關鍵詞： nRF24Z1 , 傳輸系統 , 模擬音頻 , 無線數字

當前，隨著居住和辦公環境空間的增長，音頻的布線在大型會議室、汽車等場所越來越難以實現，成本越來越高，迫切需要無線傳輸高質量的音頻。CD音質音頻的傳輸速率就達到1.5Mbps以上，因此對無線系統提出了更高的帶寬和距離要求。
ISM 2.4GHz (Industrial Scientific Medical 2.4GHz-2.4835GHz)頻段是全球開放的公用頻段，具有高帶寬和低成本實現的優勢。選用具備高帶寬特點的ISM2.4GHz的傳輸系統更能適應CD音質音頻的傳輸。而2.4GHz的其他系統，如監牙、WLAN等存在成本過高或距離受限等缺點，所以本系統使用了專用的ISM音頻無線收發芯片nRF24Z1。nRF24Z1提供了標準的工業音頻I2S接口以及S／PDIF數字音頻接口，使得音頻的傳輸成本大大降低。而且通信速率高達4Mbps，實際數據傳輸率為1.536Mbps，保證了48kbps采樣率16bit采樣的音頻無損傳輸。

1 芯片介紹

nRF24Z1是挪威Nordic公司推出的CD音質無線數字音頻傳輸收發芯片，工作于ISM 2.4GHz頻段。該芯片最大輸出功率為+0dBm，接收靈敏度為-83dBm。片內集成了PLL、時鐘控制和恢復模塊、TDM QoS模塊、GFSK模塊、I2C接口、SPI接口，RF的LNA和PA等等，并且片內集成了I2S和S／PDIF兩種工業音頻標準接口。I2S接口可以與各種音頻A／D、D／A直接相連，S／PDIF則可以與各種環繞立體聲設備直接相連。

芯片的射頻工作方式是GFSK，高斯頻率偏移鍵控，在點對點的無線通信中，這種方式被廣泛采用，誤碼率較低。

為保證通信低誤碼率，芯片還采用了QoS的服務質量策略。策略包括雙向通信機制和應答策略(時分雙工)、數據完整性策略和CRC檢錯、自適應跳頻、掉線搜索重連策略。

雙向通信機制和應答策略可見圖1，ATX到ARX的通信為音頻信道，而ARX到ATX的通信是控制信道。控制信道的信息包括同送信息、寄存器信息以及管腳狀態信息等。

 

QoS部分包括數據完整性策略和CRC檢錯，完全通過硬件實現，在音頻信道發送的幀里面包括多個包，每個包由RF地址、有效音頻數據、若干CRC位組成，當接收端收到的Packel的CRC得到檢驗后，將會通過控制信道給ATX回送信息。若CRC檢驗不正確，則發送端將不正確的一個或若干個包在下一個幀內重傳。

自適應跳頻是抗干擾的重要手段，本文2.4節中有詳細論述。

掉線搜索重連是保障連接可靠性的措施，當連接丟失時發射器自動按照射頻圖案搜索，每個頻道卜搜索一段時間，同理接收器也在每個頻道上監聽，一旦建立連接則鎖定該頻道，同時依次按跳頻圖案順序跳頻。

芯片的初始配置町以由EEPROM或者MCU通過SPI、I2C接口完成。芯片處于發送模式還是接收模式南MODE管腳電平決定。

nRF24Zl采用QFN36封裝，全部管腳列表可以參考芯片文檔，與操作芯片相關的管腳如表1所示。

 

2 系統組成

2.1 系統組成圖

本系統保證數字／模擬音頻的“透明”無線傳輸，即接收板輸出到音箱／耳機等的音頻信號和音源輸人到發射板的音頻信號相比無失真。對于數字音頻，為滿足S／PDIF標準的串行數字信號；對于模擬音頻，為雙聲道模擬信號。

本系統組成主要由nRF24Zl、AD／DA、MCU、RFPA等組成，發送端組成如圖2。

 

接收端組成圖如圖3。

 

2.2 系統說明

本系統一路模擬音源從AD采樣得來，通過I2S音頻接門傳輸到nRF24Z1進行發送，接收端的nRF24Z1收到音頻數據后時鐘恢復出MCLK(I2S的主時鐘)，同時進行音頻的D／A轉換和放大，最后通過揚聲器輸出。

另一路數字音源通過DVD／CD機的同軸／光纖接口取出，并通過S／PDIF音頻接口傳輸到nRF24Z1發送，接收端的nRF24Z1收到音頻數據后將音頻傳輸到5.1數字功放音箱。這兩路都是實現音頻的無損“透明”傳輸。

圖2和圖3中的BALUN結構是射頻的雙端轉單端網絡轉換結構，由電容電感組成。因為天線是單端，nRF24Z1的射頻接口是雙端平衡輸入或者輸出，所以需要轉換。

射頻放大器(RF PA)的作用是能使發射端在處于發射狀態時具有較大發射功率，實現較遠的傳輸距離。各部分的工作方式由各自的VDD_PA信號決定。以接收端為例(如圖3)，當處于接收音頻數據時，VDD_PA為低電平，它控制兩個RF Switch都扳到下部，RF信號通過傳輸線直接進入nRF24Z1；當處于回送控制數據和寄存器信息時，VDD_PA為高電平，兩個RF Switch都扳到上部，同時啟動RF PA，以較大的功率發送，實現較遠的發射距離。

發送端工作方式類似。一般情況下，接收端和發送端的PA是交替打開和關閉的。

2.3 系統配置和工作流程

系統配置方法和系統的工作流程如圖4。