基于CC8520嵌入式無(wú)線(xiàn)音頻傳輸系統方案

　摘 要：為了解決目前無(wú)線(xiàn)音頻傳輸系統普遍存在的成本高、功耗大、音質(zhì)差，以及研發(fā)工程師關(guān)心的產(chǎn)品研發(fā)周期長(cháng)、可靠性低的問(wèn)題。提出了基于TI 最新芯片CC8520 無(wú)線(xiàn)音頻傳輸系統的設計方案。該方案采用2.4GHz無(wú)線(xiàn)技術(shù)；無(wú)需進(jìn)行繁瑣的軟件開(kāi)發(fā)，由配置器配置靈活、多樣以及所期望的功能；且芯片內部集成微控制 器，無(wú)需額外的微控制器或DSP.論述了系統硬件設計及PuthPath 無(wú)線(xiàn)適配器的設置方法。經(jīng)實(shí)際測試表明：可以有效地提高音質(zhì)，降低功耗，可持續使用22 小時(shí)，傳輸距離130 米，滿(mǎn)足設計要求。該方案減少了產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間，為設計音頻無(wú)線(xiàn)傳輸產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供了一種新的思路。

　　近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)技術(shù)在音頻傳輸領(lǐng)域得到越來(lái)越多的關(guān)注，包括藍牙、WIFI 以及2.4GHz 技術(shù)等得到了迅猛的發(fā)展。在眾多無(wú)線(xiàn)音頻傳輸技術(shù)中，目前被看好的，而且最有可能在普通音頻設備中、大面積使用的是2.4GHz 技術(shù)。2.4GHz，全名叫做“2.4GHz 非聯(lián)網(wǎng)解決方案”。它和藍牙、WiFi 一樣，都是工作在2.4-2.485GHz ISM 無(wú)線(xiàn)頻段上。而該頻段在全世界幾乎都是免費授權使用的。因此，在產(chǎn)品成本上面天生會(huì )有一些優(yōu)勢，有助于產(chǎn)品的大面積普及。目前，藍牙技術(shù)在無(wú)線(xiàn)音頻產(chǎn)品中 使用的最多，技術(shù)也最成熟，但它具有先天性的缺點(diǎn)，比如說(shuō)：帶寬窄，達不到傳輸高品質(zhì)音頻信號的要求；傳輸距離近，10 米左右；還有被人們廣為詬病的抗干擾問(wèn)題。WIFI 技術(shù)具有帶寬寬，傳輸距離遠的優(yōu)勢，具有相當不錯的前景，但其弊病還是在于抗干擾且技術(shù)相對不成熟。2.4GHz 技術(shù)在對比與藍牙、Wifi 的優(yōu)勢在于1） 帶寬寬，能夠傳輸CD 品質(zhì)的無(wú)線(xiàn)信號。2） 抗干擾強，2.4G 技術(shù)使用的是自動(dòng)調頻技術(shù)，設備在工作時(shí)，如果發(fā)現頻段被占用，它就會(huì )自動(dòng)跳到一個(gè)無(wú)人使用的頻段。3） 功耗低，2.4GHz 技術(shù)在發(fā)射和接收時(shí)不需要連續工作。

　　本文提出了基于TI 公司CC8520 系列芯片無(wú)線(xiàn)音頻傳輸方案，該方案采用目前最熱門(mén)且有發(fā)展前景的2.4GHz 短距離無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)；無(wú)需進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，只需通過(guò)TI 提供的免費PurePath 無(wú)線(xiàn)配置器設置目標系統的期望功能及參數，顯著(zhù)減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間和開(kāi)發(fā)難度，并且提高了系統的可靠性。CC8520內部集成了微控制器，無(wú)需額外的控制器或 DSP 即可完成對系統的控制，如音量調節、網(wǎng)絡(luò )配對等操作，并且提供數據旁路通道，即可以在傳輸音頻的同時(shí)，對接受端發(fā)送額外數據，降低了整體的成本。

