本實用新型涉及對講機技術領域，具體地講，是涉及一種通用數(shù)字對講機射頻SOC芯片。

背景技術：

對講機作為專業(yè)移動通信系統(tǒng)的重要設備之一，在工業(yè)企業(yè)，政府，公共安全和其他組織部門的內(nèi)部指揮調(diào)度，搶險救災應急通信和指揮，處理緊急突發(fā)事件中發(fā)揮著不可替代的作用，已成為國家安全、公安警察、交通管理、石油化工、建筑施工、機械制造、物業(yè)保安等部門重要的無線通信裝備。

隨著電子、計算機技術和數(shù)字化技術的不斷發(fā)展，無線電對講機也發(fā)生了日新月異的變化，模擬常規(guī)和模擬集群對講機都開啟了數(shù)字化的時代。數(shù)字對講機與傳統(tǒng)模擬對講機相比具有無可比擬的性能優(yōu)勢，但是數(shù)字對講機的成本相對高出許多。在傳統(tǒng)數(shù)字對講機方案中，采用數(shù)百個分離器件和通用數(shù)字處理芯片，集成度低，功耗高，PCB尺寸大，布局困難，射頻、數(shù)字模塊之間干擾大，開發(fā)難度大，而且一致性差，需要大量的調(diào)試工作，導致數(shù)字對講機成本居高不下。

對講機的射頻模擬部分如低噪放大、兩次混頻、窄帶濾波，音頻處理等電路需要占用較大的PCB面積，且調(diào)試復雜，給生產(chǎn)與品質(zhì)控制帶來極大困難；因此在數(shù)字對講機芯片中，射頻收發(fā)機同時集成基帶處理的SOC芯片的設計和實現(xiàn)是關鍵技術之一，射頻專用SOC芯片的性能、成本、集成度等因素都直接影響著整個數(shù)字對講機系統(tǒng)的成本和性能。銳迪科微電子有限公司的AT1847芯片集成了模擬FM對講機的全部功能，但是用于數(shù)字對講機時該芯片只能完成基本的模擬信號上下變頻功能，沒有對數(shù)字基帶信號的4FSK調(diào)制解調(diào)處理，沒有對收發(fā)數(shù)據(jù)幀的處理，也沒有完成對語音信號的編碼和解碼(CODEC)，因此該芯片還需搭載通用的數(shù)字信號處理器(DSP)完成基帶處理和音頻編解碼才能實現(xiàn)完整的數(shù)字對講機功能。為了克服現(xiàn)有技術的不足，本實用新型通過先進的射頻SOC芯片制造技術把復雜、零亂、體積大的器件和通用基帶數(shù)據(jù)處理芯片(DSP)有效集成在芯片內(nèi)部，實現(xiàn)高性能的數(shù)字信號處理和收發(fā)，只需外部搭載通用微處理器(MCU)實現(xiàn)數(shù)字對講機通信協(xié)議和鍵盤顯示控制即可完成數(shù)字對講機完整功能，讓對講機設計越來越簡單可靠，并能方便實現(xiàn)數(shù)模兼容通信。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術中的上述問題，本實用新型提供一種外圍元器件少、功耗低、集成度高、性能強、成本低、小型化的通用數(shù)字對講機射頻SOC芯片。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：

一種通用數(shù)字對講機射頻SOC芯片，包括采用一次變頻低中頻鏡像抑制結(jié)構的接收通道，采用直接調(diào)制結(jié)構的發(fā)射通道，與接收通道和發(fā)射通道均連接的數(shù)字信號處理模塊DSP，與數(shù)字信號處理模塊DSP連接的語音編解碼器CODEC，均與語音編解碼器CODEC連接的話音輸入通道和語音輸出通道，以及與數(shù)字信號模塊DSP連接并與外部微處理器MCU進行數(shù)據(jù)交換的數(shù)字接口模塊，其中，話音輸入通道接入麥克風信號，語音輸出通道發(fā)出語音信號，接收通道和發(fā)射通道通過外接天線輸入和輸出射頻信號。

進一步地，所述接收通道包括接入射頻信號的低噪聲放大器LNA，接收低噪聲放大器LNA輸出的正交射頻信號的正交下變頻混頻器Mixer，與正交下變頻混頻器Mixer連接的鏡像抑制帶通濾波器IR，對經(jīng)過鏡像抑制帶通濾波器IR的正交信號處理的可變增益放大器VGA，以及將可變增益放大器VGA輸出的射頻模擬信號轉(zhuǎn)換為向數(shù)字信號處理模塊輸出的數(shù)字信號的接收通道模數(shù)變換器ADC1。接收過程中先將射頻信號進行低噪聲放大，然后經(jīng)過正交下變頻轉(zhuǎn)換為低中頻信號，下變頻所需的本振信號來自發(fā)射通道中的小數(shù)頻率綜合器PLL，中頻信號再通過鏡像抑制帶通濾波器濾除干擾信號以后由可變增益放大器采用自動增益控制機制AGC進行放大，然后通過模數(shù)變換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號，送到數(shù)字信號處理模塊DSP進行基帶信號的解調(diào)處理。

