近年來，無線技術(shù)在音頻傳輸領(lǐng)域得到越來越多的關(guān)注,，包括藍牙,、WIFI 以及2.4GHz 技術(shù)等得到了迅猛的發(fā)展。在眾多無線音頻傳輸技術(shù)中,，目前被看好的,，而且最有可能在普通音頻設(shè)備中、大面積使用的是2.4GHz 技術(shù),。2.4GHz,，全名叫做“2.4GHz 非聯(lián)網(wǎng)解決方案”。它和藍牙,、WiFi 一樣,，都是工作在2.4-2.485GHz ISM 無線頻段上。而該頻段在全世界幾乎都是免費授權(quán)使用的,。因此,，在產(chǎn)品成本上面天生會有一些優(yōu)勢，有助于產(chǎn)品的大面積普及,。目前,，藍牙技術(shù)在無線音頻產(chǎn)品中 使用的最多，技術(shù)也最成熟，但它具有先天性的缺點,，比如說：帶寬窄,，達不到傳輸高品質(zhì)音頻信號的要求；傳輸距離近,，10 米左右,；還有被人們廣為詬病的抗干擾問題。WIFI 技術(shù)具有帶寬寬,，傳輸距離遠的優(yōu)勢,，具有相當不錯的前景，但其弊病還是在于抗干擾且技術(shù)相對不成熟,。2.4GHz 技術(shù)在對比與藍牙,、Wifi 的優(yōu)勢在于1） 帶寬寬，能夠傳輸CD 品質(zhì)的無線信號,。2） 抗干擾強,，2.4G 技術(shù)使用的是自動調(diào)頻技術(shù)，設(shè)備在工作時,，如果發(fā)現(xiàn)頻段被占用,，它就會自動跳到一個無人使用的頻段。3） 功耗低,，2.4GHz 技術(shù)在發(fā)射和接收時不需要連續(xù)工作,。
本文提出了基于TI 公司CC8520 系列芯片無線音頻傳輸方案，該方案采用目前最熱門且有發(fā)展前景的2.4GHz 短距離無線傳輸技術(shù),；無需進行軟件開發(fā),，只需通過TI 提供的免費PurePath 無線配置器設(shè)置目標系統(tǒng)的期望功能及參數(shù)，顯著減少了開發(fā)時間和開發(fā)難度,，并且提高了系統(tǒng)的可靠性,。CC8520內(nèi)部集成了微控制器，無需額外的控制器或 DSP 即可完成對系統(tǒng)的控制,，如音量調(diào)節(jié),、網(wǎng)絡(luò)配對等操作，并且提供數(shù)據(jù)旁路通道,，即可以在傳輸音頻的同時,，對接受端發(fā)送額外數(shù)據(jù)，降低了整體的成本,。
經(jīng)實際測試,，該方案在使用9V 干電池的情況下可持續(xù)工作22 小時；可傳輸多路采樣率達（44.1/48KHz）及采樣位數(shù)（16/24 位）的高品質(zhì)立體聲,；無障礙開闊地傳輸距離達130 米,，在擁擠,、多障礙的環(huán)境下傳輸半徑仍可達35 米。
1 系統(tǒng)概述
1.1 CC8520 芯片介紹
CC8520 芯片采用TI 公司“PurePath Wireless”的專有技術(shù)1.該芯片可以在各種復(fù)雜環(huán)境中提供無縫和可靠的音頻流式傳輸,。運用先進的誤差校正及隱藏技術(shù)的嵌入式音頻網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,，CD 品質(zhì)未壓縮音頻品質(zhì)采樣，采用I2S 和I2C 接口來實現(xiàn)與音頻編解碼器,、DAC/ADC 和數(shù)字音頻放大器的無縫連接和控制,，無線數(shù)據(jù)傳輸速率5Mbps,，音頻延遲小于16ms,，具有高達+4dBm 的可編程功率輸出和-83dBm的靈敏度）。需要很少的外圍器件,，故CC8520 完全適合于無線音頻系統(tǒng)傳輸?shù)脑O(shè)計,。
1.2 工作原理
如圖1 所示，在發(fā)送端,，通過傳聲器（俗稱話筒,、麥克風(fēng)）或模擬音頻接口將聲音或音頻信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號；將模擬電信號傳送到音頻編解碼芯片 TLV320AIC3204 的音頻接口IN1_L,、IN2_R 端,，模擬電信號通過芯片內(nèi)部的前置放大，A/D 處理后轉(zhuǎn)換為I2S 格式的數(shù)字音頻信號,，并傳送至CC8520的I2S 接口,；CC8520 將接收到的數(shù)字音頻信號進行載波發(fā)射，通過與射頻擴展器CC2590 的RF_N 和RF_P 端連接,，將射頻信號通過芯片并經(jīng)由天線將音頻信號發(fā)射出去,。
