当时，跟着寓居和作业环境空间的添加，音频的布线在大型会议室、轿车等场所越来越难以完结，本钱越来越高，迫切需求无线传输高质量的音频。CD音质音频的传输速率就到达1.5Mbps以上，因而对无线体系提出了更高的带宽和间隔要求。
ISM 2.4GHz (Industrial Scientific Medical 2.4GHz-2.4835GHz)频段是全球敞开的共用频段，具有高带宽和低本钱完结的优势。选用具有高带宽特色的ISM2.4GHz的传输体系更能习惯CD音质音频的传输。而2.4GHz的其他体系，如监牙、WLAN等存在本钱过高或间隔受限等缺陷，所以本体系运用了专用的ISM音频无线收发芯片nRF24Z1。nRF24Z1供给了规范的工业音频I2S接口以及S／PDIF数字音频接口，使得音频的传输本钱大大下降。而且通讯速率高达4Mbps，实践数据传输率为1.536Mbps，确保了48kbps采样率16bit采样的音频无损传输。
1 芯片介绍
nRF24Z1是挪威Nordic公司推出的CD音质无线数字音频传输收发芯片，作业于ISM 2.4GHz频段。该芯片最大输出功率为+0dBm，接纳灵敏度为-83dBm。片内集成了PLL、时钟操控和康复模块、TDM QoS模块、GFSK模块、I2C接口、SPI接口，RF的LNA和PA等等，而且片内集成了I2S和S／PDIF两种工业音频规范接口。I2S接口能够与各种音频A／D、D／A直接相连，S／PDIF则能够与各种盘绕立体声设备直接相连。
芯片的射频作业办法是GFSK，高斯频率偏移键控，在点对点的无线通讯中，这种办法被广泛选用，误码率较低。
为确保通讯低误码率，芯片还选用了QoS的服务质量战略。战略包含双向通讯机制和应对战略(时分双工)、数据完整性战略和CRC检错、自习惯跳频、掉线查找重连战略。
双向通讯机制和应对战略可见图1，ATX到ARX的通讯为音频信道，而ARX到ATX的通讯是操控信道。操控信道的信息包含同送信息、存放器信息以及管脚状况信息等。
QoS部分包含数据完整性战略和CRC检错，彻底经过硬件完结，在音频信道发送的帧里边包含多个包，每个包由RF地址、有用音频数据、若干CRC位组成，当接纳端收到的Packel的CRC得到查验后，将会经过操控信道给ATX回送信息。若CRC查验不正确，则发送端将不正确的一个或若干个包在下一个帧内重传。
自习惯跳频是抗干扰的重要手法，本文2.4节中有具体论说。
掉线查找重连是确保衔接可靠性的办法，当衔接丢失时发射器主动依照射频图画查找，每个频道卜查找一段时间，同理接纳器也在每个频道上监听，一旦树立衔接则确认该频道，一起顺次按跳频图画次序跳频。
芯片的初始装备町以由EEPROM或许MCU经过SPI、I2C接口完结。芯片处于发送形式仍是接纳形式南MODE管脚电平决议。
nRF24Zl选用QFN36封装，悉数管脚列表能够参阅芯片文档，与操作芯片相关的管脚如表1所示。
2 体系组成
2.1 体系组成图
本体系确保数字／模仿音频的“通明”无线传输，即接纳板输出到音箱／耳机等的音频信号和音源输人到发射板的音频信号比较无失真。关于数字音频，为满意S／PDIF规范的串行数字信号；关于模仿音频，为双声道模仿信号。
本体系组成主要由nRF24Zl、AD／DA、MCU、RFPA等组成，发送端组成如图2。
接纳端组成图如图3。
2.2 体系阐明
本体系一路模仿音源从AD采样得来，经过I2S音频接门传输到nRF24Z1进行发送，接纳端的nRF24Z1收到音频数据后时钟康复出MCLK(I2S的主时钟)，一起进行音频的D／A转化和扩大，最终经过扬声器输出。
另一路数字音源经过DVD／CD机的同轴／光纤接口取出，并经过S／PDIF音频接口传输到nRF24Z1发送，接纳端的nRF24Z1收到音频数据后将音频传输到5.1数字功放音箱。这两路都是完结音频的无损“通明”传输。
