CN102868418A - 一种基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置，包括：一音频单元，用于将多路模拟音频信号转换为数字信号输出到控制处理单元，或将所述控制处理单元传来的数字信号转换为模拟音频信号输出；一射频单元，用于对接收的射频信号调制解调成数字信号后输出至所述控制处理单元，或将所述控制处理单元传来的数字信号转换为射频信号向外发送；所述控制处理单元，分别与所述音频单元与射频单元电连接，用于处理所述音频单元、射频单元传来的信号。本发明不仅可以将接收的射频信号经转换处理成模拟音频信号发送到音频播放装置，如耳机或扬声器，而且可以将音源发出的模拟音频信号转换成射频信号发送给支持A2DP协议的接受装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线音频收发装置，具体地说一种基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置。
背景技术
2007年7月26日，蓝牙技术联盟SIG（Special Interest Group）发布V2.1+EDR(Enhanced Data Rate)后，蓝牙技术联盟又于2009年4月21日SIG发布了新一代高速蓝牙技术标准V3.0（High Speed）。蓝牙v3.0标准较之前v2.1标准，在功耗和传输特性方面做了很大优化，而意法爱立信推出的STLC2690芯片更是从输入电压入手大大降低了功耗，使蓝牙技术具备更为广泛的应用。
蓝牙立体声音频传输规范（Advance Audio Distribution Profile）规定了使用蓝牙异步传输信道方式、传输高质量音乐文件数据的协议堆栈软件和使用方法，基于该协议就能通过以蓝牙方式传输高品质的立体声音乐，只要连接双方支持A2DP（Advance Audio Distribution Profile）协议都能以16bits，44.1kHz的质量传输高品质声音信号。
当前的无线音频收发装置大多是基于蓝牙V1.2和V2.0版本的相关产品，这些产品的传输速率普遍较低，最高能达到1Mbps，而其功耗与同类其他技术相比偏高，这对蓝牙技术的广泛应用带来了很大影响，技术的落后已经造成了蓝牙技术在使用上中的缺陷，比如功耗过大，对便携设备的电池容量要求较高，导致其使用时间过短。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置，不仅可以无线收发高品质音频信号，且功耗低。
为实现上述的目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置，包括：
一音频单元，用于将多路模拟音频信号转换为数字信号输出到控制处理单元，或将所述控制处理单元传来的数字信号转换为模拟音频信号输出；
一射频单元，用于对接收的射频信号调制解调成数字信号后输出至所述控制处理单元，或将所述控制处理单元传来的数字信号转换为射频信号向外发送；
所述控制处理单元，分别与所述音频单元与射频单元电连接，用于处理所述音频单元、射频单元传来的信号。
所述的基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置，还包括一电源管理单元，用于为所述的音频单元、射频单元与控制处理单元提供工作电压。
所述的基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置，还包括一人机界面装置，与所述控制处理单元电连接，用于输入控制信号输入至所述控制处理单元。
所述音频单元包含有一与所述控制处理单元电连接的音频编码器、与所述的音频编码器分别连接的音频输入模块与音频输出模块。
所述的音频输入模块为麦克风。
所述的音频输出模块为耳机或扬声器。
所述的音频编码器与所述控制处理单元通过I2C总线连接。
所述射频单元包括与所述的控制处理单元连接的蓝牙基带芯片，与所述的蓝牙基带芯片连接的宽带滤波器以及与所述的宽带滤波器连接的蓝牙收发天线。
所述控制处理单元采用晶圆尺寸级封装的STM32F103RCY COTEX ARM微处理器。
本发明不仅可以将接收的射频信号经转换处理成模拟音频信号发送到音频播放装置，如耳机或扬声器，而且可以将音源，如麦克风发出的模拟音频信号转换成射频信号发送给支持A2DP协议的接受装置。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置的原理示意图；
图2所示为本发明实施例提供的基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
参见图1所示，该图示出了本发明实施例提供的基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置的结构。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例有关的部分。
一种基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置，包括有音频单元、射频单元及控制单元；
所述的音频单元，用于将多路模拟音频信号转换为数字信号输出到控制处理单元，或将所述控制处理单元传来的数字信号转换为模拟音频信号输出；
所述的射频单元，用于对接收的射频信号调制解调成数字信号后输出至所述控制处理单元，或将所述控制处理单元传来的数字信号转换为射频信号向外发送；
所述的控制处理单元，分别与所述音频单元与射频单元电连接，用于处理所述音频单元、射频单元传来的信号。
参见图1所示，所述的基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置，还包括一电源管理单元，用于为所述的音频单元、射频单元与控制处理单元提供工作电压。主要是通过对输入电压的稳压滤波及电压调节后为所述的音频单元、射频单元与控制处理单元提供电源。
本发明实施例中，所述的电源管理单元为集成的低压差线性稳压器LDO(Low-dropout regulator)，可实现范围更广的电源电压供给，实现不同供电系统（2.2V~6.5V）的兼容。
参见图2所示，所述的基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置，还包括一人机界面装置，与所述控制处理单元电连接，用于输入控制信号输入至所述控制处理单元。
参见图2所示，所述音频单元包含有一与所述控制处理单元电连接的音频编码器、与所述的音频编码器分别连接的音频输入模块与音频输出模块。
所述的音频输入模块为麦克风或其它能提供模拟音频信号的音源，用于输入模拟音频信号。
所述的音频输出模块为耳机或扬声器。
