2.4 GHz RF SoC的音頻應(yīng)用：從原理到實(shí)踐

引言

從事電子硬件設(shè)計(jì)也有好些年了，在音頻傳輸?shù)挠布O(shè)計(jì)中，無(wú)線數(shù)字音頻技術(shù)一直是一個(gè)既充滿挑戰(zhàn)又極具潛力的領(lǐng)域。今天就來(lái)和大家聊聊德州儀器（TI）的2.4 GHz RF SoC芯片系列——CC8520、CC8521、CC8530和CC8531，看看它們?cè)跓o(wú)線數(shù)字音頻流媒體方面究竟有著怎樣的表現(xiàn)。

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一、產(chǎn)品概述

這些芯片屬于PurePath? Wireless平臺(tái)，是專(zhuān)門(mén)為無(wú)線傳輸高質(zhì)量數(shù)字音頻而優(yōu)化的低成本、低功耗解決方案。拿它和其他競(jìng)品相比，它內(nèi)置了強(qiáng)大的無(wú)線音頻傳輸協(xié)議，能控制選定的外部音頻設(shè)備，這在很多音頻應(yīng)用中都非常關(guān)鍵。而且，它能輕松應(yīng)對(duì)2.4 GHz頻段復(fù)雜的電磁環(huán)境，避免與其他無(wú)線電系統(tǒng)相互干擾。

從應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，它的適用范圍相當(dāng)廣泛：

• 無(wú)線高品質(zhì)數(shù)字音頻：能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的音頻傳輸，滿足對(duì)音質(zhì)要求較高的場(chǎng)景。
• 無(wú)線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)音頻鏈路：構(gòu)建穩(wěn)定的音頻傳輸通道，適用于一些特定的音頻連接需求。
• 無(wú)線（USB）音頻設(shè)備：像耳機(jī)、揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)等，支持多種音頻通道和采樣率，非常靈活。例如CC852x支持最多2個(gè)通道，CC853x支持最多4個(gè)通道，CC85x1還支持USB接口。

二、技術(shù)亮點(diǎn)

（一）音頻處理能力

1. 數(shù)字音頻接口：支持I2S音頻接口，對(duì)于CC8520可以支持1或2個(gè)音頻通道，CC8530則能支持1到4個(gè)音頻通道，采樣率有32、40.275、44.1和48 kHz可選，還支持16和24位字寬。同時(shí)也支持USB音頻，在32、44.1和48 kHz采樣率下表現(xiàn)良好。
2. 低音頻延遲：音頻延遲最低可達(dá)10.7 ms，在一些對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的音頻應(yīng)用中，這個(gè)優(yōu)勢(shì)就非常明顯了。大家在設(shè)計(jì)音頻系統(tǒng)時(shí)，延遲是一個(gè)需要重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)，它直接影響到音頻的同步性和用戶體驗(yàn)。

（二）抗干擾與穩(wěn)定性

1. 內(nèi)置音頻協(xié)議：采用了CD質(zhì)量的未壓縮音頻技術(shù)，通過(guò)多種技術(shù)手段保證了音頻傳輸?shù)聂敯粜院凸泊嫘?。這里的多種技術(shù)包括自適應(yīng)頻率跳變（AFH）、前向糾錯(cuò)（FEC）、緩沖和重傳、錯(cuò)誤隱藏等，這些技術(shù)協(xié)同工作，大大提高了音頻傳輸?shù)目煽啃浴?/li>
2. 數(shù)據(jù)側(cè)信道：允許在音頻傳輸?shù)耐瑫r(shí)，在外部主機(jī)處理器之間發(fā)送數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展和功能增強(qiáng)提供了可能。

（三）USB功能

它是全速USB音頻設(shè)備，支持基本的USB音頻設(shè)備類(lèi)和HID設(shè)備類(lèi)。在自主模式下使用時(shí)無(wú)需軟件開(kāi)發(fā)，這對(duì)于一些開(kāi)發(fā)周期較短的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)非常友好。而且它支持多種USB拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如耳機(jī)、頭戴式耳機(jī)和麥克風(fēng)等，方便我們根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行選擇。

（四）外部系統(tǒng)兼容性

該芯片既可以自主運(yùn)行，也可以由外部主機(jī)MCU控制，這種靈活性使得它能更好地適應(yīng)各種不同的系統(tǒng)需求。它還能通過(guò)I2S和I2C無(wú)縫連接和控制外部音頻編解碼器、DAC/ADC和數(shù)字音頻放大器等設(shè)備，一些人機(jī)交互功能如電源控制、配對(duì)、音量控制、音頻通道選擇等都可以映射到I/O上，方便我們進(jìn)行系統(tǒng)集成。

