具有双音多频编解码功能的集成对讲芯片及集成对讲系统

摘要

本发明公开了一种具有双音多频编解码功能的集成对讲芯片及集成对讲系统，包括对讲处理部分、数字接口控制部分和双音多频编解码器，对讲处理部分用于实现对讲信号收发处理，数字接口控制部分与所述双音多频编解码器相连，双音多频编解码器与所述对讲处理部分相连，所述数字接口控制部分控制所述对讲处理部分的工作状态和参数，所述双音多频编解码器用于进行语音信号的双音多频编解码；所述双音多频编解码器、对讲处理部分和数字接口控制部分采用数字信号技术并通过CMOS工艺集成在一片芯片上。本发明集成度高，整机成本低廉；不仅解决了传统模拟对讲机技术电路结构分化复杂、分立元器件多、生产成本高的问题，而且极大地改善了产品的技术参数和稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，具体地说涉及一种具有双音多频编解码功能的集成对讲芯片及集成对讲系统。

背景技术

现有的对讲机分为专业机和民用机(公众对讲机)两大类。专业机是指发射功率大于4W的机器，主要满足对通话距离较远的应用，如：公安、保安和专业登山运动员等；民用机是指发射功率不大于0.5W的机器，主要满足对通话距离要求不严的应用，如：酒楼、旅馆、展览会和外出旅游等；目前的对讲机市场上，无论是专业机还是民用机，主导技术都是基于锁相环频率合成技术和接收二次变频的超外差式模拟信号处理技术；其优势是技术成熟、进入门槛较低，因而得到广泛的应用。但是，随着对讲机向体积小、成本低、功能强、可靠性高、更商品化的趋势发展，这种传统的模拟信号处理技术也表现出来越来越多的问题。如：电路结构分化复杂、分立元器件多达几百上千个，严重的限制了对讲机产品的研发创新；此外其产品生产调试复杂，稳定性和技术参数的一致性差、成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有双音多频编解码功能的集成对讲芯片及集成对讲系统，体积小、成本低，可靠性强。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种具有双音多频编解码功能的集成对讲芯片，包括对讲处理部分、数字接口控制部分和双音多频编解码器，所述对讲处理部分用于实现对讲信号收发处理，所述数字接口控制部分与所述双音多频编解码器相连，所述双音多频编解码器与所述对讲处理部分相连，所述数字接口控制部分控制所述对讲处理部分的工作状态和参数，所述双音多频编解码器用于进行语音信号的双音多频编解码；所述双音多频编解码器、对讲处理部分和数字接口控制部分采用数字信号技术并通过CMOS工艺集成在一片芯片上。

所述对讲处理部分和双音多频编解码器共用一个晶振。

所述对讲处理部分包含射频接收部分、射频发射部分和基带信号处理部分；所述射频接收部分用于接收射频信号并解调输出语音信号和信令信号到基带信号处理部分；所述基带信号处理部分用于对所述解调输出的语音信号和信令信号进行基带处理后输出，还用于把发送语音信号和信令信号进行基带处理后输出到所述射频发射部分；所述射频发射部分为直接锁相环频率综合形式的发射电路，该电路包括：调频深度调节器、小数锁相环频率综合器和功率放大器，所述调频深度调节器用于对输入的语音信号和信令信号进行调频深度调节；所述小数锁相环频率综合器用于对调频深度调节器调节后输出的信号完成数字直接调频调制，产生射频调制载波信号；所述功率放大器用于对所述射频调制载波信号进行功率放大后输出。

所述射频接收部分为低中频形式的接收电路。

所述低中频形式的接收电路包括：低噪声放大器、正交混频器、两路中频信号处理单元、数字调频解调器；所述低噪声放大器用于对接收的射频信号进行低噪声放大并分两路输出到所述正交混频器；所述正交混频器用于混频变换出两路正交中频信号分别输出到两路中频信号处理单元；所述两路中频信号处理单元分别对输入的中频信号进行处理，输出中频数字信号；所述数字调频解调器用于对输入的两路中频数字信号进行解调，分别输出语音信号和信令信号。

所述基带信号处理部分包括接收语音处理单元、发送语音处理单元、信令信号处理单元；所述信令信号处理单元用于对接收或发送的信令信号进行滤波整形处理；所述接收语音处理单元用于对所述射频接收部分输出的语音信号进行数模转换和滤波放大处理后输出；所述发送语音处理单元用于对外界输入的发送语音信号依次进行滤波、数模转换和放大后输出到射频发射部分。

