一款开发板实现语音传输技术革新|贸泽电子原创开发板大赛【优秀作品】

小伙伴们,最新一期的贸泽电子原创开发板大赛优秀作品推送又如约而至。

这次要分享的作品来自于数字语音传输领域,是设计者徐文磊带来的《UHF数字对讲开发板》,这款作品的难得之处在于开发者没有采用常见的现成压缩芯片,而是完全由自己完成编程和算法移植,为这一作品平添不少DIY的乐趣,也大大增加了板卡的可玩性和可塑性。

这块数字语音传输开发板究竟是如何“炼成”的?

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硬件设计

本款开发板设计分成电源部分、音频部分、射频部分和CPU部分。

1. 电源部分

整合了3.7V锂电池充电电路、5V升压电路、3.3V低压差LDO电路,压差低至0.1V。充电电源可接USB或者电源口。5V用来供给音频功放以及外部配件的电源需求。

“图1:电源原理图”
图1:电源原理图

2. 音频部分

使用了WM8974单声道CODEC芯片,通过I2S和F405实现数据通信。麦克风的双端输入拆成了两个单端使用,其中一端连接AT1846S,专用的耳机输出端口monout也用来连接AT1846S。WM8974的音频BTL输出也是双端,因此可以设计为双端接喇叭,单端接耳机,通过耳机插孔开关切换。同时,WM8974内部切换开关众多,通过适当配置,形成了话音交换的功能。

“图2:音频原理图”
图2:音频原理图

3. 射频部分

因为集成了AT1846S,所以可以兼容传统的模拟调频对讲机,只需要使用AT1846S的I2C和音频输入输出口即可实现基本功能。AT1846S的最大输出只有7dBm,完全驱动RD02需要25dBm,所以增加了2SC3356和2SK3078A做级联推动。功放的输入端偏置使用了PMOS管,这样能够方便的开关电流,并且3.3V也比较稳。

“图3:射频原理图”
图3:射频原理图

无线收发芯片Si4463和AT1846S通过射频开关PE4259共用PA和LNA。末端因为功率较大,使用了PIN二极管作为PA和LNA切换开关。因为电路板面积较小,PA的输出没有加入额外的由空心线圈组成的带通滤波,只在LNA输入端做了一个由多个π组成的滤波网络。PA偏置电压使用3.3V经电阻分压形成。PA的输出使用较长的微带线加电容匹配。LNA有1级,使用低噪声管BFP740ESD,仿真噪声约在0.6,增益20dBi,之前设计有2级LNA,发现改善效果不明显,所以取消了,因为LNA电路前级的低噪声相对于增益更为重要。

4. CPU部分

STM32F405使用了一个I2C和三个SPI,USB和UART引出。模拟电源VDDA必须连接3.3V,且做了低通滤波。ADC连接输入电压3.7V,作为检测电池电量的备用。32.768KHz时钟备用,BAT脚可以外接3.3V纽扣电池。有些IO是复用的,需要通过焊接0Ω电阻切换。3.3V线路加上了稳压管做适当保护,W25Q64用来保存模块的参数设置,录音及其它数据。

“图4:CPU单元”
图4:CPU单元

上电测试

实测普通2dBi天线通话距离超过1公里。

“图5:2dBi天线通话距离能超过1公里”
图5:2dBi天线通话距离能超过1公里

结语:

想要学习和体验数字语音传输技术的小伙伴们:

动起来,是时候施展你们的才华了!

这款开发板适合用来做语音传输项目的开发,它能够进行长距离的数字对讲,多台设备之间的MESH组网,与传统对讲机通联,如果外加蓝牙模块还可以连接电脑,实现数字视频传输。想要提升性能不需要改变基本框架,升级更新各个芯片即可。

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