红外技术解决音频无线传输难题 - 全文

　　高保真(hi-fi)，消费电子，音频系统，家庭影院但这种方法滋生出大量问题，比如限制移动性，再则杂乱突兀的线缆遍布整个房间(如家里或办公室)，不但不方便而且影响环境美观。要在当今竞争激烈的市场获得成功，现代短距离通信设备需要通过无线手段来实现与各类资源简易且快捷的连接。

　　实现短距无线连接的一种方案是采用由政府机构特别分配的射频(RF)波段，来发射/接收各类不同信号。例如，某些消费电子应用产品的RF解决方案(如PC机联网)就是非常流行的可靠无线数据连接。不过，另一方面，用于实时、流媒体、家庭娱乐应用(如音频和视频)的基于RF的通信解决方案，很容易受到其它如WLAN (802.11)、蓝牙、无绳电话等无线RF系统的干扰。所有这些基于RF的应用都采用免费但拥挤的2.4GHz 或 5/5.8GHz ISM RF频段，很容易受到同频干扰。

　　此外，家庭娱乐行业也为基于RF的设备设置了障碍。在该领域，连接必需保持超低延时以确保AV源产生的视频图像与无线连接音频再现设备(即扬声器)之间‘口型同步(lip sync)’。事实上，RF十分适合于无线数据链接，在出现干扰时可以对数据进行重传，但要实现未经压缩的hi-fi音频流的可靠传输，就困难得多了。此外，用于手机、蓝牙耳机等的RF还被怀疑若经常使用，会对人体健康造成伤害，目前专业医学文献越来越频繁地开始讨论这一问题。

　　将红外(IR)光作为无线通信媒介也非常流行。我们经常可以在手机、PDA及其它消费类(CE)设备看到IR端口。据悉，目前带有IR端口的设备基数已达近10亿，同时，红外遥控是室内无线控制的通信标准。尽管如此，传统的IR解决方案对发射器和接收设备之间的视距和方向性有要求，这大大限制了其应用领域和对市场的吸引力。IR端口的数据传输率可以相当高，但作用距离非常短，对于IrDA设备为仅为10cm-100cm；或者距离可以长些，但数据传输率却非常低(例如遥控器应用)。

　　为了克服现有IR解决方案的这些问题，同时避免RF通信问题，Infra-Com公司已开发出了基于漫射红外 (DIR)技术的产品。DIR利用红外光信号遇表面弹回的能力来避免传统IR解决方案的对视距和方向性的要求。采用DIR，发射器产生的加载红外信号辐射的信息在整个封闭空间(如房间、办公室、实验室)“弹跳”，然后被专门设计的高度灵敏的接收器收集。DIR技术扩大了红外产品的作用距离，从而拓宽了其应用范围。

　　1. 独有的ASIC芯片组

　　Infra-Com公司为短距全方位无线光通信创建了首个真正的可投入市场的低成本技术平台。Infra-Com基于DIR方案设计了一个独有ASIC组(即芯片组)。IrGate依赖于从天花板、墙壁及其它表面的IR‘漫’ 反射和散射来建立高比特无线通信(见图1)。

 

 
图1：IrGate的全方位形式在封闭空间内工作

 　　IrGate发射器采用一个IR LED阵列在封闭空间内进行三维宽域发射，IrGate接收器则采用一个高度灵敏的接收器阵列来检测已发射的残留红外能量，并再现原始信号，即使在光路径上它已被严重吸收和衰减。

　　Infra-Com以小尺寸ASIC芯片组的形式销售IrGate技术，这也是同类中的首款产品。这种高度灵活解决方案的优点已经得到了消费电子行业主流销售商的测试和验证，后者也已经推出了嵌入IrGate的首批样品。

　　IrGate的固有优势包括：

　　1. 低成本—像IrGate这种基带类型的红外解决方案能够降低制造工艺的成本。Infra-Com公司正在确立进一步小型化的发展路线，这将导致每链路成本的大幅降低。

　　2. 可靠的高带宽—IrGate现在可获得22.5Mbps的原始比特率(进一步发展可达50Mbps)；它可工作在不同的环境光照条件下(即自然光源和人造光源)，并提供固有划分，即基于IrGate的通信/网络能够实现邻近空间不受“带宽复用”带来的同频干扰。

　　3. 避免RF技术问题—IrGate与RF设备互不干扰；它避免了音频/视频流应用中的RF信号延时问题；IR信号无法穿过墙壁，仅能在封闭空间内工作，从而确保了隐私和安全性。

　　4. 无频率分配或监管问题—IrGate属于全球性的非监管技术。它无需政府进行频率分配或任何特定分类；“绿色”IR信号不能穿透人体组织，无伤害人体之虞。

　　5. 可针对消费电子应用进行修改—IrGate以一种小尺寸的芯片组实现，故可嵌入在许多不同类的消费电子设备中；通过非常简明的参考设计为ODM/OEM提供‘即插即用’系统实现方案；它的数字ASIC(即与“外界”的接口)采用业界标准接口(如I2S)，与现有设备直接连接，故可保留最常用的系统架构。

