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基于TI无线MCU芯片的无线麦克风解决方案

电子设计 来源:电子设计 作者:电子设计 2022-06-30 17:01 次阅读

进入智能时代以来,随着互联网、物联网、新概念教育/会议、直播经济等产业蓬勃发展,使用者对于麦克风的需求越来越多样。特别是对于麦克风的话音质量、便携性、通信距离、待机和使用时间、用户体验等都提出了一些新的需求。本文就着重给大家介绍一下基于TI的无线MCU芯片开发出的无线麦克风解决方案。

无线麦克风将麦克风产生的音频信号转换为无线电信号,无线电信号由发射器通过空气发送到接收器。 接收器将无线电信号转换回音频信号,然后通过音响系统发送。 它们消除了对电缆的需求,因此您不再被束缚在音响系统上。 随着音质和可靠性的持续技术进步和改进,无线麦克风比以往任何时候都更经济实惠,更受欢迎。 市场潜力非常大。

无线麦克风的最大优点就是便携性。但是,在有一些场景下,对于无线麦克风通信距离和抗干扰性要求很高,比如大型会议室、大型教室、演唱会现场等,另外,随着WiFi,蓝牙zigbee等工作在2.4GHz频段设备的布置和使用越来越广泛,对于无线麦克风的频段规避也提出了更苛刻的需求。Sub-1G由于物理传输特性等原因,可以更好的解决上述痛点。本文也会着重介绍TI提供的基于CC131x的单芯片Sub-1G解决方案。

本文会涉及:

Sub-1G频段的优点及中国地区相关无线ISM频段介绍

TI无线Audio/Voice Plugin的介绍

基于CC1312的低延迟高音质解决方案

Sub-1G频段的优点及中国地区相关无线ISM频段介绍

这里我们先引用一个Friis传输公式。

poYBAGK9VWyAExKxAABzuujAIAQ101.png

这是一个表征自由空间的无线信号传输公式。可以简单的看出,在其他参数不变的情况下,接收端的接收信号强度和波长的平方成正比,也就是说,使用更低的频段(也就是波长更长),可以传输更远的距离。另外,在一个真实非理想场景下,更长的波长也可以提供更好的绕射衍射的性能。所以,使用Sub-1G频段,可以提供更好的传输通信距离。

另外,如果空间干扰电平太大,也势必对于接收机的解调信噪比提出了更高的要求。2.4GHz频段由于wifi,蓝牙等设备的普及,空间噪声电平越来越高。这样势必大大影响了工作在2.4GHz频段的无线麦克风设备的实得接收机灵敏度。简单说,就是通信距离变短。目前在Sub-1G频段,特别是在民用领域设备还很有限,统计上来讲,可以有更低的噪声和干扰,所以有更好的传输性能。

但是sub-1G频段也有一定的局限性,第一,由于波长比较长,在相同性能情况下,天线的尺寸会大于2.4GHz频段,这样对于有些小型化设备来说还是比较受限。第二,对于Sub-1G频段每个国家的合规ISM(Industrial Scientific Medical)频段都不相同。所以对于不同国家地区需要设计调试不同的产品

下面是中国开放给无线麦克风的频段。具体信息,请参考工信部原文。微功率短距离无线电发射设备目录和技术要求

Application Band OBW permitted TX power Time domain duty
Wireless Microphone/speaker 470-510MHz,630-698MHz 200kHz 50mW(e.r.p) Frequency tolerance: 100ppm

TI无线Audio/Voice Plugin

下图是无线麦克风的简略框图。一个无线麦克风由基础的电源、信号传输、编解码等部分构成。

pYYBAGK9VW2APJ1KAAA2vDrjmpo259.png

关于无线部分,TI提供了基于不同的物理层通讯的音频解决方案。 无线的音频码流可以基于不同的物理层设备进行传输。SimpleLink Audio Plugin 可以工作在TI不同的基于不同通信协议之上,比如WiFi, 低功耗蓝牙,或者私有无线模式。下图就是软件基本框图。SDK可以在这里下载

pYYBAGK9VW-AGWs6AACz9ArNHUg063.png

上图中绿色框图部分的芯片可以是支持不同协议的芯片。基于目前产品,推荐物料如下:

BLE: CC2640R2F, CC2642R, CC2652R

2.4GHz: CC8520

WiFi: CC3220S, CC3235S,

Sub-1G: CC1310, CC1312R, CC1311R3

如下是音频插件里开箱默认的配置和性能:

poYBAGK9VXWAAtLHAAHQeeHBVUQ917.png

开箱演示:

- 点到点的单向网络。可以实现一到多的传输。

- 音频质量

sample rate: 16kHz

bit depth: 16 bits

MONO mode

compresion: OPUS (bit rate: 24kHz, complexity: 3)

- 射频配置

frequency: 868 MHz (EU band)

symbol rate: 50 kBaud

基于CC1312的低延迟高音质解决方案

在TI标准的插件代码中,采用了一些比较流行的编解码压缩方案,所以,可以最大程度的节约频谱资源。并且较低的空中码率,也可以提升通信距离和抗干扰性。但是,在某些场景当中,为了更好的体验,需要无线麦克风具有端到端低延迟的特性。一般的语音要求在10mS之内。TI也提供了一套不经过压缩直接传输的方案。

性能如下:

音频质量: CD quality

sample rate: 44.1kHz

bit depth: 16 bits

MONO mode

compresion: None (PCM audio)

Audio latency (end-to-end): 8.8ms

- 射频配置:

frequency: 433MHz

symbol rate: 1Mbit

具体演示和介绍可以参考培训视频。也可以参见e2eChina。

审核编辑:汤梓红

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