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1、立体声音箱无线传输系统 的设计Stereo speakers wireless transmission system摘 要本文以CD4046芯片、TDA7000收音机集成芯片为基础，构造了一款立体声音箱的传输系统。本文设计制作了两个发射电路组成的发射系统，并分别对这两个发射电路进行了调试，采用锁相环技术使之在发射过程中的两列载波形成相位差，从而达到立体音效。为制作方便，解调电路中的还原声音部分直接采用TDA7000收音机集成电路。调制与解调部分采用红外无线传输方式构造成的传输系统，避免了设备连接线连接时的突兀杂乱，影响视觉效果和家居环境。本设计采用红外线传输，在短距离传输下，既可以达到传输目
2、的，又具有抗干扰能力强、高速可靠、无电磁污染、价格低廉、性价比高、不受国家限制、工作频率较高等特点，作为家庭影院的无线传输方式是一种非常理想的选择。本文在设计制作过程中还考虑了成本问题，以便达到经济又可靠的效果。 关键词：立体声音箱；无线传输；TDA7000 目 录 1引言1.1 课题的研究背景无线通信技术 1.1.1 无线通信技术的定义1.1.2 无线通信技术的分类1.1.3无线音箱的运用及意义1.2 研究课题的目的及意义1.3 研究课题的主要任务1.4 论文结构2 电路的基本原理2.1 无线传输系统2.1.1 PFM 调制2.1.2 PFM 调制技术的运用2.2 无线传输方式的选择2.3
3、红外辐射及近红外光谱分析2.4 红外光发射方式及红外发、收系统的组成3 调制与解调电路的设计3.1 系统设计的基本思路3.2 发射部分3.2.1 驱动电路3.2.2 发光二极管及它的简单测试3.3 接收部分3.3.1 红外线接收光电变换器3.3.2 光敏二极管及它的简单测试3.3.3 红外接收放大器3.3.4 本设计采用的方案3.4 PFM 的调制3.4.1 锁相环的介绍3.4.2 锁相环的基本组成3.4.3 锁相环的工作原理3.4.4 锁相环的运用3.4.5 CD4046 数字集成锁相环的工作原理3.4.6 CD4046 的引脚及内部结构图3.4.7 CD4046 典型应用电路3.5 PFM
4、 的解调3.5.1 TDA7000 的内部结构3.5.2 TDA7000 的参考数据和主要指标3.6 本设计采用的方案4 功率放大电路4.1 功率放大电路4.1.1 功率放大电路的定义4.1.2 功率放大电路与电压放大电路的区别4.1.3 功率放大电路的特殊问题4.2 功率放大电路的工作状态分类4.3 提高效率的主要途径4.4 功率 BJT 的选择4.5 单电源互补对称电路4.6 本设计采用的方案结 论参考文献致 谢附录：1、电路图2、PCB图1 引 言1.1 课题的研究背景无线通信技术 1.1.1 无线通信技术的定义无线通信(Wireless communication)是利用电磁波信号可以
5、在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。早在1897年，马可尼使用800KHZ中波信号进行了从英国至北美纽芬兰的世界上第一次横跨大西洋的线无电报通信试验，开创了人类无线通信的新纪元。在无线通信初期，受技术条件的限制，人们大量使用长波及中波进行通信。20世纪20年代初人们发现的短波通信，直到20世纪 60 年代卫星通信兴起前，它一直是远程国际通信的重要手段，并且目前对应急通信和军用通信依然有一定实用价值。近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。 1.1.2 无线通信技术的分类主要可分为三类：扩展频谱技术、窄频微波技术以及红外线技术。其中扩频通信技术应用最广，其基本特