本发明还提供了一种含有上述任一种集成对讲芯片的集成对讲系统，所述集成对讲系统还包括：中央处理部分，用于接受或发送信令信号，实现对所述集成对讲芯片的控制。

所述中央处理部分为DSP内核。

所述集成对讲系统还包括GPS模块，所述GPS模块与所述中央处理部分相连。

本发明的集成对讲芯片，采用数字信号处理技术并通过CMOS工艺将对讲收发、双音多频(DTMF)编解码等电路都集成在一片芯片内，仅需极少的外围器件即可完成对讲功能，集成度高，整机成本低廉；不仅解决了传统模拟对讲系统技术电路结构分化复杂、分立元器件多、生产成本高的问题，而且极大地改善了产品的技术参数和稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例的集成对讲芯片的电路结构框图；

图2是本发明实施例的双音多频编解码器的简易结构框图；

图3是本发明实施例的集成对讲系统的结构示意图；

图4是本发明实施例的另一种集成对讲系统的结构示意图。

具体实施方式

下面对照附图结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明具体实施方式的集成对讲芯片，包括对讲处理部分、数字接口控制部分和双音多频编解码器，所述对讲处理部分用于实现对讲信号收发处理，所述数字接口控制部分与所述双音多频编解码器相连，所述双音多频编解码器与所述对讲处理部分相连，所述数字接口控制部分控制所述对讲处理部分的工作状态和参数，所述双音多频编解码器用于进行语音信号的双音多频编解码；所述双音多频编解码器、对讲处理部分和数字接口控制部分采用数字信号技术并通过CMOS工艺集成在一片芯片上。其中，对讲处理部分和中央处理部分可以共用一个晶振，从而避免多个信号源的交调干扰。

对讲处理部分，包括射频接收部分1、射频发射部分2、基带信号处理部分3。射频接收部分1包括低噪声放大器11、混频器12、低通滤波器13、可编程放大器14、第一模数转换器15、数字处理单元16、数字调频解调器17。射频发射部分2包括调频深度调节器21、锁相环频率综合器22和功率放大器23。基带信号处理部分3，包括滤波整形器331、第一语音滤波器311、数模转换器312、语音放大器313、第二模数转换器321、第二数字滤波器322、第二语音滤波器323。下面分别对集成对讲芯片进行射频收发时的接收通路和发射通路作一描述：

射频接收通路：射频接收部分1采用低中频结构的接收电路形式。输入射频信号首先到达低噪声放大器11，低噪声放大器11为差分低噪声放大器，经过低噪声差分放大后分为两路送入到正交混频器12，可直接将射频信号转换至低中频。对于传统的二次超外差式变频技术，混频器典型的是执行高边带混频，本振信号高出(或低于)射频频率一个中频，此种方式使得频率高出(或低于)射频频率两倍中频的像频也转换为中频，从而带来了像频干扰。而本实施例采用的低中频结构不仅能够实现高集成度，而且可以有效的减少片外分立元件，避免使用外置的射频镜像抑制滤波器，减少总体成本。

正交混频器12输出两路正交的中频信号，即I路信号和Q路信号，分别送入两路中频信号处理单元。中频信号处理单元包括低通滤波器13、可编程放大器14、第一模数转换器15、数字信号处理单元16。

I路信号和Q路信号首先进入各自通路上的低通滤波器13，该低通滤波器13为三阶切比雪夫滤波器，主要功能是增加系统的邻道选择性，并提高系统的抗阻塞性能。滤波后的中频信号由可编程放大器14进行放大，可编程放大器14的增益由其内部的寄存器或数字AGC(Automatic Gain Control，自动增益控制)电路设定。之后，中频信号输入到第一模数转换器15转换为中频数字信号。中频数字信号再输入到数字处理单元16进行数字处理，其中数字处理单元16包括第一数字滤波器161、抽样器162、有限冲激响应滤波器163和数控振荡器164，数控振荡器164用于给抽样器162提供采样时的数控本振信号，第一数字滤波器161、抽样器162、有限冲激响应(FIR)滤波器163依次对数字信号进行滤波、抽样，再由有限冲激响应滤波器163滤除掉所有的带外干扰。经过数字处理后的两路正交中频数字信号最后到达数字调频解调器17分别解调出信令信号和语音信号。

射频发射通路：外界输入的发送语音信号和信令信号经过基带信号处理部分3处理后，首先到达射频发射部分2中的调频深度调节器21进行调频深度调节，然后被送入锁相环频率综合器22，完成数字直接调频调制，产生稳定的调制射频载波信号，调制射频载波信号由功率放大器23放大发射出去。整个射频发射部分2为直接锁相环频率综合形式的发射电路。

