低成本无线耳机CC1000 RF收发IC之应用

无论是因潮流所趋、驾驶者之必须、还是担忧电话幅射对大脑之影响,无线电话免提装置 (简称耳机) 肯定已是一种手提电话不可缺少之配件。其量可以说是与手机同步扩展。

本文建议使用数字无线电通讯的无线耳机解决方案。语音信号在传送到无线电频率前被采样、数字化和压缩,接收到的信号解压后转回模拟语音信号。Chipcon公司的半双工高频收发IC,可利用分时双工进行双向通讯。因为CC1000只需要很少的元器件和尺寸,耳机可以做得非常轻巧。

据报道,蓝牙被认为是未来解决所有需要附加通讯的移动电话的方案,但是对于现在就能做出的无线耳机,无论是在开发费用上还是在原材料费用上,它都不是一种具有价格竞争优势的技术。对此CC1000收发IC便能满足市场需求,成为一种低成本、低功耗的无线耳机替代方案。

CC1000是一种针对极低功耗和低电压开发出的单片超高频收发IC,它工作在2.1V到3.6V之间,很适合使用单个硬币型锂电池。CC1000之接收电流损耗为7.8mA,发射时根据输出功率大小,电流损耗仅5.5～26mA,在低电平模式更降到仅0.2μA。

电话网络中的语音传送

电话系统是一种传送语音的系统,大多数成年人的语音带宽大约为10kHz,然而其中大多数可理解的语言频率为0.3到3.3kHz。在电话网络系统中,当采用保护频带时便是使用4kHz带宽的频带来传送语音的。

在数字电话系统中,一般使用脉冲编码调制 (PCM)技术来将模拟信号转换成数字信号。为了满足奈奎斯特取样定理(Nyquist Sampling Theorem)的需要,首先4kHz语音传输之受限频带在8kHz数率下被采样。每个采样接着会被解译成一整数。若使用了13个位,该整数应在-4096至4095之间。

要有效地传输语音,可使用非平均的量化技术来减少字长。为了保留声音信号的质量,字长可从13位压缩成8位或更少。非平均的量化技术在硬件上一般由多媒体数字信号编解码器(CODEC)实现；在软件上可使用查表或实时计算。经以上处理后,与压缩法组合的8kHz采样率生成了一个8位字,数字声音信号流因此说成是64kbit/s。

无线语音通讯

公共电话网络是全双工的。然而实现一个全双工的无线电系统,会要求接收和发射部共享许多系统模块。这样的系统牵涉更复杂的电路解决方法,半双工无线电系统相对便能节约空间和成本。

无线系统上之全双工一般利用分时双工(TDD)的技术解决。信号实际上是单向传送,但由于传送方向切换只需很短的时间。只要等待时间是100ms或更短,一般人的耳朵是区别不出来的,因此可以进行双向通话。

为了保持通话流,使用TDD技术时,必须将通话?方其中一端之数字语音信号援冲起来。64kbit/s的语音信号流便要求至少128kbit/s的无线TDD数据通讯,从接收到发射的轮换时间甚至要求更高的速率。

高数率要求更大的RF带宽或高级的调制技术,为了要降低传送数字语音信号的速率,需要引入另一层编码技术。自适应音频脉冲编码 (ADPCM) 或连续可变斜率增量调制技术 (CVSD) 均适用。这些方案都是根据差分编码的,基本概念是发送当前采样与先前采样之差分代替发送采样得来的绝对数值。

使用ADPCM编码后,可将8位编码成4位、3位或2位,64kbit/s数率,因此可降到32、24或16kbit/s。假如使用32kbit/s的ADPCM编码技术,亦不会给微控器带来很重的负担。市场上现已有合压缩器和ADPCM CODEC 功能之蕊片以供选购。

结论

无线电收发器用于无线耳机的主要要求是:低电流损耗、低工作电压、快速锁定锁相环(PLL)、内置数字同步措施、多频点容量、元器件少、当然还要价格便宜。Chipcon公司的CC1000 RF收发IC可满足以上要求。

Peter Martin Evjen, Chipcon

施美(C-MAX)电子有限公司

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