車載無(wú)線射頻耳機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

　　隨著家用轎車的普及，人們?cè)谲噧?nèi)的時(shí)間明顯增加，車內(nèi)通話不可避免。為了行車安全，藍(lán)牙免提通話是一個(gè)很好的解決方案，車載藍(lán)牙系統(tǒng)因此得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。但考慮到用戶隱私要求。有時(shí)私密通話還是需要的。對(duì)于一些經(jīng)常開(kāi)車但又偏愛(ài)耳機(jī)的用戶，藍(lán)牙耳機(jī)并不是一個(gè)完美的解決方案。因?yàn)槟壳笆袌?chǎng)上的藍(lán)牙手機(jī)大部分都不能支持同時(shí)連接兩個(gè)藍(lán)牙免提設(shè)備，即手機(jī)通過(guò)藍(lán)牙免提協(xié)議同時(shí)連接藍(lán)牙耳機(jī)及車載藍(lán)牙設(shè)備。

　　因此，對(duì)于車載應(yīng)用的這種特殊場(chǎng)景。車載無(wú)線射頻耳機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)很好的解決方案。現(xiàn)有的耳機(jī)都不能和音響互動(dòng)，尤其是行車時(shí)既聽(tīng)音響又用耳機(jī)接電話，對(duì)行車安全更加不利。在使用車載藍(lán)牙免提電話進(jìn)行通話的過(guò)程中，在射頻耳機(jī)離開(kāi)機(jī)座后，通話的語(yǔ)音即轉(zhuǎn)移到耳機(jī)上，車內(nèi)揚(yáng)聲器不再發(fā)聲。當(dāng)通話結(jié)束后，可使用方向盤按鍵或車載電話操作界面掛斷電話。但在將耳機(jī)放回機(jī)座之前。車輛的音頻還會(huì)從耳機(jī)輸出。當(dāng)用戶放回耳機(jī)后。音頻恢復(fù)從原有揚(yáng)聲器上輸出。

　　文中將詳細(xì)討論該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、功能特點(diǎn)。

　　1 射頻技術(shù)

　　文中介紹的車載無(wú)線射頻耳機(jī)系統(tǒng)，使用了無(wú)線射頻技術(shù)，在介紹該方案之前，先將文中涉及的無(wú)線射頻技術(shù)做個(gè)說(shuō)明。

　　射頻(Radio Frequency,RF)，表示可以輻射到空間的電磁頻率，頻率范圍在300 kHz~30 GHz之間。射頻其實(shí)質(zhì)就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波的簡(jiǎn)稱。每秒變化小于l000次的交流電稱為低頻電流，大于10000次的稱為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流。射頻技術(shù)作為新一代短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)，具有體積小、功耗低、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。并且適合組成小型的通信局域網(wǎng)，因而在工業(yè)、民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用與研究。

　　近些年來(lái)。無(wú)線通信技術(shù)大踏步發(fā)展的同時(shí)，大規(guī)模集成電路、數(shù)字技術(shù)以及電路系統(tǒng)的制作工藝和水平也在日趨成熟。這就使得無(wú)線通信系統(tǒng)的大部分功能都可以集成到一小塊芯片的內(nèi)部。以短距離無(wú)線通信系統(tǒng)為例。只需要使用短距離無(wú)線射頻收發(fā)芯片。再配上具有控制功能的微控制器和少量的外圍器件即可構(gòu)成具有無(wú)線傳輸功能的通信模塊。

　　在這種小型系統(tǒng)中，電容、電感、晶體振蕩器等器件都已經(jīng)集成在芯片內(nèi)部，具有很好的通用性，并且其抗干擾能力較強(qiáng)。不易受到環(huán)境變化的影響。射頻收發(fā)芯片可以采用以FSK調(diào)制方式為基礎(chǔ)的各種調(diào)制方式。一般工作在ISM公用頻段，不用進(jìn)行通信頻道的額外申請(qǐng)，操作簡(jiǎn)單方便。

　　在通信模塊內(nèi)部，已經(jīng)含有了一般均會(huì)含有的傳輸數(shù)據(jù)必須的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議或用來(lái)增強(qiáng)保密性的加密協(xié)議，并會(huì)盡量使其應(yīng)用起來(lái)簡(jiǎn)單、透明。發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)可以通過(guò)軟件設(shè)置完成，這也就降低了用戶對(duì)無(wú)線通信原理和工作機(jī)制掌握程度的要求，使得應(yīng)用過(guò)程變得更加容易?？傮w來(lái)說(shuō)，用戶只要依據(jù)命令字對(duì)具體的控制寄存器進(jìn)行操作即可實(shí)現(xiàn)基本的無(wú)線傳輸功能。

　　此類型的短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)體積小、功耗低、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)，而且開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單快速，維護(hù)保養(yǎng)方便，并且可以嵌入到其他各種設(shè)備中。實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的無(wú)線連接。完成不同的功能融合。

