专有2.4-GHz的无线音频设计方案

1.引言
市场对更大移动性的需求导致传统有线音频娱乐产品向无线迁移。由于产品制造商希望切断娱乐电子离心机转子产品的电源线,工程师在保持电池供电无线音频设计的信号范围、音质和最长播放时间方面面临着重大挑战。为满足这些要求,工程师可以利用来自多家制造商的大量可用产品,包括(按字母顺序)Analog Devices、Cirrus LogicCSR、飞思卡尔半导体凌力尔特技术、Linx Technologies、Maxim Integrated Products、Microchip Technology、NXP Semiconductors、Quickfilter Technologies 和Texas Instruments等。
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在典型的无线娱乐系统(图 1)中,源信号通过带有可选范围扩展器的无线射频接口传输到播放器系统,例如立体声耳机或扬声器。在播放器内,相应的无线射频接口接收信号以供编解码器、音频处理器或 DSP 处理,以创建驱动到扬声器的最终模拟信号。一个适当的电源,通常包括一个电池和充电管理电路,完成了系统。
图 1:典型的无线音频系统依赖于发射器和接收器之间可靠的无线通信包装箱制作,以及接收端的高效音频处理。(德州仪器提供。)
在创建无线娱乐设计时,工程师面临着无线通信和音频处理方面的特殊挑战。具有高吞吐量和信号完整性的可靠射频通信对于确保用户即使在距离音频源的扩展范围内也能获得不
间断的音频体验至关重要。同时,强大的音频信号处理对于保持音频保真度和提供市场预期的音频功能范围至关重要。针对每个子系统的可用集成解决方案可以帮助工程师满足这些要求,同时降低设计复杂性和成本。
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遗留问题、市场接受度和未授权带宽的可用性通常会推动无线电通信频率的选择。同时,满足增加操作范围和延长电池寿命的要求为有用频段设置了界限。
对增加功率的需求是对更远距离操作的渴望的自然结果,但射频波长的选择在平衡范围和功率方面起着至关重要的作用。射频波长和范围之间的关系在 Friis 传输方程中进行了描述:
其中
Pt = 发射功率
Pr = 接收功率
Gt = 发射器天线增益
Gr = 接收器天线增益
λ = 波长
d = 发射器和接收器之间的距离
对于统一参数,距离成为波长的简单线性函数,因此更长波长的无线电通信等同于更大的范围。当然,更长的波段面临着包括干扰和有效载荷带宽在内的问题。在这种情况下,2.4 GHz ISM 频段在实际范围限制和有用带宽之间提供了良好的平衡。
2.4 GHz 解决方案的吸引力在于它们能够以低功耗提供有用的有效范围,以及它们的全球可用性。在蓝牙等标准中使用的基于跳频扩频 (FHSS) 的 2.4 GHz 设计具有在高度活跃的无线电环境中相对不受干扰信号影响的优势。与较低的 ISM 频段相比,这些系统还提供
足够的数据带宽,以允许高质量立体声的数字传输,后者通常仅限于模拟或较低数据速率的数字音频。
蓝牙标准工作频率为 2.4 GHz,非常适合消费者的连接要求。它的广泛使用使得基于蓝牙的无线音频播放器很可能会到兼容的音频主机,例如计算机、笔记本电脑、平板电脑和智能手机。但是,使用蓝牙需要使用经典蓝牙或蓝牙智能就绪设备支持的数据吞吐率,这些设备以双模式运行,同时支持经典蓝牙和低带宽蓝牙低功耗 (LE)。低功耗蓝牙旨在提供来自低功耗设备的短暂数据突发,并非旨在提供经典蓝牙支持和无线数字音频所需的那种持续数据流。
工程师可以通过在嵌入式处理器(例如 Freescale Semiconductor KineTIs系列、Microchip Technology PIC24系列和 Texas Instruments Stellaris系列等)上运行适当配置的蓝牙软件堆栈来实施经典蓝牙。这种嵌入式软件方法提供各种蓝牙服务,包括高级音频分发规范 (A2DP),它提供了流式立体声音频的标准。在大多数经典蓝牙设备中,A2DP 是一种熟悉的选项,它提供的音频被大多数听众认为是心理声学上可接受的。

本文发布于:2024-09-23 02:19:41,感谢您对本站的认可!

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