基于nRF24Z1的CD音質(zhì)無線數(shù)字音頻傳輸系統(tǒng)

當(dāng)前，隨著居住和辦公環(huán)境空間的增長，音頻的布線在大型會(huì)議室、汽車等場所越來越難以實(shí)現(xiàn)，成本越來越高，迫切需要無線傳輸高質(zhì)量的音頻。CD音質(zhì)音頻的傳輸速率就達(dá)到1.5Mbps以上，因此對(duì)無線系統(tǒng)提出了更高的帶寬和距離要求。

　　ISM 2.4GHz （Industrial Scientific Medical 2.4GHz-2.4835GHz）頻段是全球開放的公用頻段，具有高帶寬和低成本實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)。選用具備高帶寬特點(diǎn)的ISM2.4GHz的傳輸系統(tǒng)更能適應(yīng)CD音質(zhì)音頻的傳輸。而2.4GHz的其他系統(tǒng)，如監(jiān)牙、WLAN等存在成本過高或距離受限等缺點(diǎn)，所以本系統(tǒng)使用了專用的ISM音頻無線收發(fā)芯片nRF24Z1。

　　nRF24Z1提供了標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)音頻I2S接口以及S／PDIF數(shù)字音頻接口，使得音頻的傳輸成本大大降低。而且通信速率高達(dá)4Mbps，實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸率為1.536Mbps，保證了48kbps采樣率16bit采樣的音頻無損傳輸。

　　1 芯片介紹

　　nRF24Z1是挪威Nordic公司推出的CD音質(zhì)無線數(shù)字音頻傳輸收發(fā)芯片，工作于ISM 2.4GHz頻段。該芯片最大輸出功率為+0dBm，接收靈敏度為-83dBm。片內(nèi)集成了PLL、時(shí)鐘控制和恢復(fù)模塊、TDM QoS模塊、GFSK模塊、I2C接口、SPI接口，RF的LNA和PA等等，并且片內(nèi)集成了I2S和S／PDIF兩種工業(yè)音頻標(biāo)準(zhǔn)接口。I2S接口可以與各種音頻A／D、D／A直接相連，S／PDIF則可以與各種環(huán)繞立體聲設(shè)備直接相連。

　　芯片的射頻工作方式是GFSK，高斯頻率偏移鍵控，在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無線通信中，這種方式被廣泛采用，誤碼率較低。

　　為保證通信低誤碼率，芯片還采用了QoS的服務(wù)質(zhì)量策略。策略包括雙向通信機(jī)制和應(yīng)答策略（時(shí)分雙工）、數(shù)據(jù)完整性策略和CRC檢錯(cuò)、自適應(yīng)跳頻、掉線搜索重連策略。

　　雙向通信機(jī)制和應(yīng)答策略可見圖1，ATX到ARX的通信為音頻信道，而ARX到ATX的通信是控制信道。控制信道的信息包括同送信息、寄存器信息以及管腳狀態(tài)信息等。

　　QoS部分包括數(shù)據(jù)完整性策略和CRC檢錯(cuò)，完全通過硬件實(shí)現(xiàn)，在音頻信道發(fā)送的幀里面包括多個(gè)包，每個(gè)包由RF地址、有效音頻數(shù)據(jù)、若干CRC位組成，當(dāng)接收端收到的Packel的CRC得到檢驗(yàn)后，將會(huì)通過控制信道給ATX回送信息。若CRC檢驗(yàn)不正確，則發(fā)送端將不正確的一個(gè)或若干個(gè)包在下一個(gè)幀內(nèi)重傳。

　　自適應(yīng)跳頻是抗干擾的重要手段，本文2.4節(jié)中有詳細(xì)論述。

　　掉線搜索重連是保障連接可靠性的措施，當(dāng)連接丟失時(shí)發(fā)射器自動(dòng)按照射頻圖案搜索，每個(gè)頻道卜搜索一段時(shí)間，同理接收器也在每個(gè)頻道上監(jiān)聽，一旦建立連接則鎖定該頻道，同時(shí)依次按跳頻圖案順序跳頻。

　　芯片的初始配置町以由EEPROM或者M(jìn)CU通過SPI、I2C接口完成。芯片處于發(fā)送模式還是接收模式南MODE管腳電平?jīng)Q定。

　　nRF24Zl采用QFN36封裝，全部管腳列表可以參考芯片文檔，與操作芯片相關(guān)的管腳如表1所示。