数字对讲机工作原理及数字对讲机关键器件的构成

方案一 以单片机为核心处理器的DMR对讲机方案(MSP430F149+AMBE1000)

1.工作原理

发射时，由麦克送来的模拟语音经CSP1027进行A/D转换，由声码器AMBE1000进行语音压缩,交单片机MSP430F149进行协议填充组帧, 送到CC1101进行调制后发射。接收时，由CC1101解调出来的码流经MSP430F149进行帧恢复,交由声码器进行解压,数据经CSP1027进 行D/A转换为模拟语音信号。

2.关键器件

微控制器采用TI公司的MSP430F149,它是16位超低功耗、混合信号微控制器,采用"冯•诺依曼"结构,可用JTAG(一种标准测试接口)进行仿真调试。

芯片的电源电压为(1.8～3.6)V，在RAM数据保持方式下耗电仅0.1uA，活动模式耗电250 uA/MIPS(每秒百万条指令数)。运算时由于本单片机采用16位RISC(精简指令集计算机)，一个时钟周期可以执行一条指令,而传统的单片机要12 个时钟周期才执行一条指令。工作在8MHz的晶振频率时,指令速度可达8MIPS，而同样这个指令速度,16位处理器比8位处理器高远不止两倍。

概述

声码器AMBE1000在国内已有产品,价格比较合理。CC1101的灵敏度为-116dBm(1.2kbps，1%数据包误码率,工作在433MHz 时)，与国内的对讲机可用灵敏度-120dBm相比偏低,但符合欧盟的CE标准规定小于-107dBm。另外，射频模块的功率输出仅 12dBm(16mW)，所以本方案仅适用短距离范围的通信。提高灵敏度可考虑用器件ADF7021作为射频模块。

方案二 以DSP+MCU为核心处理器的对讲机方案

1.工作原理

方案以MSP430为中心系统来完成数据的收、发控制等工作，系统采用MSP430中 USART模块的SPI同步通信模式。在接收过程中，首先接收来自射频芯片的FSK数据，解调后由MSP430将数据帧的同步域、尾域、ID域以及命令字 节去除后,数据发至C5402进行去压缩处理,数据交AIC23进行D/A转换为语音信号。在发送过程中,首先由AIC23进行A/D转换，数据交 C5402将语音压缩,再由微控制器MSP430进行协议填充,加上头域、尾域、ID域以及命令字节形成数据帧,然后控制射频模块将数据发送。

2.关键器件

TMS320C5402是TI公司于1996年推出的一种定点DSP芯片，采用先进的修正哈佛结构和8总线结构，使处理器的性能大大提高。其独立的程序和 数据总线允许同时访问程序存储器和数据存储器，实现高速并行操作。如,可以在一条指令中同时执行3次读操作和1次写操作。TMS320C5402的运行速 度为40MIPS，指令周期为25ns。此外，还可以在数据总线与程序总线之间相互传送数据。从而使处理器具有单个周期内同时执行算术运算、逻辑运算、位 移操作、乘法累加运算以及访问程序、数据存储等强大功能。

概述

采用DSP方案时，免去选用语音芯片声码器的烦恼,提高了数字对讲机对语音处理的能力，可让语音编码的算法尽量优化,从而使对讲机语音信号的处理更具通用 性和扩展性。本方案是以DSP为开发平台,经过连续可变斜率增量(CVSD)调制编解码得到语音信号的清晰度和自然度好，但软件开发工作量大。 CC1000不支持4FSK调制与解调,本方案不适用于DMR与dPMR协议。另外CC1000的接收可用灵敏度为-110dBm,国内对讲机厂家可能嫌 低。

方案三 以单片机为核心处理器的dPMR对讲机方案(CMX618+CMX7141）

1.工作原理

发射时，麦克送来的模拟语音经CMX618内部进行增益调节,A/D转换和压缩处理,然后通过SPI(串行外围设备接口)进入CMX7141基带处理器， 在微控制器LPC2138的控制和管理下经CMX7141芯片内部进行信道编码，dPMR协议栈打包,数字滤波以及4FSK调制，调制编码后的语音数据经 CMX7141芯片的MOD1/2管脚分别输出给外部的发射VCO和压控温补参考时钟，经两点调制输出射频载波给发射功放，并到天线输出。

接收时，CMX7141对基于超外差射频接收模块送来的4FSK解调信号在微控制器LPC2138的控制和管理下进行4FSK解调，dPMR拆包，信道解码，最终得到语音编码数据，经SPI串口送给CMX618进行语音解压缩并恢复语音信号。

2.关键器件

语音编解码片CMX618是CML微电子(新加坡)私人有限公司的产品,芯片由音频压缩/解压器、RALCWI编解码器、前向纠错编解码器和其他特殊功能模块几部分组成。

RALCWI是一种鲁棒的先进的复杂性波形插入技术,与其他语音编解码技术不同，它使用独有的信号分解和参数编码方法，可确保在较高的压缩率下有较好的语音质量。

在声码器中，采用RALCWI技术实现的语音质量与编码速率在4kbps以上的标准声码器话音质量相当。

概述

本方案优点是开发时的灵活性高，模拟与数字可双模设计，且同一个硬件开发平台能满足不同的数字对讲