专利名称：一种锁相环控制的新型红外线音频传输收发系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及红外线传输音频技术，是一种由锁相环控制的新型收发系统。
背景技术：
在现代多种无线传输技术中，红外线无线技术以其信号不受空间电磁波频率和工业设备的干扰、不受国家无线管理委员会的限制、信号传输具有超强的保密性(红外光只能在同一室内传播，墙壁可阻断传播，从而杜绝了外来恶意干扰及窃听)、传递信息的带宽较大等独特优势，在目前市场上无线语音分配系统中成为最常用的一种传输方式。然而，传统红外线音频传输收发系统存在以下几个缺点很容易受新兴的高频驱动光源，如节能灯的干扰；由于红外线直线传输的特性，发射的角度有限，易受物体的阻挡而中断通信；使用电感电容谐振提供的载波很容易受环境影响，比如红外发射器长时间工作，会使系统温度升高、频率偏移，最终可能导致接收端无法接收和解调音频信号。
发明内容
本发明解决的技术问题针对上述现有系统的缺陷，使用锁相环控制技术为核心， 提出一种新型红外线音频传输收发系统设计方案，改善了发射角度有限的缺点，解决了光源干扰、频率偏移的问题，极大程度提高和保证红外线音频传输的性能，扩大了红外线传输的应用范围，为红外线的工业应用领域带来突破性进展。本发明采用的技术方案为一种锁相环控制的新型红外线音频传输收发系统，包括发射单元(1)和接收单元 O)，其特征在于上述发射单元(1)，包括用于固化发射频点信息的存储器模块(02)；用于产生振荡频率并根据从存储器模块(02)读取的频率信息锁定的锁相环模块 (01)；用于拾取声音信息并转化为电子信号的音频采集模块(11)；用于加载音频信号到已锁定的振荡信号上的调制模块(12)；用于放大已调制了音频信号的振荡信号的功率模块(13)；用于把已经放大了的振荡信号加载在红外波上发射出去的红外发射模块(14)；用于把输入电压提高并且稳定输出、作为发射单元各模块的工作电压的升压模块；其中存储器模块(0 、锁相环模块(01)、和功率模块(1 是集成在一片集成电路上。上述接收单元0)，包括用于接收发射端发出的红外信号，并把加载在红外波上的电信号转换出来的红外接收模块；
用于把红外接收器转换出的电信号进行放大的射频放大器模块02)；用于改变已放大的射频信号的频率的变频模块03)；用于固化接收频点信息的存储器模块(02)；用于产生振荡频率、根据从存储器模块(02)读取的频率信息锁定频率、并提供给变频模块做参考本振的锁相环模块(01)；用于抽取加载在已变换频率的载波信号上的音频信号的解调模块04)；用于放大已解调音频信号的扩音模块05)；用于把输入电压降低并且稳压输出、作为接收单元各模块的工作电压的降压模块 (26)；其中存储器模块(0 、锁相环模块(01)是集成在一片集成电路上。所述存储器模块(02)为只读存储器ROM，固化了所需的频点信息。所述锁相环模块(01)由集成电路上的压控振荡器VCO(Oll)、晶体振荡器(012)、 分频器(013)、鉴频器(014)、以及置于集成电路外的环路滤波器(015)组成。所述压控振荡器(011)是由内置于集成电路中的CMOS电路、置于集成电路外的电感、电容构成的差分振荡器，通过改变电感、电容的数值，可以实现2. 8MHZ-1. 5GHz超大范围的振荡，由环路滤波器(015)反馈的电压控制达到频率的锁定，并把锁定的振荡信号输出到RF功率放大器进行功率放大。所述晶体振荡器(012)是CMOS晶体振荡器。所述分频器(013)包括反馈分频器(0131)和参考分频器(013 ，反馈分频器 (0131)用于把VCO频率根据ROM中固化的频点信息分频，参考分频器(0132)用于把晶体频
率分频。所述鉴频器(014)把反馈分频器(0131)和参考分频器(0132)的分频结果进行比较，输出比较结果送给环路滤波器(015)。所述环路滤波器(015)把从鉴频器(014)收集到的电流信号转化为电压信号，并且滤除鉴频器输出的杂波，把电压信号送到VCO(Oll)进行反馈控制。所述音频采集模块(11)为麦克风、和将声音信号转化为电子信号并放大的音频放大器。所述调制模块(1 是把音频放大器输出的信号加载到锁相环的VCO上的调制电路。所述功率模块(13)为RF功率放大器，放大锁相环输出的振荡信号的功率。所述射频放大器模块02)为低噪声放大器LNA，用于把输入的RF信号进行低噪声放大。所述变频模块为混频器mixer，作用是把输入的RF信号与锁相环锁定的频率信号进行乘法运算，转换为中频频率的载波，便于后级的信号处理。所述解调模块04)是把已经转换为中频的载波中加载的音频信号恢复出来的解调电路。所述扩音模块0 为音频功放，是把解调出来的音频信号进行放大，送到扩音器放音。本发明的有益效果为
