基于VMR6512的高品質(zhì)無(wú)線音頻轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)計(jì)

無(wú)線FM音頻轉(zhuǎn)發(fā)器可以將音頻信號(hào)調(diào)制成高頻信號(hào)，在一定距離內(nèi)用調(diào)頻收音機(jī)進(jìn)行接收。無(wú)線音頻轉(zhuǎn)發(fā)器被大量地應(yīng)用于無(wú)線耳機(jī)、車載MP3轉(zhuǎn)發(fā)器、會(huì)議廣播、樓宇及公園廣播等地方。最簡(jiǎn)單的無(wú)線音頻轉(zhuǎn)發(fā)器可以只用一個(gè)三極管構(gòu)成，如下圖所示：
  
圖一 單管音頻FM轉(zhuǎn)發(fā)器

上圖采用1只三極管9018構(gòu)成振蕩器。音頻信號(hào)從三極管基極輸入，利用B-E結(jié)的變?nèi)荻O管特性實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。該電路雖然簡(jiǎn)單，但音質(zhì)很差，振蕩電路穩(wěn)定性非常不好，電壓的改變，人體或金屬物在天線附近出現(xiàn)都會(huì)改變振蕩頻率從而導(dǎo)致接收端的不穩(wěn)定。而且該電路只能傳送單聲道的音頻，使用者無(wú)法聆聽(tīng)到高品質(zhì)的立體聲音樂(lè)。

復(fù)雜一些的立體聲轉(zhuǎn)發(fā)器采用集成電路，最常用的是RoHM公司的BA1404。該電路集內(nèi)部集成了立體聲編碼器，可以產(chǎn)生19kHz的立體聲導(dǎo)頻信號(hào)隨音頻一起發(fā)射。如果收音機(jī)有立體聲解碼功能就能解調(diào)出立體聲音樂(lè)了。BA1404的應(yīng)用電路如下圖所示：
  
圖二  BA1404應(yīng)用電路

與單管的轉(zhuǎn)發(fā)器比較，BA1404不僅可以傳送立體聲信號(hào)，而且音質(zhì)也有了明顯提高，但是分離度、頻響等指標(biāo)仍然不是很理想，BA1404的音質(zhì)距離欣賞高質(zhì)量音樂(lè)仍然有相當(dāng)大的差距。由于BA1404內(nèi)部采用的仍然是LC振蕩器，因此頻率的穩(wěn)定性仍然不夠好，容易產(chǎn)生頻漂的現(xiàn)象?，F(xiàn)在市面上有相當(dāng)多的采用BA1404的車載音頻轉(zhuǎn)發(fā)器或者無(wú)線耳機(jī)成品出售。
    要打造出廣播級(jí)的音質(zhì)，并且頻率又非常穩(wěn)定的FM無(wú)線轉(zhuǎn)發(fā)器，則需要采用數(shù)字音頻預(yù)處理以及頻率合成等復(fù)雜技術(shù)。由于成本和復(fù)雜程度等原因，這些技術(shù)通常都只用在廣播電臺(tái)，而普通用戶很難接受。
那是不是高穩(wěn)定度、Hi-Fi音質(zhì)的音頻轉(zhuǎn)發(fā)器就與普通用戶無(wú)緣了呢？北京瑞宇飛科技有限公司開(kāi)發(fā)的無(wú)線音頻轉(zhuǎn)發(fā)模塊VMR6512很好地解決了成本與音質(zhì)和頻率穩(wěn)定度之間的矛盾，讓所有的人都能以很低的成本享受到廣播級(jí)別的音質(zhì)。
下圖是VMR6512無(wú)線音頻調(diào)制模塊的內(nèi)部框圖。
  
圖三  VMR6512 無(wú)線音頻轉(zhuǎn)發(fā)器框圖 [!--empirenews.page--]

VMR6512無(wú)線音頻轉(zhuǎn)發(fā)模塊具有以下特點(diǎn)：

•  廣播級(jí)的音質(zhì)
•  全集成封裝，無(wú)需任何外部元件即可工作
•  音頻采用DSP進(jìn)行處理，為高音質(zhì)提供了保證
•  采用頻率合成技術(shù)，振蕩頻率高度穩(wěn)定
•  輸出功率可調(diào)，最高可達(dá)115dBuV
•  頻率范圍88.0MHz-108.0MHz，低端可根據(jù)要求擴(kuò)展到76.0MHz
•  可輸入模擬音頻或數(shù)字音頻
•  具備外部UART接口，可用外部CPU或PC機(jī)方便地進(jìn)行控制
•  提供頻率設(shè)置UP/DOWN輸入，方便獨(dú)立使用

該模塊可應(yīng)用于：

•  Hi-Fi無(wú)線耳機(jī)
•  車載MP3音頻轉(zhuǎn)發(fā)器
•  無(wú)線話筒
•  會(huì)議廣播系統(tǒng)
•  樓宇音樂(lè)播放
•  公園音樂(lè)播放
•  視聽(tīng)娛樂(lè)設(shè)備附件
•  校園廣播電臺(tái)

