基于MAXII的无线音箱解决方案

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传统的音箱使用时需要布线，安装和移动非常不方便。因此无线音箱方案应运而生，早期的无线音箱多采用红外、FM载波的方式调制。红外调制方向性要求高，更改方向影响接收效果。FM模拟调制抗干扰及保密性不好，并且会影响他人应用。针对这些问题，我们开发新型无线音箱产品，可实现立体声音乐的无线传输，无需布线、使用更灵活。该方案基于MAXII CPLD开发。MAXII EPM570是Altera的新一代CPLD芯片，性能是上一代的两倍、容量大了四倍、功耗只有原来的十分之一。该方案采用的是2.4GHz ISM频段FSK载波调制，抗干扰能力强、保密性好。
无线音箱包含发射和接收两个模块。发射模块将左右声道的音频信号经ADC按每通道44.1kHz/16bit采样，经基带处理芯片MAXII EPM570做压缩、汉明编码及数据打包后通过无线芯片调制发射。接收模块通过无线芯片接收到数字信号经基带处理芯片MAXII EPM570进行数据解包、纠错及解压缩处理，通过I2S界面发送到DAC驱动耳机或功率放大器。
左右声道的音频信号经ADC采样后的每秒数据量为44.1kHz×16bit×2=1.4112Mbps。而我们采用的是Micro Linear ML2724无线收发芯片是载波频率为2.4G FSK方式调制，最大传输速率1.536Mbps。由于无线通讯的特性导致，通讯时必须增加同步信息、纠错码、帧控制字等辅助位元。因此1.536Mbps的传输速率是不够的，这就要求增加音频数据压缩的功能。但传统的MCU处理速度低，无法满足要求，因此我们采用Altera的MAXII CPLD做基带处理芯片完成数据的快速处理。收发模块均采用单5V供电，全速工作时电流不到200mA。如果ADC和DAC采用3.3V的芯片，收发模块工作在3.3V条件下，功耗还可进一步降低。
发射模块应用的芯片主要有ADC、SRAM、CPLD、8位MCU、LDO、射频芯片ML2724。模块上电后，MCU对ML2724进行初始化操作，双声道音频信号通过A/D转换为I2S格式16bit/44.1kHz的数据流，基带处理芯片将数据作ADPCM压缩、汉明编码后存入SRAM中缓存。CPLD从SRAM中读出数据打包，NRZI编码后通过RF模块按1.5ms一帧的间隔发送出去。由于CPLD可以并行处理，上述操作同时进行，大大降低了音频信号的处理延时。发射模块逻辑框图见图1。





图1：发射模块逻辑框图
接收模块应用的芯片主要有DAC、SRAM、CPLD、8位MCU、LDO、射频芯片ML2724。射频信号通过RF模块接收后转为串行数字信号，发送到基带处理芯片。经位同步、NRZI解码、汉明纠错及解压缩处理后，缓存在SRAM中。从SRAM中取出数据经CPLD处理后转为I2S数据流送到DAC转换为音频信号。可以直接驱动耳机放音或送到音频放大器放大驱动音箱。还可用D类功放JAM2x020代替DAC和传统的A、B类功放。接收模块逻辑框图见图2。




图2：接收模块逻辑框图
本方案创造性地将CPLD应用于消费类音频处理产品中，充分发挥了MAXII CPLD速度快、功耗低、价格低廉的优势，代替传统音频基带处理芯片。我们在基带处理完成了ADPCM压缩、汉明编解码、I2S数据转换、SRAM的读写及NRZI码的编解码等。要完成这些功能在传统的CPLD中是很难想象的。
方案中还采用优质的ML2724单片集成收发芯片硬件方面保证传输距离、抗干扰能力，且有40个频道可供选择。高达8位地址编码，有256种编码选择收发模块只有地址码相同才能正确解码，提高保密性，降低相邻模块干扰的风险。应用NRZI编码和前向纠错方法在软件方面增强抗干扰能力并提高通讯质量。该方案可以实现一对一或一对多的传输形式实现准CD音质的无线传送，可广泛用于环绕立体声音箱，便携PC音箱及婴儿监护等产品中。