专利名称：音频接收机、具有音频接收机的便携设备、音频通信系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及微电子领域，尤其涉及一种音频接收机、具有音频接收机的便携设备、音频通信系统。
背景技术：
人们在会议室、舞台等较大的空间进行交流活动时，因自然声源(如演讲、乐器演奏和演唱等)发出的声音能量是有限的，其声压级随着传播距离的增大而迅速衰减，再加上环境噪声的影响，使声音的传播距离更短，因此需要使用扩音系统进行扩音，将声源的信号放大，有效地提高声场范围内的声压级，增大声音的传播距离。常见的无线麦克风系统主要由无线麦克风、音频发射机、音频接收机、功率放大器和扬声器等设备组成。无线麦克风 将来自音源的声音信号转化为音频信号，音频发射机对该音频信号进行FM调制，得到射频信号后将该射频信号以电磁波的形式从空中发射出去，音频接收机接收电磁波，然后对射频信号进行放大、解调后得到音频信号，该音频信号送至功率放大器，经过功率放大器的放大最终送至扬声器转化为声音。如图I所示，为现有技术中音频接收机的结构示意图，混频器11将不同频率的射频信号与本地振荡器10生成的本地振荡信号进行混频后得到一定频率范围内的中频FM信号，该中频FM信号经选频滤波器12滤波后送入解调器13，解调器13解调出音频信号。在调台时，本地振荡器10生成的本地振荡信号的频率会发生变化，这样不同频道的射频信号就会被转化成一定频率范围内的中频FM信号。如图2A所示，为现有技术中一种本地振荡器的结构示意图，PVC电容211与电感212形成并联LC回路，配合振荡电路213，形成一个
LC振荡器，LC振荡器的振荡频率为F = ^-1 I ，可见，电容值直接决定了振荡频率，
2* ;r* VL - C
而PVC电容值随温度的变化为30 50PPM/°C，这样接收机很难准确工作在目标频道上，而总是有一定的偏差。在传统广播中，假设发射机的发射频率准确无误，接收机工作在IOOMHz的频段，工作过程中如果环境变化2°C，则收发频差为(30 50)PPM/°C *2°C * I OOMHz =(6 10) kHz，而在传统广播中，中频FM信号的带宽范围是50kHz 100kHz，存在6 IOkHz收发频差的情况下，大部分中频FM信号可以通过选频滤波器12进入解调器13，解调器13再对中频FM信号进行解调获得音频信号。将传统音频接收机的结构应用于900MHz频段的无线扩音系统时，同样假设环境温度变化2V，并假设接收机中只有本地振荡器的PVC电容值不稳定，其电容值随温度的变化为30 50PPM/°C，则无线扩音系统的收发频差为(30 50) PPM/0C *20C *900MHz = (54 90) kHz，而无线扩音系统的中频FM信号的带宽为50kHz，(54 90)kHz的收发频差与中频FM信号的带宽相当，而在实际电路中，PVC电容值随温度的变化更大，导致最大收发频差达到中频FM信号带宽的数倍，有用信号根本无法通过接收机中的选频滤波器12，当解调器13对过滤后的信号进行解调时，也无法得到正确的音频信号。为了克服PVC电容值不稳定，且在UHF频段及更高频段工作频率影响扩大的缺点，现有技术的本地振荡器采用晶体振荡器和分数分频锁相环(Phase-Locked Loop，简称PLL)相结合的结构实现，如图2B所示，为现有技术中另一种本地振荡器的结构示意图，该本地振荡器包括晶体振荡器101、1/M分频器22和锁相环(Phase-Locked Loop,简称PLL) 23，PLL 23包括鉴相器103、环路滤波器104、压控振荡器105和1/N分频器234，其中，M和N为分频系数分频比。压控振荡器105的输出频率Fvco就是接收机的接收频率，因此应当根据晶体振荡器101的自由振荡频率和接收频道值，设定M与N的值，使得压控振荡器105的输出频率Fvco尽量接近接收频道值。假设晶体振荡器101的自由振荡频率为Fxtal，那么压控振荡器105的输出频率Fvco = Fxtal/M*N，而压控振荡器105的输出频率Fvco就是接收机的接收频率，因此，选定分频系数分频比M和N后，音频接收机的接收频率就确定了。对于采用图2B所示本地振荡器的音频接收机，音频接收机的接收频率的准确度受以下两个因素的限制影响一个是音频接收机的最小频道步进间隔Fstep，Fstep =Fxtal/M,Fstep越大，当接收频率与发射频率存在偏差时，接收机的接收频率准确度可调节的精度就越低；另一个是晶体振荡器的频率准确稳定度，一般情况下，晶体振荡器的频率准 确度都在0. 5ppm/°C以下，保证了接收机工作后，环境温度变化不会对接收频率造成很大影响。但批量生产的晶体，其频率准确度会有20ppm 50ppm的工艺误差，如果直接用于UHF等高频无线麦克风系统中，接收频率的误差同样不可接受。频率准确度在现有技术中，一般情况下，音频接收机的最小频道步进间隔Fstep不小于25kHz, Fstep太低会使PLL环路的设计变得很困难，虽然可以采用自动频率校正技术使得接收机可以根据发射机的发射频率调整本地振荡信号的频率，但是校正误差与最小频道步进间隔Fstep相当，最终使得接收机的接收频率的准确度较低。为了进一步提高音频接收机的接收频率的准确度，通常采用提高晶体振荡器的频率准确度的做法，这时就只能采用人工手动校准晶体振荡器的频率准确度，或选择频率准确度较高的晶体振荡器，因此无法降低对晶体振荡器的频率准确度的要求,而且也增大了生产成本。