图2和图3中的BALUN结构是射频的双端转单端网络转化结构，由%&&&&&%电感组成。因为天线是单端，nRF24Z1的射频接口是双端平衡输入或许输出，所以需求转化。
射频扩大器(RF PA)的作用是能使发射端在处于发射状况时具有较大发射功率，完结较远的传输间隔。各部分的作业办法由各自的VDD_PA信号决议。以接纳端为例(如图3)，当处于接纳音频数据时，VDD_PA为低电平，它操控两个RF Switch都扳到下部，RF信号经过传输线直接进入nRF24Z1；当处于回送操控数据和存放器信息时，VDD_PA为高电平，两个RF Switch都扳到上部，一起发动RF PA，以较大的功率发送，完结较远的发射间隔。
发送端作业办法相似。一般情况下，接纳端和发送端的PA是替换翻开和封闭的。
2.3 体系装备和作业流程
体系装备办法和体系的作业流程如图4。
2.4 跳频序列和图画
本体系选用自习惯跳频的办法，归于QoS战略的一部分。
跳频通讯是扩频通讯的一种，也是最广泛运用的一种。作业原理是收发两边传输信号的载波频率依照预订的规则进行离散改变。跳频通讯具有隐蔽性好、抗干扰才能强等特色。预订规则组成的频率序列称为跳频图画。
本体系并没有选用参阅规划中给出的次序添加频率序列，而是选用了PN伪随机码序列。这种序列具有很好的抗干扰性，具有相似于白噪声相同的自相关性，难以被监听和产生串扰。
PN码特色如下：有足够多的地址码；不同码元数平衡持平；有尖利的白相关特性，即满意下式：
m序列便是一个满意上述特性的PN序列。因为本体系有38个跳频点，所以选用了5级的m序列作为PN码，来源多项式为x5+x2+1，最终的序列图画为：16，24，28，14，7，19，9，4，2，17，8，20，10，21，26，29，30，15，23，27，13，22，11，5，18，25，12，6，3，1。为了确保频率有必定的间隔，在上述序列基础上每个都乘以2即为跳频图画。
经过测验，此跳频序列体系与其他跳频序列体系共存时，呈现噪声颤动次数少于次序序列跳频图画体系，音频噪声呈现频率仅为后者的一半，抗干扰才能较强。
2.5 射频扩大器规划和电路规划
规划射频扩大器时，应留意以下几点：
(1) 扩大器模块要满意增益要求，包含巨细、稳定性、功耗等，也要满意其他的S参数要求。本体系选用的是SiGe公司的Class A扩大器PA2423L，其输出峰值功率为+22.5dbm。
(2) 扩大器的输入输出要尽量阻隔。因为扩大器的增益很高，简单形成输出回到输入的正反馈振动，所以在输入输出端的元件要尽量接近管脚，走线防止有尖角，防止长引线和尖角的天线效应，而且做好阻抗匹配。如图5。
(3) 出于EMI／EMC方面的考虑，需求在PCB板上每隔λ／20(或更小)的当地打孔。
(4) PA离AD／DA等模仿部分和要害数字部分必须有必定间隔。操控信号和RF信号尽量不要穿插，无可奈何的情况下能够交义，可是最好正交。尽量防止损坏RF信号底面铺铜的完整性。
3 体系软件规划
本体系的软件设讣包含了传输形式挑选、地址挑选、地址码规划、跳频图画规划等。规划时首要需求挑选体系是传输数字音频仍是模仿音频，这一点能够经过MCU外部的管脚电平状况确认。其次需求挑选适宜的地址和地址码，写入内部存放器，用于差异两套不同的传输体系。跳频图画规划是软件规划的要点。
因为MCU和nRF24Z1的SPI接口速率较高，可到达1Mbps，所以在软件中需求对时序做精确的规划。别的，本体系为了消除开机POP噪卢的影响，在开机时进行延时操作，能够检测无线衔接的状况并采纳相应的办法。
数字和模仿音频的无线传输是一个热点话题，本体系较好地完结了以上的体系功用，经过软件规划、跳频规划、扩大器规划等，使数字／模仿音频传输体系到达了CD高音质传输目标，传输间隔到达了室外80米以上，室内30米以上。辐射方面也到达了FCC的相关规范。别的，本体系具有很强的商业远景，将在PC多媒体、家庭影院、轿车电子等方面有广泛的使用。