    VMR6512內(nèi)部由一個(gè)CPU對(duì)整個(gè)模塊進(jìn)行控制。外部處理器可以通過(guò)UART串口與模塊進(jìn)行通信，對(duì)模塊的頻率、發(fā)射功率、接口模式等進(jìn)行設(shè)置。此外，模塊還提供了UP和DOWN兩個(gè)引腳，以便在沒(méi)有外部CPU或控制串口的情況下進(jìn)行頻率調(diào)整。模塊默認(rèn)上電發(fā)射頻率是100.0MHz，UP或者DOWN引腳上每給一個(gè)低電平脈沖，則發(fā)射頻率升高或者降低0.1MHz。如果在這兩個(gè)引腳上連續(xù)保持低電平，則發(fā)射頻率每0.3秒改變一次。
音頻信號(hào)接口可以是普通的模擬音頻輸入，也可以是數(shù)字音頻輸入。模擬音頻首先經(jīng)過(guò)音頻A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再進(jìn)入DSP進(jìn)行處理。數(shù)字音頻提供了常用的I2S，left-justified和DSP等三種接口模式，幾乎能夠與所有的codec或者DSP進(jìn)行無(wú)縫連接。
    音頻信號(hào)數(shù)字化之后，DSP會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、預(yù)加重、導(dǎo)頻產(chǎn)生等一系列處理。由于是在數(shù)字域進(jìn)行處理，因此具備了模擬電路無(wú)法企及的優(yōu)勢(shì)，為高音質(zhì)提供了前提保障。
    模塊內(nèi)還集成了自動(dòng)增益控制（AGC）功能，當(dāng)輸入音頻超過(guò)一定閾值，AGC會(huì)自動(dòng)將音頻信號(hào)進(jìn)行衰減避免失真的出現(xiàn)。而當(dāng)音頻信號(hào)低于某一閾值，AGC電路又會(huì)將音頻信號(hào)進(jìn)行一定程度的放大，從而保證了接收端始終有合適的音量輸出。
    經(jīng)過(guò)DSP處理之后的信號(hào)再經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，送入高頻調(diào)制器進(jìn)行FM調(diào)制。高頻信號(hào)通過(guò)頻率合成的方式產(chǎn)生，頻率可以以10KHz的步進(jìn)進(jìn)行調(diào)整，頻率范圍從88.0MHz-108MHz連續(xù)可調(diào)，若有特殊需要還可以擴(kuò)展至76.0-108.0MHz。FM調(diào)制信號(hào)的頻偏也可以進(jìn)行精確調(diào)整，不過(guò)通常不建議用戶自己進(jìn)行設(shè)置。輸出FM信號(hào)的功率最大為115dBuV，空曠地帶傳輸距離可達(dá)五六十米。
下圖是VMR6512的外形及引腳：
  
圖四  VMR6512模塊外形及引腳說(shuō)明

    VMR6512模塊的外形尺寸僅為25mmx15mmx3.8mm（長(zhǎng)x寬x高），可以方便地嵌入無(wú)線耳機(jī)和車載MP3音頻轉(zhuǎn)發(fā)器等小型設(shè)備中。
    下圖是VMR6512的元件符號(hào)及引腳說(shuō)明：
 
圖五  VMR6512元件符號(hào)
表一  VMR6512引腳說(shuō)明

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表二  VMR6512的相關(guān)參數(shù)

下圖是VMR6512的參考設(shè)計(jì)電路圖：
 
圖六  VMR6512參考設(shè)計(jì)電路
    上圖的參考設(shè)計(jì)是基于VMR6512獨(dú)立工作模式的設(shè)計(jì)。其中S1和S2分別用于調(diào)整頻率升高和降低。S3用于整個(gè)模塊的Reset。天線采用75cm長(zhǎng)度的導(dǎo)線會(huì)獲得比較好的效果。
    當(dāng)然也可以利用單片機(jī)或者PC機(jī)來(lái)對(duì)VMP6512進(jìn)行控制，并且駁接數(shù)字信號(hào)，這樣能進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)發(fā)器的靈活程度并獲得更高的音質(zhì)。如何通過(guò)串口對(duì)VMR6512進(jìn)行控制本文不再贅述。
    通常情況下VMR6512的發(fā)射距離在空曠地帶可以達(dá)到五六十米以上（視天線和收音機(jī)靈敏度而定），足以滿足大多數(shù)需求。在一些特殊的應(yīng)用中如果需要傳輸更遠(yuǎn)的距離，可以用VMR6512配合北京瑞宇飛科技有限公司的另一產(chǎn)品——VMR6700高頻功率放大器將發(fā)射距離延長(zhǎng)到1.5公里以上。當(dāng)然這需要取得相關(guān)部門(mén)的許可。
    VM系列模塊采用耐高溫的材料進(jìn)行封裝，因此可以采用回流焊進(jìn)行焊接。在業(yè)余條件下用電烙鐵焊接也是非常方便的。準(zhǔn)備一把尖頭烙鐵和一些細(xì)焊錫絲（1mm以下最佳）。先在焊盤(pán)上涂上一些助焊劑，然后將模塊放到準(zhǔn)確的位置，使模塊上的引腳與焊盤(pán)一一對(duì)應(yīng)好。將焊錫絲放入半孔缺口，用烙鐵輕輕觸碰焊錫絲，很快焊錫就會(huì)融化并且將模塊的半孔焊盤(pán)與底板的焊盤(pán)牢固地焊接在一起。焊接的操作如下圖所示：
 
圖七  VM系列模塊的手工焊接