一种通用数字对讲机射频SOC芯片的制作方法

本实用新型涉及对讲机技术领域，具体地讲，是涉及一种通用数字对讲机射频SOC芯片。

背景技术：

对讲机作为专业移动通信系统的重要设备之一，在工业企业，政府，公共安全和其他组织部门的内部指挥调度，抢险救灾应急通信和指挥，处理紧急突发事件中发挥着不可替代的作用，已成为国家安全、公安警察、交通管理、石油化工、建筑施工、机械制造、物业保安等部门重要的无线通信装备。

随着电子、计算机技术和数字化技术的不断发展，无线电对讲机也发生了日新月异的变化，模拟常规和模拟集群对讲机都开启了数字化的时代。数字对讲机与传统模拟对讲机相比具有无可比拟的性能优势，但是数字对讲机的成本相对高出许多。在传统数字对讲机方案中，采用数百个分离器件和通用数字处理芯片，集成度低，功耗高，PCB尺寸大，布局困难，射频、数字模块之间干扰大，开发难度大，而且一致性差，需要大量的调试工作，导致数字对讲机成本居高不下。

对讲机的射频模拟部分如低噪放大、两次混频、窄带滤波，音频处理等电路需要占用较大的PCB面积，且调试复杂，给生产与品质控制带来极大困难；因此在数字对讲机芯片中，射频收发机同时集成基带处理的SOC芯片的设计和实现是关键技术之一，射频专用SOC芯片的性能、成本、集成度等因素都直接影响着整个数字对讲机系统的成本和性能。锐迪科微电子有限公司的AT1847芯片集成了模拟FM对讲机的全部功能，但是用于数字对讲机时该芯片只能完成基本的模拟信号上下变频功能，没有对数字基带信号的4FSK调制解调处理，没有对收发数据帧的处理，也没有完成对语音信号的编码和解码(CODEC)，因此该芯片还需搭载通用的数字信号处理器(DSP)完成基带处理和音频编解码才能实现完整的数字对讲机功能。为了克服现有技术的不足，本实用新型通过先进的射频SOC芯片制造技术把复杂、零乱、体积大的器件和通用基带数据处理芯片(DSP)有效集成在芯片内部，实现高性能的数字信号处理和收发，只需外部搭载通用微处理器(MCU)实现数字对讲机通信协议和键盘显示控制即可完成数字对讲机完整功能，让对讲机设计越来越简单可靠，并能方便实现数模兼容通信。

技术实现要素：

为克服现有技术中的上述问题，本实用新型提供一种外围元器件少、功耗低、集成度高、性能强、成本低、小型化的通用数字对讲机射频SOC芯片。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种通用数字对讲机射频SOC芯片，包括采用一次变频低中频镜像抑制结构的接收通道，采用直接调制结构的发射通道，与接收通道和发射通道均连接的数字信号处理模块DSP，与数字信号处理模块DSP连接的语音编解码器CODEC，均与语音编解码器CODEC连接的话音输入通道和语音输出通道，以及与数字信号模块DSP连接并与外部微处理器MCU进行数据交换的数字接口模块，其中，话音输入通道接入麦克风信号，语音输出通道发出语音信号，接收通道和发射通道通过外接天线输入和输出射频信号。

进一步地，所述接收通道包括接入射频信号的低噪声放大器LNA，接收低噪声放大器LNA输出的正交射频信号的正交下变频混频器Mixer，与正交下变频混频器Mixer连接的镜像抑制带通滤波器IR，对经过镜像抑制带通滤波器IR的正交信号处理的可变增益放大器VGA，以及将可变增益放大器VGA输出的射频模拟信号转换为向数字信号处理模块输出的数字信号的接收通道模数变换器ADC1。接收过程中先将射频信号进行低噪声放大，然后经过正交下变频转换为低中频信号，下变频所需的本振信号来自发射通道中的小数频率综合器PLL，中频信号再通过镜像抑制带通滤波器滤除干扰信号以后由可变增益放大器采用自动增益控制机制AGC进行放大，然后通过模数变换器转换为数字中频信号，送到数字信号处理模块DSP进行基带信号的解调处理。

进一步地，所述发射通道包括依次连接的FM/FSK/4FSK调制器、小数频率综合器PLL和功率放大器驱动级PAdriver，其中，FM/FSK/4FSK调制器接收并调制来自数字信号处理模块DSP的待发送信号，功率放大器驱动级PAdriver将待发送信号放大后输出到外部；所述小数频率综合器PLL还接收外部晶振信号并向接收通道输出差分本振信号。