采用本发明的技术方案，彻底解决了目前红外无线音频收发系统存在的问题， 频率的稳定性和准确性得到极大提高，频率误差范围在士2ppm以内，工作温度范围宽至-40°C _+85°C，调制频响范围50Hz-30KHz，整机信噪比大于IOOdB,调制失真度低，调制频偏范围大，由于频点选择灵活，避开了容易干扰的频段2-3MHz，而且采用了多次变频的结构，使整机系统抗干扰能力得到极大提高，红外无线音频收发系统的整体性能大幅度的全面提升。
图1为本发明的收发系统示意图；图2为本发明的发射部分构成的部件图；图3为本发明的接收部分构成的部件图；图4为本发明的锁相环结构图。
具体实施例方式红外无线音频收发系统由发射单元和接收单元组成，是短距离点对点无线传输系统，使用超外差多次变频方式，如图1所示。锁相环模块和ROM模块在发射单元中的功能是产生频率、锁定频率、功率放大。其中产生频率的是压控振荡器VC0，是本发明的电路特点之一，VCO是一个由集成在集成电路上的CMOS电路、置于集成电路外的电感、电容构成的差分振荡器，电感电容外置的优点是， 用户可以根据使用需要，通过选用电感、电容的数值，自行定义振荡范围，本发明的VCO集成电路部分设计为能够实现2. 8MHZ-1. 5GHz超大范围的振荡，基本覆盖了绝大部分无线电子产品应用的频段，具有宽阔的应用领域。产生自由振荡的VCO要由锁相环的反馈环路控制，才能固定在设定的频率上，如图4示意出锁相环的工作流程。VCO的频率送入反馈分频器，根据读取的ROM中已固化的频率信息，进行分频，输出频率信息到鉴频器；另一条信号通路是晶体振荡器产生的精准的振荡频率，送入参考分频器分频，同样读取ROM中固化的频点信息，把振荡频率分频为参考频率送到鉴频器。鉴频器把两个分频信息进行比较，输出差别信息到LPF，LPF把鉴频器送来的电流信号转换为电压信号，并且滤除鉴频器输出信号的杂波干扰，把电压送到VCO进行频率控制。如果VCO的频率高过设定的锁定频率，反馈分频器输出的频率就超过参考分频器输出的参考频率，鉴频器和LPF输出负电压信号给VC0，令VCO降低频率；如果VCO降低频率过多，低于设定的锁定频率，反馈分频器输出的频率就低过参考分频器输出的参考频率， 鉴频器和LPF输出正电压信号给VC0，令VCO提高频率；如此反馈控制，VCO的频率将最终锁定在设定的频点上，相位锁定也是同样的原理，图4示意出整个环路的组成部分和信号流程。ROM中固化的频点在北美、欧洲、亚洲对红外无线音频收发系统常用的行业标准频率，根据真值表，由CMOS管构成存储矩阵的点阵，每个地址对应一个点，地址由逻辑运算获得，而逻辑运算的控制靠输入端的逻辑电平设定。用户使用时，只需根据逻辑表，使用开关置输入端为高电平或者低电平，电路便依据逻辑组合进行运算，确定地址，找到唯一的频率点，从而把对应的频率信息传送给分频器。
图2所示的发射部分中，锁定了的VCO频率作为载波，准备加载信息，麦克风拾取声音，音频电路把声音信号转化为电子信号，并经过调制电路的调制，加载到VCO的载波上，由RF功率放大器放大，再加载到红外线的发射模块上，由红外线发射出去，完成发射部分的功能。发射单元中，VCO的CMOS电路、晶体振荡器、分频器、鉴频器、ROM、RF功放是集成在一片集成电路上的。锁相环模块和ROM模块在接收单元中的功能是产生频率、锁定频率、提供给混频器做参考本振。其中产生频率的VCO与发射电路中的VCO相同结构和原理，锁定频率的反馈控制原理与发射电路的相同，不同的是ROM固化的频率与发射部分ROM固化的频率相差一个中频的频率，这个中频频率就是混频器的输出频率，这意味着接收单元锁定的频率与发射单元锁定的频率相差一个中频频率。使用在接收单元中的VCO频率不需要功率放大， 直接送混频器做本振。图3所示的接收单元中，红外线接收器接收信号，把加载在红外波上的电信号解调出，经过LNA放大、与锁相环锁定的VCO频率在混频器中进行变频，改变了频率的载波信号送入解调电路解调出载波上加载的音频信号，再由音频功放扩音在扬声器发声，完成接收部分的功能。接收单元中，VCO的CMOS电路、晶体振荡器、分频器、鉴频器、ROM是集成在一片集成电路上的。
权利要求