　　經(jīng)實(shí)際測試，該方案在使用9V 干電池的情況下可持續工作22 小時(shí)；可傳輸多路采樣率達（44.1/48KHz）及采樣位數（16/24 位）的高品質(zhì)立體聲；無(wú)障礙開(kāi)闊地傳輸距離達130 米，在擁擠、多障礙的環(huán)境下傳輸半徑仍可達35 米。

　1 系統概述

　　1.1 CC8520 芯片介紹

　　CC8520 芯片采用TI 公司“PurePath Wireless”的專(zhuān)有技術(shù)1.該芯片可以在各種復雜環(huán)境中提供無(wú)縫和可靠的音頻流式傳輸。運用先進(jìn)的誤差校正及隱藏技術(shù)的嵌入式音頻網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，CD 品質(zhì)未壓縮音頻品質(zhì)采樣，采用I2S 和I2C 接口來(lái)實(shí)現與音頻編解碼器、DAC/ADC 和數字音頻放大器的無(wú)縫連接和控制，無(wú)線(xiàn)數據傳輸速率5Mbps，音頻延遲小于16ms，具有高達+4dBm 的可編程功率輸出和-83dBm的靈敏度）。需要很少的外圍器件，故CC8520 完全適合于無(wú)線(xiàn)音頻系統傳輸的設計。

　　1.2 工作原理

　　如圖1 所示，在發(fā)送端，通過(guò)傳聲器（俗稱(chēng)話(huà)筒、麥克風(fēng)）或模擬音頻接口將聲音或音頻信號轉換為模擬電信號；將模擬電信號傳送到音頻編解碼芯片 TLV320AIC3204 的音頻接口IN1_L、IN2_R 端，模擬電信號通過(guò)芯片內部的前置放大，A/D 處理后轉換為I2S 格式的數字音頻信號，并傳送至CC8520的I2S 接口；CC8520 將接收到的數字音頻信號進(jìn)行載波發(fā)射，通過(guò)與射頻擴展器CC2590 的RF_N 和RF_P 端連接，將射頻信號通過(guò)芯片并經(jīng)由天線(xiàn)將音頻信號發(fā)射出去。

　　圖1 系統發(fā)射端原理框圖。

　　如圖2 所示，在接收端另一CC8520 芯片通過(guò)CC2590 將接收到載波信號進(jìn)行解調，將解調的數字音頻信號傳送至音頻編解碼芯片TLV320AIC3204 進(jìn)行D/A 轉換，輸出模擬音頻信號。因該芯片內部的音頻放大增益較小，所以將模擬信號通過(guò)方向放大器進(jìn)行放大，通過(guò)功放或耳機輸出。

　　圖2 系統接收端原理框圖。

　　2 系統硬件設計及PurePath無(wú)線(xiàn)適配器設置

　　2.1 發(fā)射部分設計

　　無(wú)線(xiàn)音頻發(fā)射端可采取便攜式手持設計，主要由無(wú)線(xiàn)數字音頻芯片CC8520 、音頻編解碼芯片TLV320AIC3204、射頻擴展芯片CC2590 等低功耗微型貼片芯片組成，可全部裝配在便攜式設備狹小空間的電路板內，其發(fā)射端電路原理如圖1 所示，當CC8520 和TLV320AIC3204 作為發(fā)射端時(shí)，首先在PurePath 無(wú)線(xiàn)適配器Projects 中選擇“CC85XXDKdemo AIC3204 ”， 打開(kāi)后， 選擇“ Analog Inputmaster（AIC3204）”作為發(fā)射端配置。

　　考慮到在其在室內使用，并且要發(fā)揮CC8520 高品質(zhì)CD 音質(zhì)的性能，音頻傳輸系統的主信號源1）選用良好聲學(xué)性能的麥克風(fēng)，連接至TLV320AIC3204的IN1_L 和IN1_R 端，進(jìn)行前置放大與A/D 轉換：

