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基于nRF24Z1的无线数字/模拟音频传输系统的设计

时间:2015-11-19  来源:扁平线圈电感厂家  点击:


射频放大器(RF PA)的作用是能使发射端在处于发射状态时具有较大发射功率,实现较远的传输距离。各部分的工作方式由各自的VDD_PA信号决定。以接收端为例(如图3),当处于接收音频数据时,VDD_PA为低电平,它控制两个RF Switch都扳到下部,RF信号通过传输线直接进入nRF24Z1;当处于回送控制数据和寄存器信息时,VDD_PA为高电平,两个RF数字功放电感 Switch都扳到上部,同时启动RF PA,以较大的功率发送,实现较远的发射距离。

发送端工作方式类似。一般情况下,接收端和发送端的PA是交替打开和关闭的。

2.3 系统配置和工作流程

系统配置方法和系统的工作流程如图4。

系统配置方法和系统的工作流程



2.4 跳频序列和图案

本系统采用自适应跳频的方式,属于QoS策略的一部分。

跳频通信是扩频通信的一种,也是最广泛使用的一种。工作原理是收发双方传输信号的载波频率按照预定的规律进行离散变化。跳频通信具有隐蔽性好、抗干扰能力强等特点。预定规律组成的频率序列称为跳频图案。

本系统并没有采用参考设计中给出的顺序增加频率序列,而是采用了PN伪随机码序列。这种序列具有很好的抗干扰性,具有类似于白噪声一样的自相关性,难以被监听和发生串扰。

PN码特点如下:有足够多的地址码;不同码元数平衡相等;有尖锐的白相关特性,即满足下式:

PN码

m序列就是一个满足上述特性的PN序列。由于本系统有38个跳频点,所以采用了5级的m序列作为PN码,本原多项式为x5+x2+1,最后的序列图案为:16,24,28,14,7,19,9,4,2,17,8,20,10,21,26,29,30,15,23,27,13,22,11,5,18,25,12,6,3,1。为了保证频率有一定的间隔,在上述序列基础上每个都乘以2即为跳频图案。

经过测试,此跳频序列系统与其他跳频序列系统共存时,出现噪声抖动次数少于顺序序列跳频图案系统,音频噪声出现频率仅为后者的一半,抗干扰能力较强。

2.5 射频放大器设计和电路设计

设计射频放大器时,应注意以下几点:

(1) 放大器模块要满足增益要求,包括大小、稳定性、功耗等,也要满足其他的S参数要求。本系统采用的是SiGe公司的Class A放大器PA2423L,其输出峰值功率为+22.5dbm。

(2) 放大器的输入输出要尽量隔离。由于放大器的增益很高,容易造成输出回到输入的正反馈振荡,所以在输入输出端的元件要尽量靠近管脚,走线避免有尖角,防止长引线和尖角的天线效应,并且做好阻抗匹配。如图5。

放大器

(3) 出于EMI/EMC方面的考虑,需要在PCB板上每隔λ/20(或更小)的地方打孔。

(4) PA离AD/

DA等模拟部分和关键数字部分必须有一定距离。控制信号和RF信号尽量不要交叉,迫不得已的情况下可以交义,但是最好正交。尽量避免破坏RF信号底面铺铜的完整性。

3 系统软件设计

本系统的软件设讣包括了传输模式选择、地址选择、地址码设计、跳频图案设计等。设计时首先需要选择系统是传输数字音频还是模拟音频,这一点可以通过MCU外部的管脚电平状态确定。其次需要选择合适的地址和地址码,写入内部寄存器,用于区别两套不同的传输系统。跳频图案设计是软件设计的重点。

由于MCU和nRF24Z1的SPI接口速率较高,可达到1Mbps,所以在软件中需要对时序做准确的设计。另外,本系统为了消除开机POP噪卢的影响,在开机时进行延时操作,可以检测无线连接的状态并采取相应的措施。

数字和模拟音频的无线传输是一个热点话题,本系统较好地实现了以上的系统功能,通过软件设计、跳频设计、放大器设计等,使数字/模拟音频传输系统达到了CD高音质传输指标,传输距离达到了室外80米以上,室内30米以上。辐射方面也达到了FCC的相关标准。另外,本系统具有很强的商业前景,将在PC多媒体、家庭影院、汽车电子等方面有广泛的应用。

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