圖1 系統(tǒng)發(fā)射端原理框圖,。
如圖2 所示,，在接收端另一CC8520 芯片通過CC2590 將接收到載波信號進行解調(diào)，將解調(diào)的數(shù)字音頻信號傳送至音頻編解碼芯片TLV320AIC3204 進行D/A 轉(zhuǎn)換,，輸出模擬音頻信號,。因該芯片內(nèi)部的音頻放大增益較小，所以將模擬信號通過方向放大器進行放大,，通過功放或耳機輸出,。
圖2 系統(tǒng)接收端原理框圖,。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計及PurePath無線適配器設(shè)置
2.1 發(fā)射部分設(shè)計
無線音頻發(fā)射端可采取便攜式手持設(shè)計,，主要由無線數(shù)字音頻芯片CC8520 、音頻編解碼芯片TLV320AIC3204,、射頻擴展芯片CC2590 等低功耗微型貼片芯片組成,，可全部裝配在便攜式設(shè)備狹小空間的電路板內(nèi)，其發(fā)射端電路原理如圖1 所示，當CC8520 和TLV320AIC3204 作為發(fā)射端時,，首先在PurePath 無線適配器Projects 中選擇“CC85XXDKdemo AIC3204 ”,， 打開后， 選擇“ Analog Inputmaster（AIC3204）”作為發(fā)射端配置,。
考慮到在其在室內(nèi)使用,，并且要發(fā)揮CC8520 高品質(zhì)CD 音質(zhì)的性能，音頻傳輸系統(tǒng)的主信號源1）選用良好聲學(xué)性能的麥克風(fēng),，連接至TLV320AIC3204的IN1_L 和IN1_R 端,，進行前置放大與A/D 轉(zhuǎn)換：
2）自帶CD 機或通過電腦播放的音樂等其他任何標準的立體聲音源可由TLV320AIC3204 的IN2_L 和IN2_R 端進行前置放大和A/D 轉(zhuǎn)換， 因為TLV320AIC3204 支持麥克風(fēng)輸入和立體聲輸入兩種模式,。
音頻編解碼芯片TLV320AIC3204 的I2S 接口與主芯片CC8520 相連接,，并根據(jù)本系統(tǒng)傳輸音頻的特點，在PurePath 無線適配器設(shè)置,，如圖3 所示,。
圖3 PurePath 無線適配器音頻接口設(shè)置
接口形式：選擇I2S;最大處理位數(shù)：選擇16 位。
在本設(shè)計中TLV320AIC3204 使用CC8520 的 MCLK作為自己的系統(tǒng)時鐘,，因此在時鐘源的選擇上使用“Internal with MCLK”,。選擇完成后，系統(tǒng) 自動生成控制指令,，不需用戶進行編程,。
CC8520 內(nèi)置了微控制器，因此系統(tǒng)不需要額外的微控制器,， 將芯片CC8520 通過I2C 接口與與TLV320AIC3204 連接,，對TLV320AIC3204 進行初始化和發(fā)送控制命令。
偏置電壓設(shè)置：音源的輸入在采用麥克風(fēng)輸入或立體聲輸時入,，需設(shè)置偏置電壓,。在硬件中，由R1和 R2 構(gòu)成偏置網(wǎng)絡(luò),；在PurePath 無線適配器“AudioDevice Customization”中進行設(shè)置,，根據(jù)查看數(shù)據(jù)手冊和本設(shè)計的特點，選擇2.5V 偏置電壓,，故在該設(shè)置框中輸入“W 51 05”,。
按鍵輸入：PurePath 無線適配器提供以下事件發(fā)生方式1.click 2.hold 3.repeat 4.click+repeat.這樣的好處是使設(shè)計者根據(jù)用戶的需求或者是產(chǎn)品的需要靈活地選擇按鍵樣式，比如推拉式,、觸發(fā)式,、自鎖式等。
本次設(shè)計中在發(fā)射端,，使用了三個按鍵,，分別是網(wǎng)絡(luò)配對鍵,、遠程音量控制+鍵、遠程音量控制-鍵,。網(wǎng)絡(luò)配對鍵采用“hold”方式,，即“按住”方式，音量控制鍵采用“hold+repeat”方式,，即“可按住可輕點”,。
網(wǎng)絡(luò)配對，音量+和-分別端接至CC8520 的CSN 端,、GIO1 端,、GIO3 端。這些均可在PurePath 無線適配器進行簡單的選擇,。