　　2）自帶CD 機或通過(guò)電腦播放的音樂(lè )等其他任何標準的立體聲音源可由TLV320AIC3204 的IN2_L 和IN2_R 端進(jìn)行前置放大和A/D 轉換， 因為T(mén)LV320AIC3204 支持麥克風(fēng)輸入和立體聲輸入兩種模式。

　　音頻編解碼芯片TLV320AIC3204 的I2S 接口與主芯片CC8520 相連接，并根據本系統傳輸音頻的特點(diǎn)，在PurePath 無(wú)線(xiàn)適配器設置，如圖3 所示。

　　圖3 PurePath 無(wú)線(xiàn)適配器音頻接口設置

　　接口形式：選擇I2S;最大處理位數：選擇16 位。

　　在本設計中TLV320AIC3204 使用CC8520 的 MCLK作為自己的系統時(shí)鐘，因此在時(shí)鐘源的選擇上使用“Internal with MCLK”。選擇完成后，系統 自動(dòng)生成控制指令，不需用戶(hù)進(jìn)行編程。

　　CC8520 內置了微控制器，因此系統不需要額外的微控制器， 將芯片CC8520 通過(guò)I2C 接口與與TLV320AIC3204 連接，對TLV320AIC3204 進(jìn)行初始化和發(fā)送控制命令。

　　偏置電壓設置：音源的輸入在采用麥克風(fēng)輸入或立體聲輸時(shí)入，需設置偏置電壓。在硬件中，由R1和 R2 構成偏置網(wǎng)絡(luò )；在PurePath 無(wú)線(xiàn)適配器“AudioDevice Customization”中進(jìn)行設置，根據查看數據手冊和本設計的特點(diǎn)，選擇2.5V 偏置電壓，故在該設置框中輸入“W 51 05”。

　　按鍵輸入：PurePath 無(wú)線(xiàn)適配器提供以下事件發(fā)生方式1.click 2.hold 3.repeat 4.click+repeat.這樣的好處是使設計者根據用戶(hù)的需求或者是產(chǎn)品的需要靈活地選擇按鍵樣式，比如推拉式、觸發(fā)式、自鎖式等。

　　本次設計中在發(fā)射端，使用了三個(gè)按鍵，分別是網(wǎng)絡(luò )配對鍵、遠程音量控制+鍵、遠程音量控制-鍵。網(wǎng)絡(luò )配對鍵采用“hold”方式，即“按住”方式，音量控制鍵采用“hold+repeat”方式，即“可按住可輕點(diǎn)”。

　　網(wǎng)絡(luò )配對，音量+和-分別端接至CC8520 的CSN 端、GIO1 端、GIO3 端。這些均可在PurePath 無(wú)線(xiàn)適配器進(jìn)行簡(jiǎn)單的選擇。

　　狀態(tài)燈提示：在PurePath 無(wú)線(xiàn)適配器中設置的狀態(tài)顯示方式，在本設計中，選擇閃爍為網(wǎng)絡(luò )配對進(jìn)行，常亮為配對完成，如圖4 所示，為設置好的I/O 映射圖。

　　圖4 設置完的CC8520 的I/O 端口映射圖。

2.2 接收部分設計

　　無(wú)線(xiàn)音頻傳輸系統的接收端為固定形式，與發(fā)送端相類(lèi)似，由無(wú)線(xiàn)數字音頻芯片CC8520、音頻編解碼芯片TLV320AIC3204、射頻擴展芯片 CC2590，功率放大電路組成，接收端的電路主體部分與接收端相似，芯片CC8520 的I2C 接口與TLV320AIC3204 的I2C端連接，對其進(jìn)行初始化和發(fā)送控制命令。在PurePath無(wú)線(xiàn)適配器中選擇“Analog Output Slave（AIC3204）”作為接收端配置。