進一步地，所述發(fā)射通道包括依次連接的FM/FSK/4FSK調(diào)制器、小數(shù)頻率綜合器PLL和功率放大器驅(qū)動級PAdriver，其中，F(xiàn)M/FSK/4FSK調(diào)制器接收并調(diào)制來自數(shù)字信號處理模塊DSP的待發(fā)送信號，功率放大器驅(qū)動級PAdriver將待發(fā)送信號放大后輸出到外部；所述小數(shù)頻率綜合器PLL還接收外部晶振信號并向接收通道輸出差分本振信號。

具體地，所述小數(shù)頻率綜合器PLL包括由壓控振蕩器VCO、前置分頻器Prescaler、可編程分頻器PScounter、鑒頻鑒相器PFD、電荷泵CP和CP2以及環(huán)路濾波器構成的小數(shù)分配鎖相環(huán)結(jié)構，與可編程分頻器PScounter連接的∑-Δ調(diào)制器，以及與壓控振蕩器VCO連接的晶振有源電路，其中，鑒頻鑒相器PFD還接收參考信號Fref，∑-Δ調(diào)制器接收小數(shù)分頻信號。

發(fā)射工作時，基帶信號通過FM/FSK/4FSK調(diào)制器對小數(shù)頻率綜合器PLL的∑-Δ調(diào)制器進行頻率調(diào)制，得到的射頻調(diào)制信號由VCO輸出，然后通過功率放大器驅(qū)動級進行放大后輸出到芯片外部。

更進一步地，所述數(shù)字信號處理模塊DSP包括相互連接的數(shù)字中頻信號濾波模塊、信號功率檢測模塊RSSI、自動增益控制模塊AGC、自動頻偏控制模塊AFC、FM/FSK4FSK解調(diào)器和包處理模塊PacketHandler，其中，來自接收通道的數(shù)字中頻信號經(jīng)數(shù)字中頻信號濾波模塊濾波后，由FM/FSK4FSK解調(diào)器解調(diào)并輸出至語音編解碼器CODEC；信號功率檢測模塊對解調(diào)后的信號進行檢測，結(jié)果作用于AGC和AFC，自動增益控制模塊AGC對接收通道中LNA、Mixer和VGA均產(chǎn)生作用，自動頻偏控制模塊AFC作用于接收通道。在接收工作時，通過相應模塊進行數(shù)字中頻信號的信道濾波和解調(diào)，再送到CODEC進行音頻處理，而FSK/4FSK解調(diào)信號則進行時鐘和數(shù)據(jù)恢復產(chǎn)生二進制碼流，然后經(jīng)過包處理模塊進行前導碼Preamble檢測、同步字檢測和CRC校驗等操作產(chǎn)生相應的中斷信號，并將有效數(shù)據(jù)送入接收緩存器RXFIFO進行存儲；DSP在完成信號解調(diào)的同時還需要檢測信號功率RSSI和中心頻率便宜，檢測結(jié)果作用于自動增益控制模塊AGC和自動頻偏控制模塊AFC，自動增益控制模塊通過控制接收通道各個模塊(如LNA、Mixer和VGA)的增益實現(xiàn)，自動頻偏控制模塊通過控制小數(shù)頻率綜合器PLL的∑-Δ調(diào)制器實現(xiàn)。發(fā)射工作時，帶發(fā)送的數(shù)據(jù)包由包處理模塊從發(fā)射緩存器TXFIFO中讀取，然后添加前導碼Preamble、同步字和CRC校驗字后送到DSP中進行整形濾波，最后送到發(fā)射通道的FM/FSK/4FSK調(diào)制器中進行調(diào)制發(fā)射。

具體地，所述話音輸入通道包括接入麥克風信號的輸入放大器AMP1，與輸入放大器AMP1連接并與語音編解碼器CODEC連接的模數(shù)變換器ADC2，以及從輸入放大器AMP1輸出端采集信號的語音激活檢測電路VOX。

并且，所述語音輸出通道包括與語音編解碼器CODEC連接的數(shù)模變換器DAC，以及與數(shù)模變換器DAC連接并向外部喇叭輸出語音信號的輸出放大器AMP2。

