低功率RF收發(fā)器CC1000在無線耳機數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用

隨著計算機與通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機通信得到廣泛應(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實現(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(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步長進行編程的集成鎖相環(huán)(PLL)，可以對晶振的溫度漂移進 行補償，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行選擇，以便在通信頻段擁擠時用來增強系統(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行接口。

　　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　無線耳機通信的技術(shù)要求

　　從工程實踐中可以得出：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，當采用保護頻帶時，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擔。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憂電話輻射對大腦的影響，無線電話免提裝置(簡稱耳機)肯定已是一種手提電話不可缺少的配件，其數(shù)量可以說是與手機同步擴展。故該系統(tǒng)有著廣闊的市場前景。

　　藍牙(Bluetooth)因具有互操作性而被認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，無論在開發(fā)費用上還是在原材料費用上，藍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、低功耗的無線耳機替代方案。