基于nRF24Z1的CD音质无线数字音频传输系统
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:
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。
(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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