件进行“改造”。最后如果你对这个项目感兴趣想动手制作或者深入研究可以前往立创开源硬件平台搜索“徽章收音机”找到原工程下载原理图、PCB文件和BOM清单。作者也分享了演示视频和外壳的STL文件并提供了一个QQ交流群群号301193077供大家讨论。祝你制作顺利享受DIY的乐趣