具体地，所述小数频率综合器PLL包括由压控振荡器VCO、前置分频器Prescaler、可编程分频器PScounter、鉴频鉴相器PFD、电荷泵CP和CP2以及环路滤波器构成的小数分配锁相环结构，与可编程分频器PScounter连接的∑-Δ调制器，以及与压控振荡器VCO连接的晶振有源电路，其中，鉴频鉴相器PFD还接收参考信号Fref，∑-Δ调制器接收小数分频信号。

发射工作时，基带信号通过FM/FSK/4FSK调制器对小数频率综合器PLL的∑-Δ调制器进行频率调制，得到的射频调制信号由VCO输出，然后通过功率放大器驱动级进行放大后输出到芯片外部。

更进一步地，所述数字信号处理模块DSP包括相互连接的数字中频信号滤波模块、信号功率检测模块RSSI、自动增益控制模块AGC、自动频偏控制模块AFC、FM/FSK4FSK解调器和包处理模块PacketHandler，其中，来自接收通道的数字中频信号经数字中频信号滤波模块滤波后，由FM/FSK4FSK解调器解调并输出至语音编解码器CODEC；信号功率检测模块对解调后的信号进行检测，结果作用于AGC和AFC，自动增益控制模块AGC对接收通道中LNA、Mixer和VGA均产生作用，自动频偏控制模块AFC作用于接收通道。在接收工作时，通过相应模块进行数字中频信号的信道滤波和解调，再送到CODEC进行音频处理，而FSK/4FSK解调信号则进行时钟和数据恢复产生二进制码流，然后经过包处理模块进行前导码Preamble检测、同步字检测和CRC校验等操作产生相应的中断信号，并将有效数据送入接收缓存器RXFIFO进行存储；DSP在完成信号解调的同时还需要检测信号功率RSSI和中心频率便宜，检测结果作用于自动增益控制模块AGC和自动频偏控制模块AFC，自动增益控制模块通过控制接收通道各个模块(如LNA、Mixer和VGA)的增益实现，自动频偏控制模块通过控制小数频率综合器PLL的∑-Δ调制器实现。发射工作时，带发送的数据包由包处理模块从发射缓存器TXFIFO中读取，然后添加前导码Preamble、同步字和CRC校验字后送到DSP中进行整形滤波，最后送到发射通道的FM/FSK/4FSK调制器中进行调制发射。

具体地，所述话音输入通道包括接入麦克风信号的输入放大器AMP1，与输入放大器AMP1连接并与语音编解码器CODEC连接的模数变换器ADC2，以及从输入放大器AMP1输出端采集信号的语音激活检测电路VOX。

并且，所述语音输出通道包括与语音编解码器CODEC连接的数模变换器DAC，以及与数模变换器DAC连接并向外部喇叭输出语音信号的输出放大器AMP2。

数字对讲机在接收工作时，外部微处理器MCU根据通信协议将芯片的接收数据包中恢复出的语音信号通过数字接口DI(Digital Interface)送到芯片内部的语音编解码器CODEC进行音频解码，解码后的信号经过数模变换器DAC转换为模拟信号由输出放大器AMP2进行放大后送到喇叭重放；数字对讲机发射工作时，麦克风信号由输入放大器AMP1进行放大，然后通过模数变换器ADC2转换为数字音频信号，送到语音编解码器CODEC中进行音频编码，编码后的音频信号通过数字接口DI送到外部微处理器MCU中根据通信协议进行语音包的成帧处理和发射操作。话音输入通道中包含的语音激活检测电路VOX，用于对麦克风语音信号进行检测和产生中断信号，以实现对讲机的语音激活通话功能。