6、征是采用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随机码对载有信息数据的基带信号频谱进行扩展， 形成宽带低功率谱密度的信号然后进行发射。扩频通信技术在发射端以扩频编码进行扩频调制，在接收端以相关的解调技术接收信号。 因此， 具有抗干扰性强、隐蔽性好、易实现码分多址和抗多径干扰等优点。扩频技术主要包括直接序列扩频技术和跳频技术两种方式。其中，直接序列扩频的主要特点是易于隐蔽，它利用具有高码率的扩频码系列，采用各种调制方式在发射端扩展信号频谱，而在接收端用相同的扩频码序进行解码，把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息，从而有效地提高了整机信噪比。而跳频技术则是载波频率在一个由编码序列控制下产生的图案内离散地跳变
7、，跳频信号可看成是载波频率按随机图样跳变的调制脉冲序列。微波扩频通信的工作频带最终将统一在 2.4GHz 的频带，带宽为83MHz。在窄频微波技术调制方式中，数据基带信号的频谱不做任何扩展，直接采用射频方式发射出去。与扩展频谱方式相比，窄带调制方式占用频带少，频带利用率高。采用窄带调制方式的无线局域网一般选用专用频段，需要经过国家无线电管理部门的许可方可使用。当然也可选用ISM频段，这样可免去向无线电管理委会申请，但带来的问题是，当临近的仪器设备或通信设备也在使用这一频段时，会严重影响通信质量，通信的可靠性无法得到保障。窄带无线电系统在特定的无线电频率上传输和接收用户信息，对于非期望通信信道之
8、间的串扰，可通过仔细调整在不同信道频率上的不同用户来避免。基于红外线的信息传输技术最近几年也有了很大发展。目前广泛使用的家电遥控器几乎都是采用红外线传输技术。 基于红外线的信号传输方式的最大优点是这种传输方式不受无线电干扰，且红外线的使用不受国家无线电管理委员会的限制。红外系统使用甚高频传送数据，在电磁频谱中仅次于可见光。但是，红外光不能穿透非透明物体，其通信信道只能是直射或散射方式。因而，基于直射红外线技术的信息传输距离十分有限，通常只用于特定的无线局域网中。移动用户使用高性能直射红外系统是不实际的，一般只用来实现固定子网络。散射或反射式红外无线局域网系统不需要直射，但是个人用户空间单元十分
9、有限。1.1.3无线音箱的运用及意义自上世纪90年代中，世界著名音响制造商美国雷克顿公司成功地推出了无线音响系统以来，无线音箱又有了许多进步，现在市面上已经出现了许多无线音箱，它们使用的技术几乎都是基于2.4GHz ISM(Industry ScienceMedicine,工业/科学/医疗)这一全世界公开通用的无线频段。从设计上来看主要分为两种，一种是使用特定发送装置，并在音箱上装配相应接受装置的产品。另一种则是以蓝牙A2DP(Advance Audio Distribution Profile)协议为基础的产品。前一类产品支持点对点或点对多点的传输模式，并具有多个可选的频点。为避免在2.4G
10、Hz公共频段上容易出现的干扰对音质的影响，这类产品通常具有频点选择功能(俗称“跳频”功能)，如果在工作过程中出现较大噪音，即在当前频点存在干扰影响输出音质时，可选择新的工作频点，以保持产品良好的使用效果。无线音频传输模块产品包括发送和接收两个模块，发送模块被植入音源设备或做成独立的发送装置与音源设备相连，通过无线传输技术在接收模块一端接收音频数据，并通过解码、校验等处理，输出高品质的立体声音频数据。不过，它的缺点在于无法和流行的蓝牙音频设备进行连接。后一类产品通过蓝牙A2DP协议进行无线音频信号传输，同样具有“跳频”功能，更适合与同样支持A2DP协议的音源设备相连(如蓝牙音乐手机)。A2DP协
