低功率RF收發(fā)器在無線耳機(jī)通信方面的應(yīng)用

　　隨著計算機(jī)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)通信得到廣泛應(yīng)用，硬件技術(shù)可謂是日新月異，其總體趨勢向著高集成度、高穩(wěn)定性、高速和高性價比方向發(fā)展。而無線耳機(jī)通信系統(tǒng)或無線電話免提裝置則是目前應(yīng)用較為廣泛的通信形式，本文著重闡述使用低功率RF收發(fā)器CC1000利用數(shù)字無線電通信方式通過耳機(jī)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。

　　1　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和電路原理

　　1．1　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

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

　　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(shí)際應(yīng)用 選取不同的型號）、收發(fā)器、解碼器、A／D與D／A轉(zhuǎn)換器構(gòu)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(shù)字化和被壓縮，接收到的信號解壓后再轉(zhuǎn)回模擬語音信號。

　　無線電收發(fā)器用于無線耳機(jī)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(nèi)置數(shù)字同步措施、多頻點(diǎn)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(chǎn)的半雙工高頻收發(fā)集成電路CC1000，他可以利用分時雙工進(jìn)行雙向通信，因CC1000只需很少的元器件和尺寸，這樣在外觀上無線耳機(jī)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(jù)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(jìn)行編程，最高可達(dá)10 dBm；在掉電模式下，器件本身有0．2 mA的電流，對于電池應(yīng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)顯示出構(gòu)成一個完整RF收發(fā)器的所有部件都集成在了芯片內(nèi)部，－109 dB的靈敏度與10 dBm的高輸出功率結(jié)合起來，可以構(gòu)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(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(bǔ)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(diào)整限制下的工作場合進(jìn)行選擇，以便在通信頻段擁擠時用來增強(qiáng)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(jìn)行接口?！?/P>

　 　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(jī)通信的技術(shù)要求

　　從工程實(shí)踐中可以得出：對于傳輸語音的電話系統(tǒng)，大多數(shù)成人的語音帶寬約為10 kHz，而大多數(shù)可理解的語言頻率范圍僅為0．3～3．3 kHz，由經(jīng)驗數(shù)據(jù)可得，在電話網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，當(dāng)采用保護(hù)頻帶時，可使用4 kHz帶寬的頻帶來傳送語音。

　　在數(shù)字電話系統(tǒng)中，一般使用脈沖編碼調(diào)制（PCM）方式將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)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(shù)率下被采樣，每個采樣接著會被譯成一個整數(shù)，如使用13 b，該整數(shù)應(yīng)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(shù)來減少字長，為了保留聲音信號的質(zhì)量，字長可從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(shù)字信號編解碼器CODEC實(shí)現(xiàn)，在軟件上可使用查表或?qū)崟r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8 b字，數(shù)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(wǎng)絡(luò)是全雙工的，然而實(shí)現(xiàn)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(fù)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(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間（≤100 ms），一般人的耳朵是區(qū)別不出來的，因此可以進(jìn)行雙向通話。為了保持通話流，使用TDD技術(shù)時，必須將通話方其中一端的數(shù)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(shù)據(jù)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(diào)制技術(shù)，為了要降低傳送數(shù)字語音信號的速率，需要引入另一層編碼技術(shù)。自適應(yīng)音頻脈沖編碼（ADPCM）或連續(xù)可變斜率增量調(diào)制技術(shù)（CVSD）均適用。這些方案都是根據(jù)差分編碼的基本概念是發(fā)送當(dāng)前采樣的差分代替發(fā)送采樣得來的絕對數(shù)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)，也不會給微處理器帶來很重的負(fù)擔(dān)。市場上現(xiàn)已有合壓縮器和ADPCM，CODEC功能的芯片可以選購。

　　3　結(jié)　語

　　無論是因潮流所趨還是擔(dān)憂電話輻射對大腦的影響，無線電話免提裝置（簡稱耳機(jī)）肯定已是一種手提電話不可缺少的配件，其數(shù)量可以說是與手機(jī)同步擴(kuò)展。故該系統(tǒng)有著廣闊的市場前景。

　　藍(lán)牙（Bluetooth）因具有互操作性而被認(rèn)為是未來解決所有需要附加通訊的移動電話的方案。但是對于目前而言，所做出的無線耳機(jī)，無論在開發(fā)費(fèi)用上還是在原材料費(fèi)用上，藍(lán)牙都不是一種具有價格競爭優(yōu)勢的技術(shù)。對此，CC1000便能滿足現(xiàn)有的市場需求，成為一種低成本、低功耗的無線耳機(jī)替代方案。

　　參考文獻(xiàn)
［1］特定應(yīng)用中的低功率RF收發(fā)器［J］．電子產(chǎn)品世界，2002，（5）：40-41.
［2］如何降低藍(lán)牙系統(tǒng)的成本［J］．電子產(chǎn)品世界，2002，（5）：33-37.
［3］樊昌信，詹道庸，徐炳祥，等．通信原理［M］．第4版．北京：國防工業(yè)出版社，1998．