基带信号处理：基带信号处理部分3主要分为三个单元：接收语音处理单元、发送语音处理单元、信令信号处理单元。其中信令信号处理单元为滤波整形器331，用于对接收(从数字调频解调器17接收)或者发送(由外界输入，将送至调频深度调节器21)的信令信号进行滤波整形处理。接收语音处理单元包括第一语音滤波器311、数模转换器312和语音放大器313。从数字调频解调器17输出的语音信号由第一语音滤波器311、数模转换器312和语音放大器313依次进行滤波、数模转换和放大后输出。发送语音处理单元包括第二模数转换器321、第二数字滤波器322、第二语音滤波器323。由外界输入的发送语音信号首先由第二模数转换器321转换为数字信号、再由第二数字滤波器322滤除带外信号、最后由第二语音滤波器323滤波后输出到射频发射部分2。

第二模数转换器321采用高性能的Delta-Sigma模数转换器，采样频率可与整个集成对讲芯片的时钟频率一致，这样的选择可使得前端不需要抗混叠滤波器。锁相环频率综合器22中的压控振荡器(未示出)工作在1.4GHz到2GHz，以避免功率放大器23产生拖曳效应。压控振荡器经分频输出对讲模块所需要的频率范围。同时，锁相环频率综合器22还同时提供给混频器12以本振信号，以避免混频器还需要另外采用其他器件来获取本振信号。锁相环频率综合器22采用高性能的小数锁相环频率综合器，从而实现了低相位噪声、极快的锁相时间及任意频点可调的高性能、低成本设计方式。

数字接口控制部分4：上述射频接收部分1、射频发射部分2和基带信号处理部分3均可由中央处理部分(MCU)通过数字接口控制部分4控制，对上述三个部分的工作状态和参数进行调整，包括接收增益、发射调频增益、频率、射频收发控制以及锁相环频率综合器的环路特性等各个参数。数字接口控制部分4采用例如I2C总线作为双向控制总线，实现与MCU的交互与控制。双音多频(DTMF)编解码器则实现对语音信号的DTMF编解码。

参见图2，对讲处理部分和数字接口控制部分可以通过DTMF编解码器的数据总线D0-D3和I/O控制R/W、RS0对DTMF编解码器中的发射数据寄存器、接收数据寄存器、状态寄存器、控制寄存器A、B等进行控制，实现DTMF编解码。

集成对讲芯片的电源管理通过芯片内置低压差线性稳压电路及控制电路，为芯片内的各个功能器件提供稳定的直流电源。

图3示出了含有上述集成对讲芯片的一种集成对讲系统，该集成对讲系统工作时，MCU5主要通过与集成对讲芯片的数字接口控制部分4的连接来完成与对讲处理部分(包括射频接收部分1、射频发射部分2、基带信号处理部分3)的交互。接收时，射频信号依次经过天线开关和滤波器输入到集成对讲芯片，对讲处理部分对射频信号进行前述处理，输出语音信号到扬声器(喇叭)，并将信令信号输出到MCU5，MCU5根据信令信号控制语音信号的输出状态：信令信号与MCU5中的预设值进行比较，如果与预置值相同，中央处理部分5控制打开扬声器释放语音信号，若不同，则关闭扬声器，不释放语音信号。发射时，发送语音通过受话器(麦克风)转换成音频电信号，经对讲处理部分处理输出数字调频调制信号后经过功放产生额定的射频功率后经过天线开关由天线发射出去，MCU5同时产生信令信号送入对讲处理部分，由对讲处理部分处理后同语音信号一起发射。

该集成对讲系统，包括键盘输入单元以进行例如控制指令输入和显示单元以进行例如显示输出，以方便该集成对讲系统的使用。

可以想见，本发明的集成对讲芯片完全可以应用到现有的计算装置，如移动电脑、手机等产品中以给这些产品增加对讲功能，在这样的应用中，由于这些计算装置自身通常都含有中央处理单元(CPU)及键盘、显示单元，因此，上述对讲系统中的MCU5、键盘输入单元和显示单元完全可以是计算装置自身含有的功能单元。

如图4所示，本发明实施例的集成对讲系统，还可以包括GPS模块，所述GPS模块与集成对讲芯片相连。

通过这种设置，可以通过集成对讲芯片，将GPS模块获得的GPS定位信息发送出去，从而在例如救援行动中，将对讲系统持有者的位置信息提供给援助人员。

本发明的集成对讲芯片及集成对讲系统，很好地解决了传统的模拟信号处理技术电路结构分化复杂、分立元器件多、稳定性差等问题。大大简化了产品设计和降低了成本，提高了产品的技术含量和智能化设计。

将该集成对讲芯片嵌入到手机等产品中，还可以实现具有对讲功能的手机或其他产品。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。