实用新型内容本实用新型提供一种音频接收机、具有音频接收机的便携设备、音频通信系统，用以实现提高音频接收机的接收频率的准确度，同时降低生产成本和对晶体振荡器的频率准确度的要求。本实用新型提供一种音频接收机，所述音频接收机应用于无线麦克风系统，所述音频接收机包括本地振荡器，包括晶体振荡器、鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和多分频比分频器，所述鉴相器与所述晶体振荡器连接，所述环路滤波器与所述鉴相器连接，所述压控振荡器与所述环路滤波器连接，所述多分频比分频器连接在所述压控振荡器和所述鉴相器之间，其中，所述多分频比分频器具有两个以上分频比；混频器，与所述压控振荡器连接；模数转换器，与所述混频器连接；选频滤波器，与所述模数转换器连接；解调器，与所述选频滤波器连接；[0013]频道分配逻辑模块，与所述多分频比分频器连接，用于根据接收频道值Fchan和所述晶体振荡器的自由振荡频率Fxtal，生成整数分频比N和小数分频比P，将所述整数分频比N发送给所述多分频比分频器，其中，整数分频比N等于Fchan/Fxtal的整数部分，小数分频比P等于Fchan/Fxtal的小数部分；校正量估计模块，与所述解调器连接，用于根据所述解调器输出的信号，估计对所述小数分频比P的校正量Fafc ；逻辑处理电路，与所述校正量估计模块和所述频道分配逻辑模块连接，所述逻辑电路接收所述小数分频比P和所述校正量Fafc,进行如下逻辑处理P+Fafc/Fxtal ；E -A调制器，连接在所述逻辑处理电路和所述多分频比分频器之间；所述多分频比分频器用于根据所述分频比N，生成所述两个以上分频比，在所述E -A调制器的输出信号的控制下，在所述两个以上分频比之间进行切换。 本实用新型还提供一种具有音频接收机的便携设备，包括信道选择接口 ；音频接收机；音频信号输出接口 ；其中，所述音频接收机包括前述音频接收机的任一模块。本实用新型还提供一种音频通信系统，包括音频发射机和音频接收机，所述音频接收机包括前述音频接收机的任一模块。在本实用新型中，音频接收机的最小频道步进间隔非常小，通过采用自动频率校正技术，可以自动将接收机的接收频率对准发射机的发射频率，降低了对晶体振荡器的频率准确度的要求，不必采用人工手动校准晶体振荡器的频率准确度，也不必选择频率准确度较高的晶体振荡器，从而降低了成产成本和对晶体振荡器的频率准确度的要求。
图I为现有技术中音频接收机的结构示意图；图2A为现有技术中一种本地振荡器的结构示意图；图2B为现有技术中另一种本地振荡器的结构示意图；图3为本实用新型音频接收机实施例的结构示意图；图4为本实用新型具有音频接收机的便携设备实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的描述。如图3所示，为本实用新型音频接收机实施例的结构示意图，该音频接收机可以应用于无线麦克风系统，该音频接收机可以包括本地振荡器10、混频器11、模数转换器303、选频滤波器12、解调器13、校正量估计模块307、频道分配逻辑模块308、逻辑处理电路309、E -A调制器310。其中，本地振荡器10包括晶体振荡器101、鉴相器103、环路滤波器104、压控振荡器105和多分频比分频器106。与连接，鉴相器103与晶体振荡器101连接，环路滤波器104与鉴相器103连接，压控振荡器105与环路滤波器104连接，多分频比分频器106连接在压控振荡器105和鉴相器103之间。混频器11与压控振荡器105连接；模数转换器303与混频器11连接；选频滤波器12与模数转换器303连接；解调器13与选频滤波器12连接；校正量估计模块与解调器13连接；频道分配逻辑模块308与多分频比分频器106连接；逻辑处理电路309与校正量估计模块和频道分配逻辑模块308连接；E - A调制器310连接在逻辑处理电路309和多分频比分频器106之间。在本实施例中多分频比分频器106具有两个以上分频比。