數(shù)字對講機在接收工作時，外部微處理器MCU根據(jù)通信協(xié)議將芯片的接收數(shù)據(jù)包中恢復出的語音信號通過數(shù)字接口DI(Digital Interface)送到芯片內(nèi)部的語音編解碼器CODEC進行音頻解碼，解碼后的信號經(jīng)過數(shù)模變換器DAC轉(zhuǎn)換為模擬信號由輸出放大器AMP2進行放大后送到喇叭重放；數(shù)字對講機發(fā)射工作時，麥克風信號由輸入放大器AMP1進行放大，然后通過模數(shù)變換器ADC2轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號，送到語音編解碼器CODEC中進行音頻編碼，編碼后的音頻信號通過數(shù)字接口DI送到外部微處理器MCU中根據(jù)通信協(xié)議進行語音包的成幀處理和發(fā)射操作。話音輸入通道中包含的語音激活檢測電路VOX，用于對麥克風語音信號進行檢測和產(chǎn)生中斷信號，以實現(xiàn)對講機的語音激活通話功能。

進一步地，所述數(shù)字接口模塊包括均與包處理模塊PacketHandler連接的接收緩存器RXFIFO和發(fā)射緩存器TXFIFO，以及與接收緩存器RXFIFO和發(fā)射緩存器TXFIFO均連接的數(shù)字接口DI，其中，語音編解碼器CODEC還通過數(shù)字接口DI與外部微處理器MCU進行數(shù)據(jù)交換處理。接收緩存器RXFIFO用于存儲基帶數(shù)字信號處理模塊DSP接收到的數(shù)據(jù)包，發(fā)射緩存器TXFIFO用于存儲外部MCU送來的發(fā)射數(shù)據(jù)包，數(shù)字接口DI通過中斷信號、串口和通用IO口完成收發(fā)數(shù)據(jù)包、音頻編解碼數(shù)據(jù)和外部MCU的交換，同時通過SPI接口完成對芯片內(nèi)部的配置。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：

本實用新型將復雜、零亂、體積大的器件和通用基帶數(shù)據(jù)處理模塊DSP有效集成在芯片內(nèi)部，實現(xiàn)高性能的數(shù)字信號處理和收發(fā)，只需外部搭載通用微處理器MCU實現(xiàn)數(shù)字對講機通信協(xié)議和鍵盤顯示控制即可完成數(shù)字對講機完整功能，使對講機外部設計更為簡單，并能方便實現(xiàn)數(shù)模兼容通信，其設計結(jié)構巧妙，整體構成較為簡潔，功耗低、集成度高、性能強、成本低、小型化，具有廣泛的應用前景，適合推廣應用。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構框圖。

圖2為本實用新型中小數(shù)頻率綜合器的結(jié)構框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，本實用新型的實施方式包括但不限于下列實施例。

實施例

如圖1至圖2所示，通用數(shù)字對講機射頻SOC芯片，包括采用一次變頻低中頻鏡像抑制結(jié)構的接收通道，采用直接調(diào)制結(jié)構的發(fā)射通道，與接收通道和發(fā)射通道均連接的數(shù)字信號處理模塊DSP，與數(shù)字信號處理模塊DSP連接的語音編解碼器CODEC，均與語音編解碼器CODEC連接的話音輸入通道和語音輸出通道，以及與數(shù)字信號模塊DSP連接并與外部微處理器MCU進行數(shù)據(jù)交換的數(shù)字接口模塊，其中，話音輸入通道接入麥克風信號，語音輸出通道發(fā)出語音信號，接收通道和發(fā)射通道通過外接天線輸入和輸出射頻信號。

進一步地，所述接收通道包括接入射頻信號的低噪聲放大器LNA，接收低噪聲放大器LNA輸出的正交射頻信號的正交下變頻混頻器Mixer，與正交下變頻混頻器Mixer連接的鏡像抑制帶通濾波器IR，對經(jīng)過鏡像抑制帶通濾波器IR的正交信號處理的可變增益放大器VGA，以及將可變增益放大器VGA輸出的射頻模擬信號轉(zhuǎn)換為向數(shù)字信號處理模塊輸出的數(shù)字信號的接收通道模數(shù)變換器ADC1。

進一步地，所述發(fā)射通道包括依次連接的FM/FSK/4FSK調(diào)制器、小數(shù)頻率綜合器PLL和功率放大器驅(qū)動級PAdriver，其中，F(xiàn)M/FSK/4FSK調(diào)制器接收并調(diào)制來自數(shù)字信號處理模塊DSP的待發(fā)送信號，功率放大器驅(qū)動級PAdriver將待發(fā)送信號放大后輸出到外部；所述小數(shù)頻率綜合器PLL還接收外部晶振信號并向接收通道輸出差分本振信號。

