利用紅外技術(shù)解決音頻無線傳輸難題

實(shí)現(xiàn)短距無線連接的一種方案是采用由政府機(jī)構(gòu)特別分配的射頻(RF)波段，來發(fā)射/接收各類不同信號。例如，某些消費(fèi)電子應(yīng)用產(chǎn)品的RF解決方案(如PC機(jī)聯(lián)網(wǎng))就是非常流行的可靠無線數(shù)據(jù)連接。不過，另一方面，用于實(shí)時、流媒體、家庭娛樂應(yīng)用(如音頻和視頻)的基于RF的通信解決方案，很容易受到其它如WLAN (802.11)、藍(lán)牙、無繩電話等無線RF系統(tǒng)的干擾。所有這些基于RF的應(yīng)用都采用免費(fèi)但擁擠的2.4GHz 或 5/5.8GHz ISM RF頻段，很容易受到同頻干擾。

此外，家庭娛樂行業(yè)也為基于RF的設(shè)備設(shè)置了障礙。在該領(lǐng)域，連接必需保持超低延時以確保AV源產(chǎn)生的視頻圖像與無線連接音頻再現(xiàn)設(shè)備(即揚(yáng)聲器)之間‘口型同步(lip sync)’。事實(shí)上，RF十分適合于無線數(shù)據(jù)鏈接，在出現(xiàn)干擾時可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行重傳，但要實(shí)現(xiàn)未經(jīng)壓縮的hi-fi音頻流的可靠傳輸，就困難得多了。此外，用于手機(jī)、藍(lán)牙耳機(jī)等的RF還被懷疑若經(jīng)常使用，會對人體健康造成傷害，目前專業(yè)醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)越來越頻繁地開始討論這一問題。

將紅外(IR)光作為無線通信媒介也非常流行。我們經(jīng)?？梢栽谑謾C(jī)、PDA及其它消費(fèi)類(CE)設(shè)備看到IR端口。據(jù)悉，目前帶有IR端口的設(shè)備基數(shù)已達(dá)近10億，同時，紅外遙控是室內(nèi)無線控制的通信標(biāo)準(zhǔn)。盡管如此，傳統(tǒng)的IR解決方案對發(fā)射器和接收設(shè)備之間的視距和方向性有要求，這大大限制了其應(yīng)用領(lǐng)域和對市場的吸引力。IR端口的數(shù)據(jù)傳輸率可以相當(dāng)高，但作用距離非常短，對于IrDA設(shè)備為僅為10cm-100cm；或者距離可以長些，但數(shù)據(jù)傳輸率卻非常低(例如遙控器應(yīng)用)。

為了克服現(xiàn)有IR解決方案的這些問題，同時避免RF通信問題，Infra-Com公司已開發(fā)出了基于漫射紅外 (DIR)技術(shù)的產(chǎn)品。DIR利用紅外光信號遇表面彈回的能力來避免傳統(tǒng)IR解決方案的對視距和方向性的要求。采用DIR，發(fā)射器產(chǎn)生的加載紅外信號輻射的信息在整個封閉空間(如房間、辦公室、實(shí)驗(yàn)室)“彈跳”，然后被專門設(shè)計(jì)的高度靈敏的接收器收集。DIR技術(shù)擴(kuò)大了紅外產(chǎn)品的作用距離，從而拓寬了其應(yīng)用范圍。

1. 獨(dú)有的ASIC芯片組

Infra-Com公司為短距全方位無線光通信創(chuàng)建了首個真正的可投入市場的低成本技術(shù)平臺。Infra-Com基于DIR方案設(shè)計(jì)了一個獨(dú)有ASIC組(即芯片組)。IrGate依賴于從天花板、墻壁及其它表面的IR‘漫’ 反射和散射來建立高比特?zé)o線通信(見圖1)。

圖1：IrGate能以全方位形式在封閉空間內(nèi)工作。它沒有視距要求，而且發(fā)射角度很大，也無需瞄準(zhǔn)接收器進(jìn)行發(fā)射。

IrGate發(fā)射器采用一個IR LED陣列在封閉空間內(nèi)進(jìn)行三維寬域發(fā)射，IrGate接收器則采用一個高度靈敏的接收器陣列來檢測已發(fā)射的殘留紅外能量，并再現(xiàn)原始信號，即使在光路徑上它已被嚴(yán)重吸收和衰減。

Infra-Com以小尺寸ASIC芯片組的形式銷售IrGate技術(shù)，這也是同類中的首款產(chǎn)品。這種高度靈活解決方案的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)得到了消費(fèi)電子行業(yè)主流銷售商的測試和驗(yàn)證，后者也已經(jīng)推出了嵌入IrGate的首批樣品。

