設計前沿:車載無線射頻耳機係統的設計
發布時間:2014-11-05 責任編輯:echolady
【導讀】轎車已經逐漸普及,車內時間增加,車內通話隨之形成。為了行駛中更加安全,車載藍牙係統得到發展。對於車載應用來說,車載無線射頻耳機的設計被提上了日程。
因(yin)為(wei)目(mu)前(qian)市(shi)場(chang)上(shang)的(de)藍(lan)牙(ya)手(shou)機(ji)大(da)部(bu)分(fen)都(dou)不(bu)能(neng)支(zhi)持(chi)同(tong)時(shi)連(lian)接(jie)兩(liang)個(ge)藍(lan)牙(ya)免(mian)提(ti)設(she)備(bei),即(ji)手(shou)機(ji)通(tong)過(guo)藍(lan)牙(ya)免(mian)提(ti)協(xie)議(yi)同(tong)時(shi)連(lian)接(jie)藍(lan)牙(ya)耳(er)機(ji)及(ji)車(che)載(zai)藍(lan)牙(ya)設(she)備(bei)。因(yin)此(ci),對(dui)於(yu)車(che)載(zai)應(ying)用(yong)的(de)這(zhe)種(zhong)特(te)殊(shu)場(chang)景(jing)。車(che)載(zai)無(wu)線(xian)射(she)頻(pin)耳(er)機(ji)係(xi)統(tong)是(shi)一(yi)個(ge)很(hen)好(hao)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。現(xian)有(you)的(de)耳(er)機(ji)都(dou)不(bu)能(neng)和(he)音(yin)響(xiang)互(hu)動(dong),尤(you)其(qi)是(shi)行(xing)車(che)時(shi)既(ji)聽(ting)音(yin)響(xiang)又(you)用(yong)耳(er)機(ji)接(jie)電(dian)話(hua),對(dui)行(xing)車(che)安(an)全(quan)更(geng)加(jia)不(bu)利(li)。在(zai)使(shi)用(yong)車(che)載(zai)藍(lan)牙(ya)免(mian)提(ti)電(dian)話(hua)進(jin)行(xing)通(tong)話(hua)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong),在(zai)射(she)頻(pin)耳(er)機(ji)離(li)開(kai)機(ji)座(zuo)後(hou),通(tong)話(hua)的(de)語(yu)音(yin)即(ji)轉(zhuan)移(yi)到(dao)耳(er)機(ji)上(shang),車(che)內(nei)揚(yang)聲(sheng)器(qi)不(bu)再(zai)發(fa)聲(sheng)。當(dang)通(tong)話(hua)結(jie)束(shu)後(hou),可(ke)使(shi)用(yong)方(fang)向(xiang)盤(pan)按(an)鍵(jian)或(huo)車(che)載(zai)電(dian)話(hua)操(cao)作(zuo)界(jie)麵(mian)掛(gua)斷(duan)電(dian)話(hua)。但(dan)在(zai)將(jiang)耳(er)機(ji)放(fang)回(hui)機(ji)座(zuo)之(zhi)前(qian)。車(che)輛(liang)的(de)音(yin)頻(pin)還(hai)會(hui)從(cong)耳(er)機(ji)輸(shu)出(chu)。當(dang)用(yong)戶(hu)放(fang)回(hui)耳(er)機(ji)後(hou)。音(yin)頻(pin)恢(hui)複(fu)從(cong)原(yuan)有(you)揚(yang)聲(sheng)器(qi)上(shang)輸(shu)出(chu)。
一、射頻技術詳解
文中介紹的車載無線射頻耳機係統,使用了無線射頻技術,在介紹該方案之前,先將文中涉及的無線射頻技術做個說明。
射頻(Radio Frequency,RF),表示可以輻射到空間的電磁頻率,頻率範圍在300 kHz~30 GHz之間。射頻其實質就是射頻電流,它是一種高頻交流變化電磁波的簡稱。每秒變化小於l000次的交流電稱為低頻電流,大於10000次的稱為高頻電流,而射頻就是這樣一種高頻電流。射頻技術作為新一代短距離無線數據通信技術,具有體積小、功耗低、性能穩定、抗幹擾能力強等優點。並且適合組成小型的通信局域網,因而在工業、民用領域得到了廣泛的應用與研究。
