1.2 硬件電路原理
該系統(tǒng)的主體部分由微處理器(可以由實際應用 選取不同的型號)、收發(fā)器、解碼器、A/D與D/A轉換器構成。以微處理器為核心控制用戶語音信號在傳送到無線電頻率前被采樣、數字化和被壓縮,接收到的信號解壓后再轉回模擬語音信號。
無線電收發(fā)器用于無線耳機的主要要求是:低電流損耗、低工作電壓、快速鎖定鎖相環(huán)(PLL)、內置數字同步措施、多頻點容量、元器件少,價格便宜。Chipcon公司的CC1000RF收發(fā)器可滿足以上要求。由Chipcon公司生產的半雙工高頻收發(fā)集成電路CC1000,他可以利用分時雙工進行雙向通信,因CC1000只需很少的元器件和尺寸,這樣在外觀上無線耳機可以做得非常輕巧美觀。CC1000是一種針對極低功耗和低電壓而開發(fā)出的超高頻收發(fā)芯片,他的工作電壓為2.3~3.6 V,這可以使他成為使用單鋰錳氧化物3.0 V鈕扣電池或鋰亞硫酰氯化物3.6 V電池的理想選擇。CC1000在接收模式下,電流消耗為7.7 mA;在發(fā)射模式下,依據輸出功率的不同,電流消耗為5.3~28 mA,在433 MHz處,可以用1 dB的步長對輸出功率進行編程,最高可達10 dBm;在掉電模式下,器件本身有0.2 mA的電流,對于電池應用來說,這又是一個重要特性。CC1000采用TSSOP28封裝,工作溫度范圍是:-40~+85℃。
如圖2所示,CC1000內部結構顯示出構成一個完整RF收發(fā)器的所有部件都集成在了芯片內部,-109 dB的靈敏度與10 dBm的高輸出功率結合起來,可以構建提供長而可靠的通信距離和電池工作電壓很低的系統(tǒng)。圖2中CC1000有一個能以250 Hz步長進行編程的集成鎖相環(huán)(PLL),可以對晶振的溫度漂移進 行補償,此外還提供了多信道系統(tǒng)和跳頻協(xié)議可供用戶在不同調整限制下的工作場合進行選擇,以便在通信頻段擁擠時用來增強系統(tǒng)可靠性。最后,CC1000還提供了集成的位合成器與RSSI,且通過5根I/O線,可以很方便地與微處理器進行接口。
2 系統(tǒng)工作流程
2.1 系統(tǒng)通信流程框圖
為便于說明信號傳輸過程,下面給出了通信流程框圖,如圖3所示。
2.2 無線耳機通信的技術要求
從工程實踐中可以得出:對于傳輸語音的電話系統(tǒng),大多數成人的語音帶寬約為10 kHz,而大多數可理解的語言頻率范圍僅為0.3~3.3 kHz,由經驗數據可得,在電話網絡系統(tǒng)中,當采用保護頻帶時,可使用4 kHz帶寬的頻帶來傳送語音。
在數字電話系統(tǒng)中,一般使用脈沖編碼調制(PCM)方式將模擬信號轉換成數字信號。為了滿足奈奎斯特采樣定理(Nyquist Sampling Theorem)的需要,首先,4 kHz語音傳輸之受限頻帶在8 kHz數率下被采樣,每個采樣接著會被譯成一個整數,如使用13 b,該整數應在-4 096~4 095之間。要有效地傳輸語音,可使用非平均的量化技術來減少字長,為了保留聲音信號的質量,字長可從13 b壓縮到8 b或更少,非平均的量化技術在硬件上一般由多媒體數字信號編解碼器CODEC實現,在軟件上可使用查表或實時計 算。經以上處理后,與壓縮法組合的8 kHz采樣率生成一個8 b字,數字聲音信號流程因此說成是64 kb/s無線語音通信。公共電話網絡是全雙工的,然而實現一個全雙工的無線電系統(tǒng),會要求接受和發(fā)射部共享許多系統(tǒng)模塊,這樣的系統(tǒng)牽涉更復雜的電路解決方案。半雙工無線電系統(tǒng)相對更能節(jié)約空間和成本,無線系統(tǒng)上的全雙工一般利用分時雙工(TDD)的技術方案,信號實際是單向傳送,但由于傳送方向切換只需很短的時間(≤100 ms),一般人的耳朵是區(qū)別不出來的,因此可以進行雙向通話。為了保持通話流,使用TDD技術時,必須將通話方其中一端的數字語音信號緩沖暫存起來,64 kb/s語音信號流要求至少128 kb/s的無線TDD數據通信,從接收到發(fā)射的輪換時間甚至要求更高的速率。
高速率要求更大的RF帶寬或高級的調制技術,為了要降低傳送數字語音信號的速率,需要引入另一層編碼技術。自適應音頻脈沖編碼(ADPCM)或連續(xù)可變斜率增量調制技術(CVSD)均適用。這些方案都是根據差分編碼的基本概念是發(fā)送當前采樣的差分代替發(fā)送采樣得來的絕對數值。使用ADPCM編碼后,可將8 b編碼成4 b,3 b或2 b,64 kb/s速率因此可降到32,24或16 kb/s。假如使用32 kb/s的ADPCM編碼技術,也不會給微處理器帶來很重的負擔。市場上現已有合壓縮器和ADPCM,CODEC功能的芯片可以選購。
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