频道分配逻辑模块308用于根据接收频道值Fchan、晶体振荡器101的自由振荡频率Fxtal，生成整数分频比N和小数分频比P，将整数分频比N发送给多分频比分频器106，将小数分频比P发送给逻辑处理电路309。校正量估计模块307用于根据解调器13输出的信号，估计对所述小数分频比P的校正量Fafc，将校正量Fafc发送给逻辑处理电路309，校正量Fafc可以补偿晶体振荡器101的振荡频率随温度变化的不稳定性。逻辑处理电路309用于接收小数分频比P和校正量Fafc，完成如下逻辑处理P+Fafc/Fxtal，将逻辑处理的结果发送给E -A调制器310。E -A调制器310通过过采样，把高分辨率信号用脉冲密度调制编码为低分辨率信号，即用高采样率的低分辨率信号表示低采样率的高分辨率信 输出信号的控制下，在两个以上分频比之间进行连续切换，切换的频率为E -A调制器310的采样率。具体地,整数分频比N等于Fchan/Fxtal的整数部分，小数分频比P等于Fchan/Fxtal的小数部分。多分频比分频器106生成的两个以上分频比的个数小于或等于2t，t为E -A调制器310的输出信号的位数，这两个以上分频比包括N和N+1，再均匀地向N和N+1的两侧扩展，基本上以N为中心。例如多分频比分频器106具有4个分频比，
Fchan/Fxtal = 4-,则N = 4, P=丄,这4个分频比可以分别是N = 4、N+1 = 5、N-1 = 3和 6 6
N+2 = 6。多分频比分频器106在E -A调制器310的输出信号的控制下，在两个以上分频比之间不停地进行切换，使得多分频比分频器106的分频比等于N+P+Fafc/Fxtal。本实施例的工作过程如下本地振荡器10生成本地振荡信号，混频器11将接收的射频信号与本地振荡信号进行混频，模数转换器303将混频后的信号进行模数转换，选频滤波器12对模数转换后的信号进行选频滤波得到接收频道的中频FM信号，解调器13对中频FM信号进行解调处理得到音频信号并输出该音频信号。本实施例采用了如下的自动频率校正技术鉴相器103、环路滤波器104、压控振荡器105和多分频比分频器106形成一个锁相环，校正量估计模块307根据解调器13输出的音频信号获取对小数分频比P的校正量Fafc，并将校正量Fafc经逻辑处理电路309和E -A调制器310反馈至本地振荡器10，经过锁相环的处理后，当实时收发频差=0后，接收机的接收频率对准发射机的发射频率，此时校正量Fafc不再发生变化。本实施例采用自动频率校正技术使得实时收发频差=0后，多分频比分频器106的分频比=N+P+Fafc/Fxtal，而本地振荡器10生成的本地振荡信号的频率=Fxtal* (N+P+Fafc/Fxtal) = Fchan+Fafc,相对于现有技术,Fafc补偿了晶体振荡器101的振荡频率随温度变化的不稳定性，使得本地振荡信号的频率更准确。在本实施例中，音频接收机的最小频道步进间隔取决于E -A调制器310的动态范围，例如E -A调制器310的动态范围为120dB，则音频接收机的最小频道步进间隔是Fxtal X 10'假设Fxtal = 20MHz，则最小频道步进间隔为20Hz，远远低于图I中音频接收机的最小频道步进间隔25KHz。由于音频接收机的最小频道步进间隔非常小，通过采用自动频率校正技术，可以自动将接收机的接收频率对准发射机的发射频率，降低了对晶体振荡器的频率准确度的要求，不必采用人工手动校准晶体振荡器的频率准确度，也不必选择频率准确度较高的晶体振荡器，从而降低了成产成本和对晶体振荡器的频率准确度的要求。进一步地，在本实施例中，鉴相器103、环路滤波器104、压控振荡器105、多分频比分频器106、混频器11、模数转换器303、选频滤波器12、解调器13、校正量估计模块307、频道分配逻辑模块308、逻辑处理电路309、E -A调制器310可以集成在一个集成电路上。另外，再参见图3所示结构示意图，校正量估计模块307可以包括直流提取单元3071、频率映射单元3072、以及积分器3073。其中，直流提取单元3071与解调器13连接，直流提取单元3072与直流提取单元3071连接，积分器与频率映射单元3072连接。直流提 取单元3071用于提取解调器输出的信号的直流部分；频率映射单元3072用于将该直流部分映射为实时收发频差，积分器3073对实时收发频差进行积分得到对小数分频比P的校正量。进一步地,再参见图3所示结构示意图，本实施例还可以包括去加重电路312、扩展器311和数模转换器306，去加重电路312与解调器13连接，扩展器311与去加重电路312连接，数模转换器306与扩展器311连接。扩展器311用于扩展信号的动态范围。可选地，本实施例可以包括去加重电路312、扩展器311和数模转换器306中的一个或两个电路。另外，去加重电路312、扩展器311和数模转换器306可以集成在前述集成电路中。