湯煒偉，孫新亞，吉吟東

    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議室、汽車等場所越來越難以實現(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到1.5mbps以上，因此對無線系統(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現(xiàn)的優(yōu)勢。選用具備高帶寬特點的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，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4mbps，實際數(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，在點對點的無線通信中，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制和應(yīng)答策略(時分雙工)、數(shù)據(jù)完整性策略和crc檢錯、自適應(yīng)跳頻、掉線搜索重連策略。

    雙向通信機制和應(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�？刂菩诺赖男畔ㄍ托畔�、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，完全通過硬件實現(xiàn)，在音頻信道發(fā)送的幀里面包括多個包，每個包由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得到檢驗后，將會通過控制信道給atx回送信息。若crc檢驗不正確，則發(fā)送端將不正確的一個或若干個包在下一個幀內(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)連接丟失時發(fā)射器自動按照射頻圖案搜索，每個頻道卜搜索一段時間，同理接收器也在每個頻道上監(jiān)聽，一旦建立連接則鎖定該頻道，同時依次按跳頻圖案順序跳頻。

    芯片的初始配置町以由eeprom或者mcu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。

    2 系統(tǒng)組成

    2.1 系統(tǒng)組成圖

    本系統(tǒng)保證數(shù)字／模擬音頻的“透明”無線傳輸，即接收板輸出到音箱／耳機等的音頻信號和音源輸人到發(fā)射板的音頻信號相比無失真。對于數(shù)字音頻，為滿足s／pdif標(biāo)準(zhǔn)的串行數(shù)字信號；對于模擬音頻，為雙聲道模擬信號。

    本系統(tǒng)組成主要由nrf24zl、ad／da、mcu、rfpa等組成，發(fā)送端組成如圖2。

    接收端組成圖如圖3。

    2.2 系統(tǒng)說明

    本系統(tǒng)一路模擬音源從ad采樣得來，通過i2s音頻接門傳輸?shù)絥rf24z1進行發(fā)送，接收端的nrf24z1收到音頻數(shù)據(jù)后時鐘恢復(fù)出mclk(i2s的主時鐘)，同時進行音頻的d／a轉(zhuǎn)換和放大，最后通過揚聲器輸出。