湯煒偉，孫新亞，吉吟東

    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。