数字音频信号的无线发送和无线传输设计

模拟音频受外界影响较大，稳定性差。因此数字音频渐渐取代模拟音频成为现代音频的主要形式。数字音频信号直接从机顶盒输出，不在内部进行D／A转换，并将数字音频进行无线转发，在接收端进行D／A转换，可避免音频布线的影响以及音频线上音质的损耗。这种方法可
有效地减少机顶盒内部的干扰，并保证较好的音质。
    2．4 GHz数字高速射频技术是目前较为成熟的音频应用无线技术。其抗干扰性强、传输距离远，并且采用完全开放式的网络协议。nRF24 Z1无线射频芯片工作于2．4 GHz，通信速率高达4 Mbps，实际音频数据传输率为1．54 Mbps，且具有S／PDIF数字音频信号接口。本方案从机顶盒直接提取数字音频S／PDIF信号，保证了较好的音质；通过nRF24Z1无线射频芯片进行发送和接收，保证了音频无损无线传输。

1 系统总体方案设计

    机顶盒数字音频无线转发系统的总体结构框图如图1所示。系统主要由数字音频信号的提取与传输、数字音频无线发送、数字音频无线接收三部分组成。大部分的机顶盒都具有数字音频S／PDIF输出接口，且一般采用同轴线输出。射频芯片nRF24Z1既可用在音源端发送音频数据，也可用在接收端接收音频数据。采用PIC18系列单片机配置射频芯片相应的寄存器，实现数字音频无线发送与接收。nRF24Z1芯片经过内部处理后输出I2S数字音频信号，送至数模转换芯片以及外围电路处理，实现模拟接收。同时，采用单片机控制音量的增减。

2 无线射频芯片功能分析

nRF24Z1是NorDIC公司推出的单片式CD音质数字音频芯片，无线音频传输速率高达48KspS，16位，无需任何压缩。它工作在全球通用的2．4 GHz频段，以极低的成本提供高性能和高集成度的解决方案；具有I2S和S／PDIF数字音频接口，方便与ADC／DAC直接连接，或者与具有数字音频输出口的设备直接相连。由于所有与音频I／O、RF协议和RF链路管理的有关功能已经嵌入到芯片内部，芯片提供透明的1．54 Mbps的音频通道，而不需要额外的时间处理。

3 数字音频信号的提取及接口电路

大部分的机顶盒都具有S／PDIF同轴输出口。对于不具有S／PDIF直接输出接口的机顶盒，可以自己增加S／PDIF光纤／同轴输出接口。对于不同的机顶盒采用不同的加装方法：

①MPEG-2解码芯片有S／PDIF输出脚的机顶盒，将S／PDIF输出信号引出，送到缓冲放大器和同轴RCA端子就可以输出数字S／PDIF信号。

②对于只有I2S输出的MPEG-2解码芯片，将I2S的DATA、BCLK和LRCK信号送入PCM／SPDIF转换的芯片，以S／PDIF形式输出，并加上转换电路即可实现S／PDIF信号的提取。

S／PDIF同轴线传输的信号合并了数据和时钟信号，频率高且具有尖锐的边缘特性。同轴线具有75 Ω的特性阻抗，并且输出的S／PDIF信号电压只有0．5 Vpp，不能直接连接CMOS芯片。所以要将输出的S／PDIF信号通过电平转换，使其能够直接输入到nRF24Z1芯片的S／PDIF输入引脚。电平转换电路如图2所示。

S／PDIF信号经过前端电路将电压抬高，然后通过74HC04反相放大器放大至TTL电平，但此时输出的信号是反相的，所以将其再经过74HC 04的另一组反相端口，将信号再反相回来。注意要将74HC04的14和7引脚分别接到+3．3V和地上，使电路正常工作；S／PDIF信号达到了nRF24 Z1的工作电压，可直接使用。