具體地，所述小數(shù)頻率綜合器PLL包括由壓控振蕩器VCO、前置分頻器Prescaler、可編程分頻器PScounter、鑒頻鑒相器PFD、電荷泵CP和CP2以及環(huán)路濾波器構成的小數(shù)分配鎖相環(huán)結(jié)構，與可編程分頻器PScounter連接的∑-Δ調(diào)制器，以及與壓控振蕩器VCO連接的晶振有源電路，其中，鑒頻鑒相器PFD還接收參考信號Fref，∑-Δ調(diào)制器接收小數(shù)分頻信號。

更進一步地，所述數(shù)字信號處理模塊DSP包括相互連接的數(shù)字中頻信號濾波模塊、信號功率檢測模塊RSSI、自動增益控制模塊AGC、自動頻偏控制模塊AFC、FM/FSK4FSK解調(diào)器和包處理模塊PacketHandler，其中，來自接收通道的數(shù)字中頻信號經(jīng)數(shù)字中頻信號濾波模塊濾波后，由FM/FSK4FSK解調(diào)器解調(diào)并輸出至語音編解碼器CODEC；信號功率檢測模塊對解調(diào)后的信號進行檢測，結(jié)果作用于AGC和AFC，自動增益控制模塊AGC對接收通道中LNA、Mixer和VGA均產(chǎn)生作用，自動頻偏控制模塊AFC作用于接收通道。具體地，所述話音輸入通道包括接入麥克風信號的輸入放大器AMP1，與輸入放大器AMP1連接并與語音編解碼器CODEC連接的模數(shù)變換器ADC2，以及從輸入放大器AMP1輸出端采集信號的語音激活檢測電路VOX。

并且，所述語音輸出通道包括與語音編解碼器CODEC連接的數(shù)模變換器DAC，以及與數(shù)模變換器DAC連接并向外部喇叭輸出語音信號的輸出放大器AMP2。

進一步地，所述數(shù)字接口模塊包括均與包處理模塊PacketHandler連接的接收緩存器RXFIFO和發(fā)射緩存器TXFIFO，以及與接收緩存器RXFIFO和發(fā)射緩存器TXFIFO均連接的數(shù)字接口DI，其中，語音編解碼器CODEC還通過數(shù)字接口DI與外部微處理器MCU進行數(shù)據(jù)交換處理。接收緩存器RXFIFO用于存儲基帶數(shù)字信號處理模塊DSP接收到的數(shù)據(jù)包，發(fā)射緩存器TXFIFO用于存儲外部MCU送來的發(fā)射數(shù)據(jù)包，數(shù)字接口DI通過中斷信號、串口和通用IO口完成收發(fā)數(shù)據(jù)包、音頻編解碼數(shù)據(jù)和外部MCU的交換，同時通過SPI接口完成對芯片內(nèi)部的配置。

本實用新型在應用中，既可以用于模擬(FM)對講機，也可以用于數(shù)字對講機(4FSK)。

在應用于模擬對講機時，芯片的接收通道將RF載波信號下變頻后進行FM解調(diào)，轉(zhuǎn)化成聲音信號，發(fā)射通道將聲音信號經(jīng)過FM調(diào)制轉(zhuǎn)化成RF載波，高度集成的SOC芯片只需要一個MCU和少許片外元件即可實現(xiàn)模擬對講機功能。接收時，接收通道先將射頻信號進行低噪聲放大，然后經(jīng)過正交下變頻轉(zhuǎn)換為低中頻信號，下變頻所需的本振信號由發(fā)射通道內(nèi)的全集成小數(shù)頻率綜合器PLL產(chǎn)生，中頻信號再通過鏡像抑制帶通濾波器濾除干擾信號以后由可變增益放大器VGA采用自動增益控制AGC機制進行放大，然后通過高精度的模數(shù)變換器ADC1轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號，送到基帶數(shù)字信號處理模塊DSP進行信道濾波和FM解調(diào)，解調(diào)出的音頻信號送到語音編解碼CODEC經(jīng)過數(shù)字濾波分離出語音信號和亞音頻信號，其中語音信號進行去加重、擴張以后由數(shù)模變換器DAC轉(zhuǎn)換為模擬信號，然后通過音頻放大模塊進行放大后送到喇叭重放，而亞音頻信號則通過濾波和檢測得到亞音頻信令(CTCSS/CDCSS)和DTMF信號用于靜噪(SQ)和通信控制；基帶數(shù)字信號處理模塊在完成信號解調(diào)的同時還需要檢測信號功率RSSI和中心頻率偏移，檢測結(jié)果用于自動增益控制模塊AGC和自動頻偏控制模塊AFC，自動增益控制通過控制接收通道各個模塊的增益實現(xiàn)，自動頻偏控制通過控制小數(shù)頻率綜合器PLL的sigma_delta調(diào)制器實現(xiàn)。發(fā)射時，音頻處理模塊首先將麥克風產(chǎn)生的信號經(jīng)過放大及語音激活檢測(VOX)以后進行模數(shù)變換(ADC)轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號，然后送到語音編解碼(CODEC)進行數(shù)字濾波、壓縮、預加重處理，再添加亞音頻信號(CTCSS/CDCSS)和DTMF以后送到基帶數(shù)字信號處理模塊，然后通過FM/FSK/4FSK調(diào)制器對小數(shù)頻率綜合器的∑-Δ調(diào)制器進行FM調(diào)制，得到的射頻FM信號由VCO輸出，然后通過功率放大器驅(qū)動級PAdriver進行放大后輸出到芯片外部。

