傳統(tǒng)的音箱使用時需要布線，安裝和移動非常不方便。因此無線音箱方案應(yīng)運而生，早期的無線音箱多采用紅外、FM載波的方式調(diào)制。紅外調(diào)制方向性要求高，更改方向影響接收效果。FM模擬調(diào)制抗干擾及保密性不好，并且會影響他人應(yīng)用。針對這些問題，我們開發(fā)新型無線音箱產(chǎn)品，可實現(xiàn)立體聲音樂的無線傳輸，無需布線、使用更靈活。該方案基于MAXII CPLD開發(fā)。MAXII EPM570是Altera的新一代CPLD芯片，性能是上一代的兩倍、容量大了四倍、功耗只有原來的十分之一。該方案采用的是2.4GHz ISM頻段FSK載波調(diào)制，抗干擾能力強、保密性好。
無線音箱包含發(fā)射和接收兩個模塊。發(fā)射模塊將左右聲道的音頻信號經(jīng)ADC按每通道44.1kHz/16bit采樣，經(jīng)基帶處理芯片MAXII EPM570做壓縮、漢明編碼及數(shù)據(jù)打包后通過無線芯片調(diào)制發(fā)射。接收模塊通過無線芯片接收到數(shù)字信號經(jīng)基帶處理芯片MAXII EPM570進行數(shù)據(jù)解包、糾錯及解壓縮處理，通過I2S界面發(fā)送到DAC驅(qū)動耳機或功率放大器。
左右聲道的音頻信號經(jīng)ADC采樣后的每秒數(shù)據(jù)量為44.1kHz×16bit×2=1.4112Mbps。而我們采用的是Micro Linear ML2724無線收發(fā)芯片是載波頻率為2.4G FSK方式調(diào)制，最大傳輸速率1.536Mbps。由于無線通訊的特性導(dǎo)致，通訊時必須增加同步信息、糾錯碼、幀控制字等輔助位元。因此1.536Mbps的傳輸速率是不夠的，這就要求增加音頻數(shù)據(jù)壓縮的功能。但傳統(tǒng)的MCU處理速度低，無法滿足要求，因此我們采用Altera的MAXII CPLD做基帶處理芯片完成數(shù)據(jù)的快速處理。收發(fā)模塊均采用單5V供電，全速工作時電流不到200mA。如果ADC和DAC采用3.3V的芯片，收發(fā)模塊工作在3.3V條件下，功耗還可進一步降低。
發(fā)射模塊應(yīng)用的芯片主要有ADC、SRAM、CPLD、8位MCU、LDO、射頻芯片ML2724。模塊上電后，MCU對ML2724進行初始化操作，雙聲道音頻信號通過A/D轉(zhuǎn)換為I2S格式16bit/44.1kHz的數(shù)據(jù)流，基帶處理芯片將數(shù)據(jù)作ADPCM壓縮、漢明編碼后存入SRAM中緩存。CPLD從SRAM中讀出數(shù)據(jù)打包，NRZI編碼后通過RF模塊按1.5ms一幀的間隔發(fā)送出去。由于CPLD可以并行處理，上述操作同時進行，大大降低了音頻信號的處理延時。發(fā)射模塊邏輯框圖見圖1。
圖1：發(fā)射模塊邏輯框圖
接收模塊應(yīng)用的芯片主要有DAC、SRAM、CPLD、8位MCU、LDO、射頻芯片ML2724。射頻信號通過RF模塊接收后轉(zhuǎn)為串行數(shù)字信號，發(fā)送到基帶處理芯片。經(jīng)位同步、NRZI解碼、漢明糾錯及解壓縮處理后，緩存在SRAM中。從SRAM中取出數(shù)據(jù)經(jīng)CPLD處理后轉(zhuǎn)為I2S數(shù)據(jù)流送到DAC轉(zhuǎn)換為音頻信號?？梢灾苯域?qū)動耳機放音或送到音頻放大器放大驅(qū)動音箱。還可用D類功放JAM2x020代替DAC和傳統(tǒng)的A、B類功放。接收模塊邏輯框圖見圖2。
圖2：接收模塊邏輯框圖
本方案創(chuàng)造性地將CPLD應(yīng)用于消費類音頻處理產(chǎn)品中，充分發(fā)揮了MAXII CPLD速度快、功耗低、價格低廉的優(yōu)勢，代替?zhèn)鹘y(tǒng)音頻基帶處理芯片。我們在基帶處理完成了ADPCM壓縮、漢明編解碼、I2S數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、SRAM的讀寫及NRZI碼的編解碼等。要完成這些功能在傳統(tǒng)的CPLD中是很難想象的。
方案中還采用優(yōu)質(zhì)的ML2724單片集成收發(fā)芯片硬件方面保證傳輸距離、抗干擾能力，且有40個頻道可供選擇。高達8位地址編碼，有256種編碼選擇收發(fā)模塊只有地址碼相同才能正確解碼，提高保密性，降低相鄰模塊干擾的風(fēng)險。應(yīng)用NRZI編碼和前向糾錯方法在軟件方面增強抗干擾能力并提高通訊質(zhì)量。該方案可以實現(xiàn)一對一或一對多的傳輸形式實現(xiàn)準CD音質(zhì)的無線傳送，可廣泛用于環(huán)繞立體聲音箱，便攜PC音箱及嬰兒監(jiān)護等產(chǎn)品中。
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