　　由于不同公司不同型號(hào)的無(wú)線收發(fā)芯片種類和數(shù)量都比較多，因而無(wú)線收發(fā)芯片的選擇在設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的。正確的選擇可減小開(kāi)發(fā)難度、縮短開(kāi)發(fā)周期、降低成本、更快地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。選擇無(wú)線收發(fā)芯片時(shí)需要考慮以下幾點(diǎn)因素：功耗、發(fā)射功率、接收靈敏度、收發(fā)芯片所需的外圍元器件數(shù)量、芯片成本等。

　　該方案采用耵的CC85XX器件系列，它能提供強(qiáng)大的、高品質(zhì)、短距離的2.4 GHz無(wú)線數(shù)字音頻流的低成本單芯片解決方案。兩個(gè)或多個(gè)設(shè)備形成PurePath無(wú)線音頻網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)采取謹(jǐn)慎措施，確保了該音頻網(wǎng)絡(luò)可在不同的環(huán)境下提供無(wú)間隙和強(qiáng)大的音頻流，它可以與現(xiàn)有的無(wú)線技術(shù)。在擁擠的2.4 GHzISM頻段友好共存。

　　只需要將CC85XX連接到外部音頻源或信宿(例如：音頻編解碼器，S/PDIF接口或D類放大器)和幾個(gè)按鈕，開(kāi)關(guān)或LED用于人機(jī)交互，不做任何軟件開(kāi)發(fā)即可以實(shí)現(xiàn)大多數(shù)應(yīng)用。外部音頻設(shè)備的控制是I2C或以G10為基礎(chǔ)。包含本地或遠(yuǎn)程音量控制。先進(jìn)的應(yīng)用可以直接連接主機(jī)處理器或DSP與CC85XX及流音頻，同時(shí)也能控制設(shè)備及音頻網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的各個(gè)方面口。

　　2 具體方案

　　該車載無(wú)線射頻耳機(jī)系統(tǒng)與車載收音機(jī)相連，截?cái)嗍找魴C(jī)至前門的兩路音頻輸出(因?yàn)殡娫捳Z(yǔ)音輸出只占用這兩路)，在內(nèi)部通過(guò)開(kāi)關(guān)對(duì)音頻輸出方向進(jìn)行控制。車載無(wú)線射頻耳機(jī)系統(tǒng)會(huì)連接射頻天線，實(shí)現(xiàn)通過(guò)射頻信號(hào)傳輸音頻的功能。具體參見(jiàn)圖1系統(tǒng)架構(gòu)圖。

　　圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

　　車載無(wú)線射頻耳機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部集成了MCU、功率放大模塊、電路選擇開(kāi)關(guān)、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、射頻信號(hào)發(fā)生器、射頻耳機(jī)、射頻發(fā)射天線和耳機(jī)機(jī)座。各模塊的各項(xiàng)指標(biāo)設(shè)計(jì)要求均滿足車規(guī)要求。

　　初始狀態(tài)下，射頻耳機(jī)已經(jīng)與射頻模塊完成配對(duì)過(guò)程。同時(shí)，為便于維修更換，射頻耳機(jī)和射頻模塊都支持重新配對(duì)功能。射頻模塊可以發(fā)送音頻信號(hào)至耳機(jī)，也可以從耳機(jī)接收射頻通信連接和斷開(kāi)(即耳機(jī)取出和放回的狀態(tài))信號(hào)，車載無(wú)線射頻耳機(jī)系統(tǒng)可利用此信號(hào)控制輸出音頻的去向。車載無(wú)線射頻耳機(jī)系統(tǒng)的音頻輸入來(lái)自收音機(jī)，音頻可以被輸出至原有揚(yáng)聲器或者通過(guò)射頻天線以無(wú)線形式發(fā)送。輸出切換控制通過(guò)電路選擇開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，切換時(shí)間少于l00 ms。該系統(tǒng)可確保前后揚(yáng)聲器音頻輸出的同步，同時(shí)不產(chǎn)生Pop音。在系統(tǒng)工作時(shí)，可保證收音機(jī)不會(huì)檢測(cè)到揚(yáng)聲器斷路而產(chǎn)生DTC。

　　電源管理方面，當(dāng)系統(tǒng)休眠時(shí)，其功耗處于較低水平，僅需監(jiān)控收音機(jī)的功耗變化，其他模塊都不工作，直至下一次系統(tǒng)啟動(dòng)才可進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)車載無(wú)線射頻耳機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)到收音機(jī)打開(kāi)時(shí)，系統(tǒng)在5s后進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行一次開(kāi)機(jī)診斷，根據(jù)耳機(jī)狀態(tài)調(diào)整開(kāi)關(guān)位置。當(dāng)收音機(jī)進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)在5s后進(jìn)入休眠狀態(tài)，電路選擇開(kāi)關(guān)切換至揚(yáng)聲器，且該連接不受系統(tǒng)工作狀態(tài)影響。在休眠狀態(tài)，車載無(wú)線射頻耳機(jī)系統(tǒng)僅需檢測(cè)收音機(jī)功耗，作為系統(tǒng)啟動(dòng)的判定條件。具體設(shè)計(jì)參見(jiàn)圖2。