在應用于數(shù)字對講機時，芯片的射頻收發(fā)部分功能和模擬對講機完全類似，接收通道的低噪聲放大器、正交下變頻器、小數(shù)頻率綜合器、鏡像抑制帶通濾波器、可變增益放大器VGA、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC1完成接收射頻信號到數(shù)字中頻信號的轉(zhuǎn)換；發(fā)射通道的小數(shù)頻率綜合器PLL和射頻功率放大器驅(qū)動級完成發(fā)射數(shù)字基帶信號的4FSK調(diào)制和輸出射頻調(diào)制信號的功率放大。數(shù)字對講機模式和模擬對講機模式最大的區(qū)別在于數(shù)字信號的處理部分，芯片接收狀態(tài)時，將接收到的數(shù)字中頻信號首先通過基帶數(shù)字信號處理模塊DSP進行信道濾波和4FSK信號的解調(diào)，并完成接收數(shù)據(jù)的時鐘和數(shù)據(jù)恢復(CDR)產(chǎn)生二進制碼流，然后經(jīng)過包處理模塊PacketHandler進行前導碼Preamble檢測、同步字檢測和CRC校驗等操作產(chǎn)生相應的中斷信號，并將有效數(shù)據(jù)送入接收緩存器RXFIFO進行存儲，同時產(chǎn)生中斷通知片外MCU通過數(shù)字接口DI讀取接收緩存器中的數(shù)據(jù)并進行數(shù)字對講機通信協(xié)議的幀處理，MCU根據(jù)協(xié)議恢復出的語音信號通過數(shù)字接口DI送到芯片內(nèi)部的語音編解碼器CODEC進行音頻解碼，然后經(jīng)過數(shù)模變換器DAC轉(zhuǎn)換為模擬信號放大后送到喇叭重放；芯片發(fā)射狀態(tài)時，麥克風產(chǎn)生的信號經(jīng)過放大及語音激活檢測電路VOX以后進行模數(shù)變換器ADC2轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號，然后送到語音編解碼器CODEC進行音頻編碼，編碼后的音頻信號通過數(shù)字接口DI送到片外MCU中根據(jù)數(shù)字對講機協(xié)議進行發(fā)射語音包的幀協(xié)議處理，然后將發(fā)射幀數(shù)據(jù)通過數(shù)字接口DI寫入芯片內(nèi)部的發(fā)射緩存器TXFIFO，芯片內(nèi)部包處理模塊PacketHandler讀取發(fā)射緩存器TXFIFO中的數(shù)據(jù)并根據(jù)需要添加前導碼Preamble和同步字及CRC校驗字后送到FM/FSK/4FSK調(diào)制器模塊對小數(shù)頻率綜合器的∑-△調(diào)制器進行4FSK調(diào)制，得到的射頻調(diào)制信號由VCO輸出，然后通過功率放大器驅(qū)動級PAdriver進行放大后輸出到芯片外部。

數(shù)字對講機芯片還支持FSK調(diào)制方式的數(shù)據(jù)接收和發(fā)射，其原理和流程與4FSK信號的接收發(fā)射相同。

上述實施例僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并非對本實用新型保護范圍的限制，但凡采用本實用新型的設計原理，以及在此基礎上進行非創(chuàng)造性勞動而作出的變化，均應屬于本實用新型的保護范圍之內(nèi)。