低功率RF收發(fā)器在無(wú)線(xiàn)耳機通信方面的應用

　　隨著(zhù)計算機與通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機通信得到廣泛應用，硬件技術(shù)可謂是日新月異，其總體趨勢向著(zhù)高集成度、高穩定性、高速和高性?xún)r(jià)比方向發(fā)展。而無(wú)線(xiàn)耳機通信系統或無(wú)線(xiàn)電話(huà)免提裝置則是目前應用較為廣泛的通信形式，本文著(zhù)重闡述使用低功率RF收發(fā)器CC1000利用數字無(wú)線(xiàn)電通信方式通過(guò)耳機實(shí)現信息的傳輸。

　　1　系統硬件結構和電路原理

　　1．1　系統硬件結構

　　該系統是一種高集成度、低誤碼率以及具有較高工作性能的無(wú)線(xiàn)通信系統。其系統原理框圖如圖1所示。

　　1．2　硬件電路原理

　　該系統的主體部分由微處理器（可以由實(shí)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(hù)語(yǔ)音信號在傳送到無(wú)線(xiàn)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(yǔ)音信號。

　　無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器用于無(wú)線(xiàn)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(diǎn)容量、元器件少，價(jià)格便宜。 Chipcon公司的CC1000RF收發(fā)器可滿(mǎn)足以上要求。由Chipcon公司生產(chǎn)的半雙工高頻收發(fā)集成電路CC1000，他可以利用分時(shí)雙工進(jìn)行雙向通信，因CC1000只需很少的元器件和尺寸，這樣在外觀(guān)上無(wú)線(xiàn)耳機可以做得非常輕巧美觀(guān)。CC1000是一種針對極低功耗和低電壓而開(kāi)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(cháng)對輸出功率進(jìn)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(lái)說(shuō)，這又是一個(gè)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(gè)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(lái)，可以構建提供長(cháng)而可靠的通信距離和電池工作電壓很低的系統。圖2中CC1000有一個(gè)能以250 Hz步長(cháng)進(jìn)行編程的集成鎖相環(huán)（PLL），可以對晶振的溫度漂移進(jìn)行補償，此外還提供了多信道系統和跳頻協(xié)議可供用戶(hù)在不同調整限制下的工作場(chǎng)合進(jìn)行選擇，以便在通信頻段擁擠時(shí)用來(lái)增強系統可靠性。最后，CC1000還提供了集成的位合成器與RSSI，且通過(guò)5根I／O線(xiàn)，可以很方便地與微處理器進(jìn)行接口?！?/P>

　 　2　系統工作流程

　　2．1　系統通信流程框圖

　　為便于說(shuō)明信號傳輸過(guò)程，下面給出了通信流程框圖，如圖3所示。

　　2．2　無(wú)線(xiàn)耳機通信的技術(shù)要求

　　從工程實(shí)踐中可以得出：對于傳輸語(yǔ)音的電話(huà)系統，大多數成人的語(yǔ)音帶寬約為10 kHz，而大多數可理解的語(yǔ)言頻率范圍僅為0．3～3．3 kHz，由經(jīng)驗數據可得，在電話(huà)網(wǎng)絡(luò )系統中，當采用保護頻帶時(shí)，可使用4 kHz帶寬的頻帶來(lái)傳送語(yǔ)音。

　　在數字電話(huà)系統中，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(mǎn)足奈奎斯特采樣定理（Nyquist Sampling Theorem）的需要，首先，4 kHz語(yǔ)音傳輸之受限頻帶在8 kHz數率下被采樣，每個(gè)采樣接著(zhù)會(huì )被譯成一個(gè)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(yǔ)音，可使用非平均的量化技術(shù)來(lái)減少字長(cháng)，為了保留聲音信號的質(zhì)量，字長(cháng)可從13 b壓縮到8 b或更少，非平均的量化技術(shù)在硬件上一般由多媒體數字信號編解碼器CODEC實(shí)現，在軟件上可使用查表或實(shí)時(shí)計 算。經(jīng)以上處理后，與壓縮法組合的8 kHz采樣率生成一個(gè)8 b字，數字聲音信號流程因此說(shuō)成是64 kb／s無(wú)線(xiàn)語(yǔ)音通信。公共電話(huà)網(wǎng)絡(luò )是全雙工的，然而實(shí)現一個(gè)全雙工的無(wú)線(xiàn)電系統，會(huì )要求接受和發(fā)射部共享許多系統模塊，這樣的系統牽涉更復雜的電路解決方案。半雙工無(wú)線(xiàn)電系統相對更能節約空間和成本，無(wú)線(xiàn)系統上的全雙工一般利用分時(shí)雙工（TDD）的技術(shù)方案，信號實(shí)際是單向傳送，但由于傳送方向切換只需很短的時(shí)間（≤100 ms），一般人的耳朵是區別不出來(lái)的，因此可以進(jìn)行雙向通話(huà)。為了保持通話(huà)流，使用TDD技術(shù)時(shí)，必須將通話(huà)方其中一端的數字語(yǔ)音信號緩沖暫存起來(lái)，64 kb／s語(yǔ)音信號流要求至少128 kb／s的無(wú)線(xiàn)TDD數據通信，從接收到發(fā)射的輪換時(shí)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(shù)，為了要降低傳送數字語(yǔ)音信號的速率，需要引入另一層編碼技術(shù)。自適應音頻脈沖編碼（ADPCM）或連續可變斜率增量調制技術(shù)（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(lái)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(shù)，也不會(huì )給微處理器帶來(lái)很重的負擔。市場(chǎng)上現已有合壓縮器和ADPCM，CODEC功能的芯片可以選購。

　　3　結　語(yǔ)

　　無(wú)論是因潮流所趨還是擔憂(yōu)電話(huà)輻射對大腦的影響，無(wú)線(xiàn)電話(huà)免提裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)耳機）肯定已是一種手提電話(huà)不可缺少的配件，其數量可以說(shuō)是與手機同步擴展。故該系統有著(zhù)廣闊的市場(chǎng)前景。

　　藍牙（Bluetooth）因具有互操作性而被認為是未來(lái)解決所有需要附加通訊的移動(dòng)電話(huà)的方案。但是對于目前而言，所做出的無(wú)線(xiàn)耳機，無(wú)論在開(kāi)發(fā)費用上還是在原材料費用上，藍牙都不是一種具有價(jià)格競爭優(yōu)勢的技術(shù)。對此，CC1000便能滿(mǎn)足現有的市場(chǎng)需求，成為一種低成本、低功耗的無(wú)線(xiàn)耳機替代方案。

　　參考文獻
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