如图4所示，为本实用新型具有音频接收机的便携设备实施例的结构示意图，可以包括信道选择接口 41、音频接收机42和音频信号输出接口 43，其中，信道选择接口 41与音频接收机42连接，音频信号输出接口 43与音频接收机42连接。音频接收机42可以是前述音频接收机实施例中的音频接收机。音频信号输出接口 43可以输出模拟音频信号、数字音频信号或以上两者。本实用新型还提供了一种音频通信系统实施例，包括音频发射机和音频接收机，音频发射机将音频信号处理成射频信号并发送出去，音频接收机将对射频信号进行处理得到音频信号，该音频接收机可以是前述音频接收机实施例中的音频接收机。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。
权利要求1.一种音频接收机，其特征在于，所述音频接收机应用于无线麦克风系统，所述音频接收机包括 本地振荡器，包括晶体振荡器、鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和多分频比分频器，所述鉴相器与所述晶体振荡器连接，所述环路滤波器与所述鉴相器连接，所述压控振荡器与所述环路滤波器连接，所述多分频比分频器连接在所述压控振荡器和所述鉴相器之间，其中，所述多分频比分频器具有两个以上分频比； 混频器，与所述压控振荡器连接； 模数转换器，与所述混频器连接； 选频滤波器，与所述模数转换器连接； 解调器，与所述选频滤波器连接； 频道分配逻辑模块，与所述多分频比分频器连接，用于根据接收频道值Fchan和所述晶体振荡器的自由振荡频率Fxtal，生成整数分频比N和小数分频比P，将所述整数分频比N发送给所述多分频比分频器，其中，整数分频比N等于Fchan/Fxtal的整数部分，小数分频比P等于Fchan/Fxtal的小数部分； 校正量估计模块，与所述解调器连接，用于根据所述解调器输出的信号，估计对所述小数分频比P的校正量Fafc ； 逻辑处理电路，与所述校正量估计模块和所述频道分配逻辑模块连接，所述逻辑电路接收所述小数分频比P和所述校正量Fafc,进行如下逻辑处理P+Fafc/Fxtal ； E -A调制器，连接在所述逻辑处理电路和所述多分频比分频器之间； 所述多分频比分频器用于根据所述分频比N，生成所述两个以上分频比，在所述E -A调制器的输出信号的控制下，在所述两个以上分频比之间进行切换。
2.根据权利要求I所述的音频接收机，其特征在于，所述鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、多分频比分频器、混频器、模数转换器、选频滤波器、解调器、校正量估计模块、频道分配逻辑模块、加法器、E -A调制器集成在一个集成电路上。
3.根据权利要求I或2所述的音频接收机，其特征在于，还包括 数模转换器，与所述解调器连接。
4.根据权利要求I或2所述的音频接收机，其特征在于，所述校正量估计模块包括 直流提取单元，与所述解调器连接，用于提取所述解调器输出的信号的直流部分； 频率映射单元，与所述直流提取单元连接，用于将所述直流部分映射为实时收发频差; 积分器，与所述频率映射单元连接，用于对所述实时收发频差进行积分得到对所述小数分频比P的校正量Fafc。
5.根据权利要求I或2所述的音频接收机，其特征在于，还包括 扩展器，连接在所述解调器与所述数模转换器之间，用于扩展所述解调器输出的信号的动态范围。
6.根据权利要求I或2所述的音频接收机，其特征在于，还包括 去加重电路，连接在所述解调器与所述数模转换器之间。
7.一种具有音频接收机的便携设备，其特征在于，包括 信道选择接口；音频接收机； 音频信号输出接口； 其中，所述音频接收机包括权利要求1-6任一所述的音频接收机。
8.一种音频通信系统，包括音频发射机和音频接收机，其特征在于，所述音频接收机包括权利要求1-6任一所述的音频接收机。
专利摘要本实用新型涉及一种音频接收机、具有音频接收机的便携设备、音频通信系统。其中，所述音频接收机应用于无线麦克风系统，所述音频接收机包括本地振荡器，包括晶体振荡器、鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和多分频比分频器；混频器；模数转换器；选频滤波器；解调器；频道分配逻辑模块；校正量估计模块；逻辑处理电路；∑-Δ调制器。本实用新型可以提高音频接收机的接收频率的准确度，同时降低生产成本和对晶体振荡器的频率准确度的要求。
文档编号H04B1/16GK202475405SQ20122006043
公开日2012年10月3日 申请日期2012年2月22日 优先权日2012年2月22日
发明者张富彬, 李丛, 李振, 李旭芳, 杨培 申请人:北京昆腾微电子有限公司