1.一种锁相环控制的新型红外线音频传输收发系统，包括发射单元和接收单元，其特征在于上述发射单元，包括 用于固化发射频点信息的存储器模块；用于产生振荡频率并根据从存储器模块读取的频率信息锁定的锁相环模块； 用于拾取声音信息并转化为电子信号的音频采集模块； 用于加载音频信号到已锁定的振荡信号上的调制模块； 用于放大已调制了音频信号的振荡信号的功率模块； 用于把已经放大了的振荡信号加载在红外波上发射出去的红外发射模块； 用于把输入电压提高并且稳定输出、作为发射单元各模块的工作电压的升压模块； 其中存储器模块、锁相环模块、和功率模块是集成在一片集成电路上。 上述接收单元，包括用于接收发射端发出的红外信号，并把加载在红外波上的电信号转换出来的红外接收模块；用于把红外接收器转换出的电信号进行放大的射频放大器模块； 用于改变已放大的射频信号的频率的变频模块； 用于固化接收频点信息的存储器模块；用于产生振荡频率、根据从存储器模块读取的频率信息锁定频率、并提供给变频模块做参考本振的锁相环模块；用于抽取加载在已变换频率的载波信号上的音频信号的解调模块； 用于放大已解调音频信号的扩音模块；用于把输入电压降低并且稳压输出、作为接收单元各模块的工作电压的降压模块； 其中存储器模块、锁相环模块是集成在一片集成电路上。
2.如权利要求1所述的一种锁相环控制的新型红外线音频传输收发系统，其特征在于所述存储器模块为只读存储器ROM，固化了所需的频点信息。
3.如权利要求1所述的一种锁相环控制的新型红外线音频传输收发系统，其特征在于所述锁相环模块由集成电路上的压控振荡器VC0、晶体振荡器、分频器、鉴频器、以及置于集成电路外的环路滤波器组成。所述压控振荡器是由内置于集成电路中的CMOS电路、置于集成电路外的电感、电容构成的差分振荡器，通过改变电感、电容的数值，可以实现2. 8MHZ-1. 5GHz超大范围的振荡， 由环路滤波器反馈的电压控制达到频率的锁定，并把锁定的振荡信号输出到RF功率放大器进行功率放大。所述晶体振荡器是CMOS晶体振荡器。所述分频器包括反馈分频器和参考分频器，反馈分频器用于把VCO频率根据ROM中固化的频点信息分频，参考分频器用于把晶体频率分频。所述鉴频器把反馈分频器和参考分频器的分频结果进行比较，输出比较结果送给环路滤波器。所述环路滤波器把从鉴频器收集到的电流信号转化为电压信号，并且滤除鉴频器输出的杂波，把电压信号送到VCO进行反馈控制。
4.如权利要求1所述的一种锁相环控制的新型红外线音频传输收发系统，其特征在于所述音频采集模块为麦克风、和将声音信号转化为电子信号并放大的音频放大器。
5.如权利要求1所述的一种锁相环控制的新型红外线音频传输收发系统，其特征在于所述调制模块是把音频放大器输出的信号加载到锁相环的VCO上的调制电路。
6.如权利要求1所述的一种锁相环控制的新型红外线音频传输收发系统，其特征在于所述功率模块为RF功率放大器，放大锁相环输出的振荡信号的功率。
7.如权利要求1所述的一种锁相环控制的新型红外线音频传输收发系统，其特征在于所述射频放大器模块为低噪声放大器LNA，用于把输入的RF信号进行低噪声放大。
8.如权利要求1所述的一种锁相环控制的新型红外线音频传输收发系统，其特征在于所述变频模块为混频器mixer，作用是把输入的RF信号与锁相环锁定的频率信号进行乘法运算，转换为中频频率的载波，便于后级的信号处理。
9.如权利要求1所述的一种锁相环控制的新型红外线音频传输收发系统，其特征在于所述解调模块是把已经转换为中频的载波中加载的音频信号恢复出来的解调电路。
10.如权利要求1所述的一种锁相环控制的新型红外线音频传输收发系统，其特征在于所述扩音模块为音频功放，是把解调出来的音频信号进行放大，送到扩音器放音。
全文摘要
本发明公开一种锁相环控制的新型红外线音频传输收发系统，包括发射单元、接收单元。发射单元包括锁相环模块、存储器模块、功率模块、红外发射模块、音频采集、调制模块和升压模块。声音通过音频调制模块调制到已经被锁相环锁定的载波上，经过功率放大后再调制到红外波上，由红外发射模块发射。接收单元包括红外接收模块、射频放大及混频模块、锁相环模块、存储器模块、解调模块、扩音模块、和降压模块。红外接收模块接收发射端发出的红外信号并将其转换为电信号，通过锁相环模块和解调模块进行多次变频，解调出音频，再经过扩音模块放大输出。本发明专利实现频率稳定，调制度宽广，频率响应平坦，完全改善了电感电容谐振的传统方案灵敏度低、频率漂移，接收抗干扰能力差的缺点。
文档编号H03L7/185GK102347766SQ20111019323
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者王澜, 袁远 申请人:美芯集成电路(深圳)有限公司