　　音頻編解碼芯片TLV320AIC3204 的I2S 接口與主芯片CC8520 相連接，將接收到的模擬音頻信號進(jìn)行A/D 轉換、后置放大等一系列處理，將數字音頻信號通過(guò) 1.送至功放從LOL、LOR 輸出 2.耳機或小型擴音設備從HPL、HPR 輸出?？紤]到音頻編解碼芯片TLV320AIC3204 音頻放大作用有限，故在LOL、LOR模擬音頻信號輸出端設計放大器，將音頻信號再次放大，以便于連接至功放設備，原理如圖5 所示，設計采用性?xún)r(jià)比較高的4558 功放芯片作為主體，由+、-9伏電源進(jìn)行供電。放大后，通過(guò)卡儂接口，可連接至功放進(jìn)行進(jìn)一步的放大處理。

　　圖5 模擬信號放大電路原理圖。

　　3 系統配置流程

　　圖6 給出了在PurePath 無(wú)線(xiàn)配置器中的配置流程，工程師可根據硬件電路的特點(diǎn)以及設計實(shí)現的功能進(jìn)行配置。定制方式，當設計者認為默認設置不滿(mǎn)足設計產(chǎn)品的要求，如：需要更高級 的功能時(shí)；需要改變外部音頻接口的形式時(shí)，比如原本音頻接口是I2s，現在要以I2C 作為音頻傳輸接口；降低設備功耗，關(guān)閉在默認設置中不需要的功能。

　　圖6 設計配置流程圖。

　　4 網(wǎng)絡(luò )拓補及設備識別

　　在建立網(wǎng)絡(luò )配對時(shí)，由發(fā)送端的CC8520 建立網(wǎng)絡(luò )，作為該網(wǎng)絡(luò )主機，如圖7 所示。這里需要注意到的是，該片CC8520 的設備ID 號就是所建立網(wǎng)絡(luò )的ID號，因此需要自動(dòng)固定配對時(shí)，需在PurePath 無(wú)線(xiàn)適配器“Netwok pairing”中“Default network ID”選項里將設備ID 號輸入。設備ID 號是獨一無(wú)二的，不能改變，這點(diǎn)與廠(chǎng)商ID 和產(chǎn)品ID 可自行定義不同。

　　本設計中音頻發(fā)射端（主機）可掛接多個(gè)接收端（從機），其音頻數據流向、旁路數據通道、建立網(wǎng)絡(luò )信號流如圖7 所示。

　　PurePath 無(wú)線(xiàn)適配器提供兩種自定義設備識別方式：1）廠(chǎng)商ID 2）產(chǎn)品ID.廠(chǎng)商ID 作用是設備自動(dòng)識別同一廠(chǎng)商生產(chǎn)的設備并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )配對，當其他廠(chǎng)商也采用CC8520 系列產(chǎn)品時(shí)，進(jìn)行過(guò)濾，不與之進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )配對。產(chǎn)品ID 是同一家廠(chǎng)商有不同的 “CC8520”的產(chǎn)品時(shí)，比如：該廠(chǎng)商同時(shí)有無(wú)線(xiàn)耳機和無(wú)線(xiàn)話(huà)筒等產(chǎn)品時(shí)，防止不同產(chǎn)品間產(chǎn)生配對串擾。

　　圖7 網(wǎng)絡(luò )拓補結構。

　　5 結束語(yǔ)

　　本文提出了基于TI 最新芯片CC8520 無(wú)線(xiàn)音頻傳輸系統的設計方案，采用當今熱門(mén)的2.4GHz 無(wú)線(xiàn)技術(shù)，無(wú)需進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，提高了系統的可靠性。經(jīng)實(shí)際測試表明：可以有效地提高音質(zhì)，降低功耗，可持續使用22 小時(shí)，傳輸距離130 米，滿(mǎn)足設計要求，為設計無(wú)線(xiàn)音頻傳輸系統提供了一種新的思路。