基于VMR6512的高品质无线音频转发器设计

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无线FM音频转发器可以将音频信号调制成高频信号，在一定距离内用调频收音机进行接收。无线音频转发器被大量地应用于无线耳机、车载MP3转发器、会议广播、楼宇及公园广播等地方。最简单的无线音频转发器可以只用一个三极管构成，如下图所示：


  
图一 单管音频FM转发器
上图采用1只三极管9018构成振荡器。音频信号从三极管基极输入，利用b-E结的变容二极管特性实现调频。该电路虽然简单，但音质很差，振荡电路稳定性非常不好，电压的改变，人体或金属物在天线附近出现都会改变振荡频率从而导致接收端的不稳定。而且该电路只能传送单声道的音频，使用者无法聆听到高品质的立体声音乐。
复杂一些的立体声转发器采用集成电路，最常用的是RoHM公司的bA1404。该电路集内部集成了立体声编码器，可以产生19kHz的立体声导频信号随音频一起发射。如果收音机有立体声解码功能就能解调出立体声音乐了。bA1404的应用电路如下图所示：


  
图二  bA1404应用电路
与单管的转发器比较，bA1404不仅可以传送立体声信号，而且音质也有了明显提高，但是分离度、频响等指标仍然不是很理想，bA1404的音质距离欣赏高质量音乐仍然有相当大的差距。由于bA1404内部采用的仍然是LC振荡器，因此频率的稳定性仍然不够好，容易产生频漂的现象。现在市面上有相当多的采用bA1404的车载音频转发器或者无线耳机成品出售。
    要打造出广播级的音质，并且频率又非常稳定的FM无线转发器，则需要采用数字音频预处理以及频率合成等复杂技术。由于成本和复杂程度等原因，这些技术通常都只用在广播电台，而普通用户很难接受。
那是不是高稳定度、Hi-Fi音质的音频转发器就与普通用户无缘了呢？北京瑞宇飞科技有限公司开发的无线音频转发模块VMR6512很好地解决了成本与音质和频率稳定度之间的矛盾，让所有的人都能以很低的成本享受到广播级别的音质。
下图是VMR6512无线音频调制模块的内部框图。


  
图三  VMR6512 无线音频转发器框图
                          
                       
                          
                               

VMR6512无线音频转发模块具有以下特点：

   
• ? 广播级的音质
     
• ? 全集成封装，无需任何外部元件即可工作
     
• ? 音频采用DSP进行处理，为高音质提供了保证
     
• ? 采用频率合成技术，振荡频率高度稳定
     
• ? 输出功率可调，最高可达115dbuV
     
• ? 频率范围88.0MHz-108.0MHz，低端可根据要求扩展到76.0MHz
     
• ? 可输入模拟音频或数字音频
     
• ? 具备外部UART接口，可用外部CPU或PC机方便地进行控制
     
• ? 提供频率设置UP/DOWN输入，方便独立使用
  

该模块可应用于：

   
• ? Hi-Fi无线耳机
     
• ? 车载MP3音频转发器
     
• ? 无线话筒
     
• ? 会议广播系统
     
• ? 楼宇音乐播放
     
• ? 公园音乐播放
     
• ? 视听娱乐设备附件
     
• ? 校园广播电台
  

    VMR6512内部由一个CPU对整个模块进行控制。外部处理器可以通过UART串口与模块进行通信，对模块的频率、发射功率、接口模式等进行设置。此外，模块还提供了UP和DOWN两个引脚，以便在没有外部CPU或控制串口的情况下进行频率调整。模块默认上电发射频率是100.0MHz，UP或者DOWN引脚上每给一个低电平脉冲，则发射频率升高或者降低0.1MHz。如果在这两个引脚上连续保持低电平，则发射频率每0.3秒改变一次。
音频信号接口可以是普通的模拟音频输入，也可以是数字音频输入。模拟音频首先经过音频A/D转换器转换成数字信号再进入DSP进行处理。数字音频提供了常用的I2S，left-justified和DSP等三种接口模式，几乎能够与所有的codec或者DSP进行无缝连接。
    音频信号数字化之后，DSP会对信号进行滤波、预加重、导频产生等一系列处理。由于是在数字域进行处理，因此具备了模拟电路无法企及的优势，为高音质提供了前提保障。
    模块内还集成了自动增益控制（AGC）功能，当输入音频超过一定阈值，AGC会自动将音频信号进行衰减避免失真的出现。而当音频信号低于某一阈值，AGC电路又会将音频信号进行一定程度的放大，从而保证了接收端始终有合适的音量输出。
    经过DSP处理之后的信号再经过D/A转换，送入高频调制器进行FM调制。高频信号通过频率合成的方式产生，频率可以以10KHz的步进进行调整，频率范围从88.0MHz-108MHz连续可调，若有特殊需要还可以扩展至76.0-108.0MHz。FM调制信号的频偏也可以进行精确调整，不过通常不建议用户自己进行设置。输出FM信号的功率最大为115dbuV，空旷地带传输距离可达五六十米。
下图是VMR6512的外形及引脚：


   
图四  VMR6512模块外形及引脚说明
    VMR6512模块的外形尺寸仅为25mmx15mmx3.8mm（长x宽x高），可以方便地嵌入无线耳机和车载MP3音频转发器等小型设备中。
    下图是VMR6512的元件符号及引脚说明：



图五  VMR6512元件符号
表一  VMR6512引脚说明


            
            Pin No.
            