三、電氣特性

（一）絕對(duì)最大額定值

在使用芯片時(shí)，我們必須要嚴(yán)格遵守其絕對(duì)最大額定值，否則可能會(huì)對(duì)芯片造成永久性損壞。比如所有電源引腳的電壓范圍是–0.3到3.9 V，任何數(shù)字引腳的電壓范圍是–0.3到min(VDD + 0.3, 3.9) V，輸入RF電平最大為10 dBm等。而且該芯片是ESD敏感設(shè)備，在操作時(shí)一定要采取適當(dāng)?shù)姆漓o電措施。

（二）推薦工作條件

不同型號(hào)的芯片在推薦工作條件上略有差異。像CC8520/CC8530的工作環(huán)境溫度范圍是 -40到 +85°C，工作電源電壓范圍是2.0到3.6 V；CC8521/CC8531的工作環(huán)境溫度范圍同樣是 -40到 +85°C，但工作電源電壓范圍是3.0到3.6 V，并且在使用USB電源時(shí)，需要一個(gè)LDO來(lái)滿足這些額定值。

（三）一般特性與電氣特性

這里涉及到很多參數(shù)，如RF頻率范圍是2400到2483.5 MHz，數(shù)據(jù)速率有5 Mbps和2 Mbps兩種可選。在音頻方面，音頻延遲、采樣率等都可以通過(guò)PurePath Wireless Configurator進(jìn)行編程設(shè)置。不同工作狀態(tài)下的電流消耗也有明確的數(shù)據(jù)，例如在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，電流消耗非常小，只有1 μA；在耳機(jī)主設(shè)備和從設(shè)備模式下，也有相應(yīng)的典型電流值。在RF特性方面，輸出功率、接收器靈敏度、選擇性等參數(shù)都決定了芯片的射頻性能，這些參數(shù)在不同的數(shù)據(jù)速率下會(huì)有所不同。

四、引腳與應(yīng)用電路

（一）引腳配置

CC85xx采用6mm x 6mm QFN - 40封裝，每個(gè)引腳都有其特定的功能。比如SPI接口相關(guān)的引腳用于與外部設(shè)備進(jìn)行通信，控制芯片的配置；I2S接口相關(guān)的引腳則用于音頻數(shù)據(jù)的傳輸；還有一些引腳用于控制外部功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）等。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，我們要根據(jù)引腳的功能進(jìn)行合理的布局和連接。

（二）應(yīng)用電路

文檔中給出了CC8520/CC8530和CC8521/CC8531的應(yīng)用電路圖，包括電源供應(yīng)、濾波、匹配網(wǎng)絡(luò)、天線等部分。在實(shí)際應(yīng)用中，我們要注意電源的穩(wěn)定性和濾波效果，確保芯片能夠正常工作。對(duì)于天線部分，要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的天線，并進(jìn)行匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，以提高射頻性能。

五、開(kāi)發(fā)工具與資料

德州儀器提供了一系列的開(kāi)發(fā)工具和資料，幫助我們進(jìn)行芯片的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。其中包括基于PC的PurePath? Wireless Configurator，用于對(duì)CC85xx進(jìn)行配置；還有CC85xx Family User Guide，詳細(xì)介紹了芯片的使用方法和相關(guān)技術(shù)；以及CC85XXDK音頻開(kāi)發(fā)套件和CC85XXDK - HEADSET開(kāi)發(fā)套件，方便我們進(jìn)行實(shí)際的開(kāi)發(fā)和測(cè)試。

總結(jié)

CC8520、CC8521、CC8530和CC8531這幾款芯片在無(wú)線數(shù)字音頻流媒體領(lǐng)域有著非常出色的表現(xiàn)。它們的高性能、靈活性和豐富的功能為我們?cè)O(shè)計(jì)無(wú)線音頻系統(tǒng)提供了很多的選擇和便利。在實(shí)際應(yīng)用中，我們要充分了解芯片的特性和參數(shù)，合理進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成，才能發(fā)揮出芯片的最大優(yōu)勢(shì)。大家在使用這些芯片的過(guò)程中遇到過(guò)什么問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的經(jīng)驗(yàn)，歡迎一起交流分享。