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一种无线语音传输系统设计方案

时间:08-28 来源:西安电子科技大学通信工程学院(710071) 陈红梅 陈健 点击:
3系统的硬件连接

接收/发射机应满足便携式电池供电设备的一些基本要求,才能适用于无线RF应用。这些基本要求为:方案成本低,体积小,低功耗,符合电池供电要求,集成度高,无需微调外部元件,外围元件极少,加工更容易,数据传输率高,传输时间更短,接口简单,可以与廉价的单片机接口。本文所设计的无线集群语音传输系统由单片射频收发芯片nRF401、微控制器MSP430F1121、TLV320AIC10、EPM7128S等芯片组成。其系统的硬件连接如图2所示。


MSP430F1121是TI公司生产的超低功耗微控制器,具有16位RISC|0">RISC结构,16位CPU寄存器和常数寄存器,4KB ROM,256B FLASH,256B RAM,指令周期时间125ns,超低工作电压(1.8V-3.6V),超低功率消耗(1.3uA-160uA),具有5种省电模式,可串行在线编程,程序代码由加密熔丝保护。从图中可以看出,微控制器是系统的"主管",负责运行协议、控制nRF401的收发状态, 完成编解码,并运行系统的应用软件和硬件,从而节约成本和空间。电路中E2PROM用于存放发射频率跳变的顺序和编码数据,RAM用于存放需微控制器处理的数据。采用1.5V电池供电,由于系统供电为3V,因此由一个DC/DC变换器完成电源的转换,为了避免DC/DC转换电源的噪声对通信造成影响,采用 LC滤波。

nRF401是接收发射合一芯片,即可以接收数据也可以发射数据,工作方式为半双工。因此该电路即是发射电路也是接收电路。在有键按下时为发射状态,话音信号经TLV320AIC10做A/D变换后,在MSP430F1121的控制下将数据送给nRF401,将其发射出去。无按键按下时为接收状态。

芯片使用时,首先通过微控制器对芯片内部寄存器进行设置,设定工作频率、发射功率等参数;进入正常工作状态后,通过微控制器根据需要进行收发转换控制、发送/接收数据或进行状态转换。工作模式如表3 所示。

表3 工作模式设置

EPM7128S用来提供整个系统需要的组合逻辑。它属于MAX7000系列,是Altera公司的基于第二代MAX结构的CPLD。它提供多达5000 个可用门和在系统编程,其引脚到引脚延时快达6ns。可以容纳各种各样的,独立的组合逻辑和时序逻辑功能。EPM7128S有2个工作电压,核电压为 5V,I/O工作电压可设为5V或3.3V。设为3.3V时,其输入耐5V,而输出为3.3V TTL电平(所有的驱动器均能配置在3.3V和5V,允许用于混合电压系统中)。EPM7128S的优点是它基于E2PROM,可以通过JTAG口进行在线编程,设计者可将设计内容从PC机上通过下载电缆和JTAG口对EPM7128S进行任意次修改。在这里使用EPM7128S是为电路提供组合逻辑以映射空间。它有多达100个I/O引脚可供编程使用,方便系统扩展存储空间和外设。

程序设计时应注意的问题是:nRF401的通讯速率最高为22Kbit/s;接收模式转换为发射模式的转换时间至少1ms;可以发送任意长度的数据;发射模式转换为接收模式的转换时间至少为3ms。在待机模式时,电路进入待机状态,电路不接收和发射数据。在低功耗模式时,电路进入不了工作状态,电路不接收和发射数据。待机模式和低功耗模式转换为发射模式的转换时间至少为3ms;待机模式和低功耗模式转换为接收模式的转换时间至少2ms。

4 混合信号PCB设计注意问题

一个好的印制电路板(PCB)设计对于获得好的RF性能是必需的,本系统用两层板来设计。由于nRF401外围元件少,是目前集成度最高的RF收发芯片并集成了基带处理,设计比较方便,但是实际由于高频电路的特性,工作频率较高(UHF),且nRF401 PCB设计是混合信号电路设计,尽管nRF401已经大大简化了射频电路设计及要求,设计时仍然需要十分的注意。一般来说有以下原则需要遵循: 布线时不能只考虑线能否布通,如果PCB布线布局不合理,可能会大大影响性能和通信距离,这是RF电路设计的特点决定的。因此将PCB分为射频电路和控制电路两部分布置。PCB使用双面板,分为元件面和底面。底面有一个连续的接地面,元件面的接地面保证元件充分接地,大量的通孔链接元件面的接地面和底面的接地面。 合适的零件布局。射频电路的元件面以nRF401为中心,各元件紧靠其周围,尽可能减少分布参数的影响。需要说明的是VCO电感的布局是非常重要的,一个经过优化的VCO电感布局将可以给PLL环路滤波器提供一个合适的电压。匹配网络的元器件最好靠近nRF401的ANT1和ANT2,以减小杂散电感和杂散电容。 将PCB分区为独立的模拟部分和数字部分。在电路板的所有层中,数字信号只能在电路板的数字部分布线,模拟信号只能

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