所述的音频编码器与所述控制处理单元通过音频数据传输总线I2S接口和串行通讯总线I2C接口连接。
本发明实施例中，所述的音频处理单元采用wolfsun公司的WM8904音频编码芯片，是一颗应用于便携式设备的低功耗的音频编解码器，其通过音频数据传输总线I2S接口和串行通讯总线I2C接口与控制处理单元连接；音频数据传输总线I2S接口是一种专责于音频设备之间的数据传输的总线标准，此处负责数字音频数据的传输，同时可选用主时钟信号，来提高声音的音质；串行通讯总线I2C接口用于对音频编解码进行初始化操作；所述的多路模拟音频信号可通过SPP协议或IAP协议实现切换。
参见图2所示，所述射频单元包括与所述的控制处理单元连接的蓝牙基带芯片，与所述的蓝牙基带芯片连接的宽带滤波器以及与所述的宽带滤波器连接的蓝牙收发天线。蓝牙工作在ISM频段，射频单元用于完成蓝牙的数字调制解调，完成功率的自动增加控制，射频信号的发射等。
本发明实施例中，采用蓝牙STLC2690芯片作为蓝牙基带芯片，其通过相应的串行外设接口SPI、通用异步接收/发送装置UART(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter)、串行通讯总线I2C、脉冲编号调变PCM/音频数据传输总线I2S实现传输数据及控制命令，蓝牙基带芯片内部包括蓝牙中央处理器Bluetooth CPU，随机存储器ROM/只读存储器RAM，负责存储和运行蓝牙芯片固件；基带控制器Baseband controller负责蓝牙基带部分的控制，Audioco-processor负责音频处理，接收器Receive、发送器transmit与转换器switch共同组成射频收发器，与天线连接，收发射频信号；还包括射频低噪声放大器LNA，射频功率放大器PA，差分转单端balun，频段选择滤波器以及实现收发功能的双工器；ISM频段射频部分与基带控制器完成蓝牙基带芯片的信号数字调制，包括高斯最小频移键控GMSK（Gaussian minimum-shift keying），正交相移键控QPSK（Quadrature Phase Shift Keying），自适应调频AFH（AdaptiveFrequency-hopping），将数字调制的信号向外发送，接收时将下变频的数字信号完成解调从中提取有用信息。
本发明实施例中，所述的控制处理单元采用采用晶圆尺寸级封装的STM32F103RCY COTEX ARM微处理器作为主控制器，其内部存储器中存储有用于控制整个系统的正常工作的软件程序，包括有对外通讯的通用异步接收/发送装置UART接口(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)、串行外设接口SPI接口、通用输入/输出I/O接口、有额外的主时钟信号的I2S总线接口，并承载电缆替代协议，文本传输协议，音频传输协议等蓝牙协议栈3.0，用于完成射频单元基带算法以上的链路管理，特别是支持A2DP(Advance AudioDistribution Profile)协议的应用。所述的控制处理单元与射频单元之间通过串口传输控制命令和数据，同时所述的控制处理单元还提供额外的通用输入/输出GPIO接口连接到射频单元，来实现所述射频单元的复位、唤醒等控制。
下面，对本发明的操作步骤说明如下：
步骤1：接入电源，启动电源管理模块；
步骤2：电源管理模块启动后，启动主控制器和蓝牙基带控制器；
步骤3：主控制器读取内部快速存储器的程序，将所有主控制器的寄存器置成相应的状态；
步骤4：时钟电路启动，内嵌的时钟驱动在得到程序的控制后，启动振荡电路，为系统提供所需要的参考时钟；
步骤5：蓝牙基带控制器得到相应命令后选择所支持的蓝牙BT协议栈3.0，准备相应的数字调制解调算法；
步骤6：主控制器通过I2C总线，对音频编码芯片进行初始化；
步骤7：完成初始化进入等待模式，进行搜索、连接，并进行数据传输。
本发明可快速实现音频数据的无线传输，可用于不同音质的音频传输要求场合，具有灵活性强，成本低的特点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置，其特征在于，包括：
一音频单元，用于将多路模拟音频信号转换为数字信号输出到控制处理单元，或将所述控制处理单元传来的数字信号转换为模拟音频信号输出；
一射频单元，用于对接收的射频信号调制解调成数字信号后输出至所述控制处理单元，或将所述控制处理单元传来的数字信号转换为射频信号向外发送；
所述控制处理单元，分别与所述音频单元与射频单元电连接，用于处理所述音频单元、射频单元传来的信号。
2.根据权利要求1所述的基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置，其特征在于，包括一电源管理单元，用于为所述的音频单元、射频单元与控制处理单元提供工作电压。
3.根据权利要求2所述的基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置，其特征在于，包括一人机界面装置，与所述控制处理单元电连接，用于输入控制信号输入至所述控制处理单元。
4.根据权利要求1所述的基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置，其特征在于，所述音频单元包含有一与所述控制处理单元电连接的音频编码器、与所述的音频编码器分别连接的音频输入模块与音频输出模块。
5.根据权利要求4所述的基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置，其特征在于，所述的音频输入模块为麦克风。
6.根据权利要求4所述的基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置，其特征在于，所述的音频输出模块为耳机或扬声器。
7.根据权利要求4所述的基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置，其特征在于，所述的音频编码器与所述控制处理单元通过I2S接口和I2C接口连接。
8.根据权利要求1所述的基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置，其特征在于，所述射频单元包括与所述的控制处理单元连接的蓝牙基带芯片，与所述的蓝牙基带芯片连接的宽带滤波器以及与所述的宽带滤波器连接的蓝牙收发天线。
9.根据权利要求1~8任一项所述的基于蓝牙的低功耗无线音频收发装置，其特征在于，所述控制处理单元采用晶圆尺寸级封装的STM32F103RCYCOTEX ARM微处理器。
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