狀態(tài)燈提示：在PurePath 無線適配器中設(shè)置的狀態(tài)顯示方式,，在本設(shè)計中,，選擇閃爍為網(wǎng)絡(luò)配對進行,，常亮為配對完成，如圖4 所示,，為設(shè)置好的I/O 映射圖,。
圖4 設(shè)置完的CC8520 的I/O 端口映射圖,。
2.2 接收部分設(shè)計
無線音頻傳輸系統(tǒng)的接收端為固定形式,，與發(fā)送端相類似，由無線數(shù)字音頻芯片CC8520,、音頻編解碼芯片TLV320AIC3204,、射頻擴展芯片 CC2590，功率放大電路組成,，接收端的電路主體部分與接收端相似,，芯片CC8520 的I2C 接口與TLV320AIC3204 的I2C端連接，對其進行初始化和發(fā)送控制命令,。在PurePath無線適配器中選擇“Analog Output Slave（AIC3204）”作為接收端配置,。
音頻編解碼芯片TLV320AIC3204 的I2S 接口與主芯片CC8520 相連接，將接收到的模擬音頻信號進行A/D 轉(zhuǎn)換,、后置放大等一系列處理,，將數(shù)字音頻信號通過 1.送至功放從LOL、LOR 輸出 2.耳機或小型擴音設(shè)備從HPL,、HPR 輸出,。考慮到音頻編解碼芯片TLV320AIC3204 音頻放大作用有限,，故在LOL,、LOR模擬音頻信號輸出端設(shè)計放大器,，將音頻信號再次放大，以便于連接至功放設(shè)備,，原理如圖5 所示,，設(shè)計采用性價比較高的4558 功放芯片作為主體，由+,、-9伏電源進行供電,。放大后，通過卡儂接口,，可連接至功放進行進一步的放大處理,。
圖5 模擬信號放大電路原理圖。
3 系統(tǒng)配置流程
圖6 給出了在PurePath 無線配置器中的配置流程,，工程師可根據(jù)硬件電路的特點以及設(shè)計實現(xiàn)的功能進行配置,。定制方式，當設(shè)計者認為默認設(shè)置不滿足設(shè)計產(chǎn)品的要求,，如：需要更高級 的功能時,；需要改變外部音頻接口的形式時，比如原本音頻接口是I2s,，現(xiàn)在要以I2C 作為音頻傳輸接口,；降低設(shè)備功耗，關(guān)閉在默認設(shè)置中不需要的功能,。
圖6 設(shè)計配置流程圖,。
4 網(wǎng)絡(luò)拓補及設(shè)備識別
在建立網(wǎng)絡(luò)配對時，由發(fā)送端的CC8520 建立網(wǎng)絡(luò),，作為該網(wǎng)絡(luò)主機,，如圖7 所示。這里需要注意到的是,，該片CC8520 的設(shè)備ID 號就是所建立網(wǎng)絡(luò)的ID號,，因此需要自動固定配對時，需在PurePath 無線適配器“Netwok pairing”中“Default network ID”選項里將設(shè)備ID 號輸入,。設(shè)備ID 號是獨一無二的,，不能改變，這點與廠商ID 和產(chǎn)品ID 可自行定義不同,。
本設(shè)計中音頻發(fā)射端（主機）可掛接多個接收端（從機）,，其音頻數(shù)據(jù)流向、旁路數(shù)據(jù)通道,、建立網(wǎng)絡(luò)信號流如圖7 所示,。
PurePath 無線適配器提供兩種自定義設(shè)備識別方式：1）廠商ID 2）產(chǎn)品ID.廠商ID 作用是設(shè)備自動識別同一廠商生產(chǎn)的設(shè)備并進行網(wǎng)絡(luò)配對，當其他廠商也采用CC8520 系列產(chǎn)品時,，進行過濾,，不與之進行網(wǎng)絡(luò)配對,。產(chǎn)品ID 是同一家廠商有不同的 “CC8520”的產(chǎn)品時，比如：該廠商同時有無線耳機和無線話筒等產(chǎn)品時,，防止不同產(chǎn)品間產(chǎn)生配對串擾,。
圖7 網(wǎng)絡(luò)拓補結(jié)構(gòu)。
5 結(jié)束語
本文提出了基于TI 最新芯片CC8520 無線音頻傳輸系統(tǒng)的設(shè)計方案,，采用當今熱門的2.4GHz 無線技術(shù),，無需進行軟件開發(fā)，提高了系統(tǒng)的可靠性,。經(jīng)實際測試表明：可以有效地提高音質(zhì),，降低功耗，可持續(xù)使用22 小時,，傳輸距離130 米,，滿足設(shè)計要求，為設(shè)計無線音頻傳輸系統(tǒng)提供了一種新的思路,。