　　2. 瞄准无线音频领域

　　Infra-Com目前的应用焦点是无线音频市场，它在这一领域积累了大量宝贵的技术、产品和市场经验。Infra-Com将继续向前发展，以一系列预定义的下一代发展步骤，让IrGate更灵活、更适合于这一特定市场。这些举措将降低制造成本，同时提高功能和性能。公司的客户将意识到系统价格的降低，除非他们为了在IrGate IC中增加更多功能性而嵌入多个不同的外设元件。

　　2.1 用于无线音频通信的IrGT800芯片组系列

　　对于目前还在采用不方便的有线产品或如前所述易受干扰的低质量RF解决方案的市场，用于无线音频通信的IrGT800芯片组系列可提供高质量且易于实现的解决方案。Infra-Com认识到了创建一个商业上可行的低成本半导体解决方案所面临的复杂挑战，这种方案必须能够无线连接封闭空间/房间中的后方环绕声扬声器和多种音频源设备，比如家庭影院系统、数字电视机和便携式音乐设备(如iPod附件)。Infra-Com已顺利开始IrGT801A芯片组的出货工作，这是业界首款具有高比特率DIR无线通信功能的芯片组。IrGT801A的红外通信距离长达25-50英尺(具体取决于环境条件和系统结构)，无视距或方向性要求，原始数据率(即在调制、FEC、成帧等之前的数据率)为20Mbps。IrGT801A具有超低延时(100微秒)优点，尤其适合于高保真(hi-fi)音频应用。此外，IrGT801A附带有简单的硬件参考设计，不使用软件和固件装置，能够轻松实现音频应用的全无线通信链接。总体系统和链接可能包括高质量的无线后方环绕声、低音炮或其它扬声器。而且，IrGT801A的集成和所有其它基于IrGate的ASIC一样，都受益于该芯片组的小外形尺寸。

　　IrGT801A的主要规格如下：

　　1. 嵌入式I2S接口。I2S是一种公认的音频行业标准—DVD、HTiB系统、CD、扬声器放大器等所用PCB上的所有音频IC，都采用这种通用的简单标准。

　　2. IrGT801A的发射(Tx) 和接收(Rx)端都包含有一个数字IC和一个模拟IC。数字IC作为整个芯片组的调制解调器/接口功能使用，而模拟IC则作为模拟光前端子系统的一部分。

　　3. 支持多达4个未压缩(24 位)数字音频通道(扬声器)。

　　4. 在线前向纠错(FEC)、自动静音功能、自动扬声器关断功能、用户指示LED。

　　2.2 增强型IrGT821 IC系列

　　Infra-Com的IrGT821下一代数字音频IC目前也可大批量投产，该器件可提供比IrGT801A系列更先进的功能。它同时增加了一个无线I2C控制通道和4个无线音频通道，能够控制无线扬声器中的远程外设资源 (如DAC、D类放大器、数字信号处理器)。IrGT821 IC包括IrGT821ADT (Tx) 和 IrGT821ADR (Rx)部分，分别连接IrGT801A的LED驱动器发射器和模拟接收器IC，如图2所示：

 
图2：IrGT821系统框图

 　　IrGT821ADx数字芯片组具有以下增强型功能：

　　1. 接收器端无线音量/静音控制。

　　2. 更高的音频采样率——高达96kHz，而现有IrGT801A的音频采样率只有48KHz。

　　3. 支持硬件和软件模式——IrGT821同时支持单独的硬件工作模式(类似于IrGT801A)和软件工作模式。在软件模式下，IrGT821ADT发射器IC能够接收来自外部器件(如MPEG IC 或 MCU)的各种控制命令，并无线发射到IrGT821ADR接收器IC，以控制与扬声器端IrGT821ADR器件相连接的远程外设音频器件。

　　2.3 低成本IrGT851 IC系列

　　为实现降低成本的承诺，Infra-Com还打算开发基于标准单元ASIC的解决方案IrGT851 IC系列。尽管IrGT801A 和 IrGT821A采用了结构化ASIC技术，IrGT851却将利用基于ASIC的COT (客户自有工具)量产业务模式。这种工艺可使客户大大降低成本。IrGT851A将包含一套超越IrGT821A芯片组的增强型功能和性能。

　　3. 用于低功率无线音频应用的IrGT700

　　Infra-Com正在计划开发IrGate技术的低功耗版，即IrGT700系列，这些器件能够嵌入在电池供电的移动及手持应用设备中。满足以上定义的新半导体芯片组的开发旨在推动超低成本和简易产品的发展。无线耳机和电池供电无线扬声器只是寻求高质量、低功耗无线解决方案的大规模市场应用的两个小实例。