近些年來。無線通信技術大踏步發展的同時,大規模集成電路、數shu字zi技ji術shu以yi及ji電dian路lu係xi統tong的de製zhi作zuo工gong藝yi和he水shui平ping也ye在zai日ri趨qu成cheng熟shu。這zhe就jiu使shi得de無wu線xian通tong信xin係xi統tong的de大da部bu分fen功gong能neng都dou可ke以yi集ji成cheng到dao一yi小xiao塊kuai芯xin片pian的de內nei部bu。以yi短duan距ju離li無wu線xian通tong信xin係xi統tong為wei例li。隻zhi需xu要yao使shi用yong短duan距ju離li無wu線xian射she頻pin收shou發fa芯xin片pian。再zai配pei上shang具ju有you控kong製zhi功gong能neng的de微wei控kong製zhi器qi和he少shao量liang的de外wai圍wei器qi件jian即ji可ke構gou成cheng具ju有you無wu線xian傳chuan輸shu功gong能neng的de通tong信xin模mo塊kuai。
在這種小型係統中,電容、電感、晶(jing)體(ti)振(zhen)蕩(dang)器(qi)等(deng)器(qi)件(jian)都(dou)已(yi)經(jing)集(ji)成(cheng)在(zai)芯(xin)片(pian)內(nei)部(bu),具(ju)有(you)很(hen)好(hao)的(de)通(tong)用(yong)性(xing),並(bing)且(qie)其(qi)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)較(jiao)強(qiang)。不(bu)易(yi)受(shou)到(dao)環(huan)境(jing)變(bian)化(hua)的(de)影(ying)響(xiang)。射(she)頻(pin)收(shou)發(fa)芯(xin)片(pian)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)以(yi)FSK調製方式為基礎的各種調製方式。一般工作在ISM公用頻段,不用進行通信頻道的額外申請,操作簡單方便。
在通信模塊內部,已經含有了一般均會含有的傳輸數據必須的數據傳輸協議或用來增強保密性的加密協議,並會盡量使其應用起來簡單、透明。發射功率、gongzuopinlvdengsuoyougongzuocanshukeyitongguoruanjianshezhiwancheng,zheyejiujiangdileyonghuduiwuxiantongxinyuanlihegongzuojizhizhangwochengdudeyaoqiu,shideyingyongguochengbiandegengjiarongyi。zongtilaishuo,yonghuzhiyaoyijuminglingziduijutidekongzhijicunqijinxingcaozuojikeshixianjibendewuxianchuanshugongneng。
此類型的短距離無線數據通信係統體積小、功耗低、穩定性好、抗幹擾能力強,而且開發簡單快速,維護保養方便,並且可以嵌入到其他各種設備中.實現設備間的無線連接。完成不同的功能融合。
由you於yu不bu同tong公gong司si不bu同tong型xing號hao的de無wu線xian收shou發fa芯xin片pian種zhong類lei和he數shu量liang都dou比bi較jiao多duo,因yin而er無wu線xian收shou發fa芯xin片pian的de選xuan擇ze在zai設she計ji中zhong是shi至zhi關guan重zhong要yao的de。正zheng確que的de選xuan擇ze可ke減jian小xiao開kai發fa難nan度du、縮短開發周期、降低成本、更快地將產品推向市場。選擇無線收發芯片時需要考慮以下幾點因素:功耗、發射功率、接收靈敏度、收發芯片所需的外圍元器件數量、芯片成本等。
該方案采用耵的CC85XX器件係列,它能提供強大的、高品質、短距離的2.4 GHz無線數字音頻流的低成本單芯片解決方案。兩個或多個設備形成PurePathwuxianyinpinwangluo,tongguocaiqujinshencuoshi,quebaolegaiyinpinwangluokezaibutongdehuanjingxiatigongwujianxiheqiangdadeyinpinliu,takeyiyuxianyoudewuxianjishu。zaiyongjide2.4 GHzISM頻段友好共存。
隻需要將CC85XX連接到外部音頻源或信宿(例如:音頻編解碼器,S/PDIF接口或D類放大器)和幾個按鈕,開關或LED用於人機交互,不做任何軟件開發即可以實現大多數應用。外部音頻設備的控製是I2C或以G10為基礎。包含本地或遠程音量控製。先進的應用可以直接連接主機處理器或DSP與CC85XX及流音頻,同時也能控製設備及音頻網絡運營的各個方麵口。
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二、方案設計
該車載無線射頻耳機係統與車載收音機相連,截斷收音機至前門的兩路音頻輸出(因為電話語音輸出隻占用這兩路),在內部通過開關對音頻輸出方向進行控製。車載無線射頻耳機係統會連接射頻天線,實現通過射頻信號傳輸音頻的功能。具體參見圖1係統架構圖。

圖1:係統架構圖