11、议能够让两个同样支持蓝牙音频传输的装置互相连接，无论是蓝牙1.1或1.2版，都能传输16bits,44.1kHz CD音质的音频信号。1.2 研究课题的目的及意义生活离不开音乐，如今的生活，音乐随处即享。音箱，在我们日常生活中随处可见。如果我们把显示器比喻成多媒体设备的眼睛，那么音箱就是多媒体设备的嘴巴。音箱给我们带来美妙的声音，质量好的音箱不仅仅使声音播放效果良好，更重要的是，它能将电影以及音乐中所有的能量和激情全部传递给你，让你有身临其境的感觉。随着多媒体技术的发展，音箱从最初的2.0双声道发展到现在的7.1声道。从单一的“发声器”发展到时下的多媒体用途，从普通的立体声音效技术发展到目前的
12、DTS、EAX4、THX等复杂的环绕音效技术，跟随这些进步而来的却是大量繁杂如蜘蛛网般的连线。为音箱布线时候既要考虑音箱的摆位，还得考虑线路的问题，有时甚至不得不穿墙凿壁。还有另一个不便在于，当我们要在阳台或客厅欣赏电脑中的音乐时，要怎么做呢？将电脑旁的音箱音量调大，让声音跨越房间“飘”到耳朵里?这样恐怕会严重干扰到他人。随着人们生活水平不断提高，在选择各种家电产品的时候，己经从简单的使用需要逐渐向简洁、美观、个性化发展，显然传统音箱繁复的连线显然无法满足人们对简约、时尚的追求。但无线传输技术出现，使得人们向无线领域迈进，逐渐摆脱连接线或是传输线缆的束缚。1.3 研究课题的主要任务本论文是根据
13、本人在大学专科两年的专业基础知识的学习基础上， 结合所学的低频电路、高频电子线路及其他专业基础知识，借鉴在日常生活中广泛使用的无线传输技术，对立体声音箱的无线传输方面进行的设计研究。本论文结合大学教师所教授的高频电子线路的基础知识，在老师的指导下，具体对立体声音箱的无线传输方式进行设计、制作，以达到实现预期效果的目的。并具体探讨了立体声音箱的无线传输系统的工作原理、系统设计方法、传输的稳定性、制作的性价比，以及设计的产品普及性。1.4 论文结构第一章 论述了无线通信技术的定义、技术范围及发展、特点和应用领域、及课题的目的及意义等；第二章 论述总结了电路的基本原理、设计思路、PFM调制技术及运用
14、、无线传输方式等；第三章 是本论文的重点，讨论了无线传输系统中调制/解调电路的设计方法、局部电路的方案选择、所用集成电路 （CD4046、TDA7000）及相关知识回顾和介绍等；第四章 也是本论文的重点，重点介绍了功率放大器的类型、工作状态等关理论及运用。第五章 作为本课题的难点，在这章中介绍所设计的电路的调试过程、所遇到的难题及解决难题的心得体会等。最后，还对本次论文进行了概括性总结。2 电路的基本原理 2.1 无线传输系统无线传输系统必然有发射部分和接收部分组成，在发射与接收间采用无线方式传送数据。2.1.1 PFM 调制PFM：（Pulse frequency modulation) 脉
15、冲频率调制，一种脉冲调制技术，调制信号的频率随输入信号幅值而变化，其占空比不变。由于调制信号通常为频率变化的方波信号，因此，PFM也叫做方波FM2.1.2 PFM 调制技术的运用脉冲频率调制(PFM)是一种转换方法，通常被应用于DC-DC转换器来提高轻负载效率。在TI提供的产品说明书中，PFM也被称作“节电” 模式。工作在节电模式下的转换器在轻负载电流条件下使用PFM 模式，在较重负载电流条件下使用脉冲宽度调制(PWM)模式。这种工作模式使转换器可以在宽泛的电流输出范围内均保持极高的效率。 脉冲频率调制(PFM)方式具有调频特性，可望有较高的传输信噪比，而且信号的脉冲形式便于中继传输、再生整形，因而既可放宽对系统线性的容限要求，又可获得较好的抗干扰能力。脉冲频率调制(PFM)以传输性能远优于基带直接光强调制及成本远低于脉冲编码调制而在光纤通信中得到广泛的应用。2.2 无线传输方式的选择无线传输接入技术的标准不是统一的，目前比较流行的卧议标准主要有IEEE 80211系列标准、Bluetooth蓝牙标准、IrDA标准、Home RF家庭网络标准和HiperLhN2标准等。虽然标准众多，但大致可分为两大发展方向：以高速传输应用发展为主的IEEE 802.11 b标准、IEEE 80211 a标准和IrDA标准；以低速短距离的应用为主的B1uet