            
            Name
            
            
            Description
            
        
        
            
            1
            
            
            RST
            
            
            Reset, 高电平将模块复位
            
        
        
            
            2
            
            
            RXD
            
            
            控制串口输入RX
            
        
        
            
            3
            
            
            TXD
            
            
            控制串口输出TX
            
        
        
            
            4
            
            
            DIN
            
            
            数字音频数据输入
            
        
        
            
            5
            
            
            DFS
            
            
            数字音频帧同步信号输入
            
        
        
            
            6
            
            
            DCLK
            
            
            数字音频时钟信号输入
            
        
        
            
            7
            
            
            RIN
            
            
            模拟音频右输入
            
        
        
            
            8
            
            
            LIN
            
            
            模拟音频左输入
            
        
        
            
            9
            
            
            GND
            
            
            Ground
            
        
        
            
            10
            
            
            RFOUT
            
            
            射频输出
            
        
        
            
            11
            
            
            GND
            
            
            Ground
            
        
        
            
            12
            
            
            NC
            
            
            -
            
        
        
            
            13
            
            
            NC
            
            
            -
            
        
        
            
            14
            
            
            DOWN
            
            
            频率降低输入，每个低电平脉冲输出频率降低0.1MHz，连续低电平以0.3秒频率重复。
            
        
        
            
            15
            
            
            UP
            
            
            频率升高输入，每个低电平脉冲输出频率升高0.1MHz，连续低电平以0.5秒频率重复
            
        
        
            
            16
            
            
            D/A
            
            
            音频输入接口数字/模拟选择
            
        
        
            
            17
            
            
            NC
            
            
            -
            
        
        
            
            18
            
            
            VCC
            
            
            电源输入，2.7-3.3V
            
        



                          
                       
                          
                               




表二  VMR6512的相关参数


            
            符号
            
            
            参数说明
            
            
            值
            
        
        
            
            Vcc
            
            
            电源电压
            
            
            2.7-3.6V
            
        
        
            
            Ic
            
            
            工作电流（最大）
            
            
            32mA
            
        
        
            
            Fr
            
            
            FM发射频率
            
            
            88.0-108.0MHz
            
        
        
            
            Fon
            
            
            上电缺省频率
            
            
            100.0MHz
            
        
        
            
            Pmax
            
            
            最大射频功率
            
            
            115dbuV
            
        
        
            
            Ss
            
            
            立体声分离度
            
            
            35db
            
        
        
            
            SCR
            
            
            付载频抑制
            
            
            50db
            
        
        
            
            Afl
            
            
            滤波器-3db低端
            
            
            25Hz
            
        
        
            
            Afh
            
            
            滤波器-3db高端
            
            
            16kHz
            
        
        
            
            Fm
            
            
            调制频偏
            
            
            68.25KHz
            
        
        
            
            Rf
            
            
            音频响应平坦度（30Hz-15KHz）
            
            
            ±1.5db
            
        
        
            
            Rin
            
            
            输入阻抗
            
            
            56kOhm
            
        
        
            
            Vain
            
            
            音频输入幅值
            
            
            350mVp-p
            
        

下图是VMR6512的参考设计电路图：



图六  VMR6512参考设计电路
    上图的参考设计是基于VMR6512独立工作模式的设计。其中S1和S2分别用于调整频率升高和降低。S3用于整个模块的Reset。天线采用75cm长度的导线会获得比较好的效果。
    当然也可以利用单片机或者PC机来对VMP6512进行控制，并且驳接数字信号，这样能进一步提高转发器的灵活程度并获得更高的音质。如何通过串口对VMR6512进行控制本文不再赘述。
    通常情况下VMR6512的发射距离在空旷地带可以达到五六十米以上（视天线和收音机灵敏度而定），足以满足大多数需求。在一些特殊的应用中如果需要传输更远的距离，可以用VMR6512配合北京瑞宇飞科技有限公司的另一产品——VMR6700高频功率放大器将发射距离延长到1.5公里以上。当然这需要取得相关部门的许可。
    VM系列模块采用耐高温的材料进行封装，因此可以采用回流焊进行焊接。在业余条件下用电烙铁焊接也是非常方便的。准备一把尖头烙铁和一些细焊锡丝（1mm以下最佳）。先在焊盘上涂上一些助焊剂，然后将模块放到准确的位置，使模块上的引脚与焊盘一一对应好。将焊锡丝放入半孔缺口，用烙铁轻轻触碰焊锡丝，很快焊锡就会融化并且将模块的半孔焊盘与底板的焊盘牢固地焊接在一起。焊接的操作如下图所示：



图七  VM系列模块的手工焊接