初chu始shi狀zhuang態tai下xia,射she頻pin耳er機ji已yi經jing與yu射she頻pin模mo塊kuai完wan成cheng配pei對dui過guo程cheng。同tong時shi,為wei便bian於yu維wei修xiu更geng換huan,射she頻pin耳er機ji和he射she頻pin模mo塊kuai都dou支zhi持chi重zhong新xin配pei對dui功gong能neng。射she頻pin模mo塊kuai可ke以yi發fa送song音yin頻pin信xin號hao至zhi耳er機ji,也ye可ke以yi從cong耳er機ji接jie收shou射she頻pin通tong信xin連lian接jie和he斷duan開kai(即耳機取出和放回的狀態)信xin號hao,車che載zai無wu線xian射she頻pin耳er機ji係xi統tong可ke利li用yong此ci信xin號hao控kong製zhi輸shu出chu音yin頻pin的de去qu向xiang。車che載zai無wu線xian射she頻pin耳er機ji係xi統tong的de音yin頻pin輸shu入ru來lai自zi收shou音yin機ji,音yin頻pin可ke以yi被bei輸shu出chu至zhi原yuan有you揚yang聲sheng器qi或huo者zhe通tong過guo射she頻pin天tian線xian以yi無wu線xian形xing式shi發fa送song。輸shu出chu切qie換huan控kong製zhi通tong過guo電dian路lu選xuan擇ze開kai關guan實shi現xian,切qie換huan時shi間jian少shao於yul00 ms。該係統可確保前後揚聲器音頻輸出的同步,同時不產生Pop音。在係統工作時,可保證收音機不會檢測到揚聲器斷路而產生DTC。
dianyuanguanlifangmian,dangxitongxiumianshi,qigonghaochuyujiaodishuiping,jinxujiankongshouyinjidegonghaobianhua,qitamokuaidoubugongzuo,zhizhixiayicixitongqidongcaikejinrugongzuozhuangtai。dangchezaiwuxianshepinerjixitongjiancedaoshouyinjidakaishi,xitongzai5 s後進入工作狀態。當係統啟動後,會自動進行一次開機診斷,根據耳機狀態調整開關位置。當收音機進入休眠狀態時,係統在5 s後(hou)進(jin)入(ru)休(xiu)眠(mian)狀(zhuang)態(tai),電(dian)路(lu)選(xuan)擇(ze)開(kai)關(guan)切(qie)換(huan)至(zhi)揚(yang)聲(sheng)器(qi),且(qie)該(gai)連(lian)接(jie)不(bu)受(shou)係(xi)統(tong)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)影(ying)響(xiang)。在(zai)休(xiu)眠(mian)狀(zhuang)態(tai),車(che)載(zai)無(wu)線(xian)射(she)頻(pin)耳(er)機(ji)係(xi)統(tong)僅(jin)需(xu)檢(jian)測(ce)收(shou)音(yin)機(ji)功(gong)耗(hao),作(zuo)為(wei)係(xi)統(tong)啟(qi)動(dong)的(de)判(pan)定(ding)條(tiao)件(jian)。具(ju)體(ti)設(she)計(ji)參(can)見(jian)圖(tu)2。

圖2:電源管理流程圖
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耳er機ji音yin量liang可ke通tong過guo收shou音yin機ji上shang的de音yin量liang旋xuan鈕niu調tiao整zheng。耳er機ji上shang不bu設she其qi他ta按an鍵jian,但dan預yu留liu了le隱yin藏zang觸chu點dian用yong來lai進jin行xing更geng換huan配pei對dui。耳er機ji上shang帶dai有you指zhi示shi燈deng,閃shan爍shuo表biao示shi正zheng在zai充chong電dian,常chang亮liang表biao示shi電dian池chi已yi滿man,常chang滅mie表biao示shi不bu再zai充chong電dian。射she頻pin信xin號hao發fa射she器qi與yu射she頻pin耳er機ji進jin行xing傳chuan輸shu具ju有you完wan善shan的de加jia密mi機ji製zhi,保bao證zheng了le傳chuan輸shu數shu據ju的de安an全quan。
該係統的電源設計要求,參見表1。


圖3:PIN腳定義
本文設計的車載無線射頻耳機係統是根據車載應用環境及車主行車方便安全提出的方案。實驗結果表明,方案設計完全符合性能指標。
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