进一步地，所述数字接口模块包括均与包处理模块PacketHandler连接的接收缓存器RXFIFO和发射缓存器TXFIFO，以及与接收缓存器RXFIFO和发射缓存器TXFIFO均连接的数字接口DI，其中，语音编解码器CODEC还通过数字接口DI与外部微处理器MCU进行数据交换处理。接收缓存器RXFIFO用于存储基带数字信号处理模块DSP接收到的数据包，发射缓存器TXFIFO用于存储外部MCU送来的发射数据包，数字接口DI通过中断信号、串口和通用IO口完成收发数据包、音频编解码数据和外部MCU的交换，同时通过SPI接口完成对芯片内部的配置。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型将复杂、零乱、体积大的器件和通用基带数据处理模块DSP有效集成在芯片内部，实现高性能的数字信号处理和收发，只需外部搭载通用微处理器MCU实现数字对讲机通信协议和键盘显示控制即可完成数字对讲机完整功能，使对讲机外部设计更为简单，并能方便实现数模兼容通信，其设计结构巧妙，整体构成较为简洁，功耗低、集成度高、性能强、成本低、小型化，具有广泛的应用前景，适合推广应用。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型中小数频率综合器的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1至图2所示，通用数字对讲机射频SOC芯片，包括采用一次变频低中频镜像抑制结构的接收通道，采用直接调制结构的发射通道，与接收通道和发射通道均连接的数字信号处理模块DSP，与数字信号处理模块DSP连接的语音编解码器CODEC，均与语音编解码器CODEC连接的话音输入通道和语音输出通道，以及与数字信号模块DSP连接并与外部微处理器MCU进行数据交换的数字接口模块，其中，话音输入通道接入麦克风信号，语音输出通道发出语音信号，接收通道和发射通道通过外接天线输入和输出射频信号。

进一步地，所述接收通道包括接入射频信号的低噪声放大器LNA，接收低噪声放大器LNA输出的正交射频信号的正交下变频混频器Mixer，与正交下变频混频器Mixer连接的镜像抑制带通滤波器IR，对经过镜像抑制带通滤波器IR的正交信号处理的可变增益放大器VGA，以及将可变增益放大器VGA输出的射频模拟信号转换为向数字信号处理模块输出的数字信号的接收通道模数变换器ADC1。

进一步地，所述发射通道包括依次连接的FM/FSK/4FSK调制器、小数频率综合器PLL和功率放大器驱动级PAdriver，其中，FM/FSK/4FSK调制器接收并调制来自数字信号处理模块DSP的待发送信号，功率放大器驱动级PAdriver将待发送信号放大后输出到外部；所述小数频率综合器PLL还接收外部晶振信号并向接收通道输出差分本振信号。

具体地，所述小数频率综合器PLL包括由压控振荡器VCO、前置分频器Prescaler、可编程分频器PScounter、鉴频鉴相器PFD、电荷泵CP和CP2以及环路滤波器构成的小数分配锁相环结构，与可编程分频器PScounter连接的∑-Δ调制器，以及与压控振荡器VCO连接的晶振有源电路，其中，鉴频鉴相器PFD还接收参考信号Fref，∑-Δ调制器接收小数分频信号。

更进一步地，所述数字信号处理模块DSP包括相互连接的数字中频信号滤波模块、信号功率检测模块RSSI、自动增益控制模块AGC、自动频偏控制模块AFC、FM/FSK4FSK解调器和包处理模块PacketHandler，其中，来自接收通道的数字中频信号经数字中频信号滤波模块滤波后，由FM/FSK4FSK解调器解调并输出至语音编解码器CODEC；信号功率检测模块对解调后的信号进行检测，结果作用于AGC和AFC，自动增益控制模块AGC对接收通道中LNA、Mixer和VGA均产生作用，自动频偏控制模块AFC作用于接收通道。具体地，所述话音输入通道包括接入麦克风信号的输入放大器AMP1，与输入放大器AMP1连接并与语音编解码器CODEC连接的模数变换器ADC2，以及从输入放大器AMP1输出端采集信号的语音激活检测电路VOX。

并且，所述语音输出通道包括与语音编解码器CODEC连接的数模变换器DAC，以及与数模变换器DAC连接并向外部喇叭输出语音信号的输出放大器AMP2。

进一步地，所述数字接口模块包括均与包处理模块PacketHandler连接的接收缓存器RXFIFO和发射缓存器TXFIFO，以及与接收缓存器RXFIFO和发射缓存器TXFIFO均连接的数字接口DI，其中，语音编解码器CODEC还通过数字接口DI与外部微处理器MCU进行数据交换处理。接收缓存器RXFIFO用于存储基带数字信号处理模块DSP接收到的数据包，发射缓存器TXFIFO用于存储外部MCU送来的发射数据包，数字接口DI通过中断信号、串口和通用IO口完成收发数据包、音频编解码数据和外部MCU的交换，同时通过SPI接口完成对芯片内部的配置。

本实用新型在应用中，既可以用于模拟(FM)对讲机，也可以用于数字对讲机(4FSK)。

在应用于模拟对讲机时，芯片的接收通道将RF载波信号下变频后进行FM解调，转化成声音信号，发射通道将声音信号经过FM调制转化成RF载波，高度集成的SOC芯片只需要一个MCU和少许片外元件即可实现模拟对讲机功能。接收时，接收通道先将射频信号进行低噪声放大，然后经过正交下变频转换为低中频信号，下变频所需的本振信号由发射通道内的全集成小数频率综合器PLL产生，中频信号再通过镜像抑制带通滤波器滤除干扰信号以后由可变增益放大器VGA采用自动增益控制AGC机制进行放大，然后通过高精度的模数变换器ADC1转换为数字中频信号，送到基带数字信号处理模块DSP进行信道滤波和FM解调，解调出的音频信号送到语音编解码CODEC经过数字滤波分离出语音信号和亚音频信号，其中语音信号进行去加重、扩张以后由数模变换器DAC转换为模拟信号，然后通过音频放大模块进行放大后送到喇叭重放，而亚音频信号则通过滤波和检测得到亚音频信令(CTCSS/CDCSS)和DTMF信号用于静噪(SQ)和通信控制；基带数字信号处理模块在完成信号解调的同时还需要检测信号功率RSSI和中心频率偏移，检测结果用于自动增益控制模块AGC和自动频偏控制模块AFC，自动增益控制通过控制接收通道各个模块的增益实现，自动频偏控制通过控制小数频率综合器PLL的sigma_delta调制器实现。发射时，音频处理模块首先将麦克风产生的信号经过放大及语音激活检测(VOX)以后进行模数变换(ADC)转换为数字音频信号，然后送到语音编解码(CODEC)进行数字滤波、压缩、预加重处理，再添加亚音频信号(CTCSS/CDCSS)和DTMF以后送到基带数字信号处理模块，然后通过FM/FSK/4FSK调制器对小数频率综合器的∑-Δ调制器进行FM调制，得到的射频FM信号由VCO输出，然后通过功率放大器驱动级PAdriver进行放大后输出到芯片外部。

在应用于数字对讲机时，芯片的射频收发部分功能和模拟对讲机完全类似，接收通道的低噪声放大器、正交下变频器、小数频率综合器、镜像抑制带通滤波器、可变增益放大器VGA、模数转换器ADC1完成接收射频信号到数字中频信号的转换；发射通道的小数频率综合器PLL和射频功率放大器驱动级完成发射数字基带信号的4FSK调制和输出射频调制信号的功率放大。数字对讲机模式和模拟对讲机模式最大的区别在于数字信号的处理部分，芯片接收状态时，将接收到的数字中频信号首先通过基带数字信号处理模块DSP进行信道滤波和4FSK信号的解调，并完成接收数据的时钟和数据恢复(CDR)产生二进制码流，然后经过包处理模块PacketHandler进行前导码Preamble检测、同步字检测和CRC校验等操作产生相应的中断信号，并将有效数据送入接收缓存器RXFIFO进行存储，同时产生中断通知片外MCU通过数字接口DI读取接收缓存器中的数据并进行数字对讲机通信协议的帧处理，MCU根据协议恢复出的语音信号通过数字接口DI送到芯片内部的语音编解码器CODEC进行音频解码，然后经过数模变换器DAC转换为模拟信号放大后送到喇叭重放；芯片发射状态时，麦克风产生的信号经过放大及语音激活检测电路VOX以后进行模数变换器ADC2转换为数字音频信号，然后送到语音编解码器CODEC进行音频编码，编码后的音频信号通过数字接口DI送到片外MCU中根据数字对讲机协议进行发射语音包的帧协议处理，然后将发射帧数据通过数字接口DI写入芯片内部的发射缓存器TXFIFO，芯片内部包处理模块PacketHandler读取发射缓存器TXFIFO中的数据并根据需要添加前导码Preamble和同步字及CRC校验字后送到FM/FSK/4FSK调制器模块对小数频率综合器的∑-△调制器进行4FSK调制，得到的射频调制信号由VCO输出，然后通过功率放大器驱动级PAdriver进行放大后输出到芯片外部。

数字对讲机芯片还支持FSK调制方式的数据接收和发射，其原理和流程与4FSK信号的接收发射相同。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非对本实用新型保护范围的限制，但凡采用本实用新型的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本实用新型的保护范围之内。