IrGate的固有優(yōu)勢包括：
1. 低成本―像IrGate這種基帶類型的紅外解決方案能夠降低制造工藝的成本。Infra-Com公司正在確立進(jìn)一步小型化的發(fā)展路線，這將導(dǎo)致每鏈路成本的大幅降低。
2. 可靠的高帶寬―IrGate現(xiàn)在可獲得22.5Mbps的原始比特率(進(jìn)一步發(fā)展可達(dá)50Mbps)；它可工作在不同的環(huán)境光照條件下(即自然光源和人造光源)，并提供固有劃分，即基于IrGate的通信/網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)鄰近空間不受“帶寬復(fù)用”帶來的同頻干擾。
3. 避免RF技術(shù)問題―IrGate與RF設(shè)備互不干擾；它避免了音頻/視頻流應(yīng)用中的RF信號延時問題；IR信號無法穿過墻壁，僅能在封閉空間內(nèi)工作，從而確保了隱私和安全性。
4. 無頻率分配或監(jiān)管問題―IrGate屬于全球性的非監(jiān)管技術(shù)。它無需政府進(jìn)行頻率分配或任何特定分類；“綠色”IR信號不能穿透人體組織，無傷害人體之虞。
5. 可針對消費(fèi)電子應(yīng)用進(jìn)行修改―IrGate以一種小尺寸的芯片組實(shí)現(xiàn)，故可嵌入在許多不同類的消費(fèi)電子設(shè)備中；通過非常簡明的參考設(shè)計(jì)為ODM/OEM提供‘即插即用’系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案；它的數(shù)字ASIC(即與“外界”的接口)采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)接口(如I²S)，與現(xiàn)有設(shè)備直接連接，故可保留最常用的系統(tǒng)架構(gòu)。

2. 瞄準(zhǔn)無線音頻領(lǐng)域

Infra-Com目前的應(yīng)用焦點(diǎn)是無線音頻市場，它在這一領(lǐng)域積累了大量寶貴的技術(shù)、產(chǎn)品和市場經(jīng)驗(yàn)。Infra-Com將繼續(xù)向前發(fā)展，以一系列預(yù)定義的下一代發(fā)展步驟，讓IrGate更靈活、更適合于這一特定市場。這些舉措將降低制造成本，同時提高功能和性能。公司的客戶將意識到系統(tǒng)價格的降低，除非他們?yōu)榱嗽贗rGate IC中增加更多功能性而嵌入多個不同的外設(shè)元件。

2.1 用于無線音頻通信的IrGT800芯片組系列

對于目前還在采用不方便的有線產(chǎn)品或如前所述易受干擾的低質(zhì)量RF解決方案的市場，用于無線音頻通信的IrGT800芯片組系列可提供高質(zhì)量且易于實(shí)現(xiàn)的解決方案。Infra-Com認(rèn)識到了創(chuàng)建一個商業(yè)上可行的低成本半導(dǎo)體解決方案所面臨的復(fù)雜挑戰(zhàn)，這種方案必須能夠無線連接封閉空間/房間中的后方環(huán)繞聲揚(yáng)聲器和多種音頻源設(shè)備，比如家庭影院系統(tǒng)、數(shù)字電視機(jī)和便攜式音樂設(shè)備(如iPod附件)。Infra-Com已順利開始IrGT801A芯片組的出貨工作，這是業(yè)界首款具有高比特率DIR無線通信功能的芯片組。IrGT801A的紅外通信距離長達(dá)25-50英尺(具體取決于環(huán)境條件和系統(tǒng)結(jié)構(gòu))，無視距或方向性要求，原始數(shù)據(jù)率(即在調(diào)制、FEC、成幀等之前的數(shù)據(jù)率)為20Mbps。IrGT801A具有超低延時(100微秒)優(yōu)點(diǎn)，尤其適合于高保真(hi-fi)音頻應(yīng)用。此外，IrGT801A附帶有簡單的硬件參考設(shè)計(jì)，不使用軟件和固件裝置，能夠輕松實(shí)現(xiàn)音頻應(yīng)用的全無線通信鏈接?？傮w系統(tǒng)和鏈接可能包括高質(zhì)量的無線后方環(huán)繞聲、低音炮或其它揚(yáng)聲器。而且，IrGT801A的集成和所有其它基于IrGate的ASIC一樣，都受益于該芯片組的小外形尺寸。

IrGT801A的主要規(guī)格如下：

1. 嵌入式I²S接口。I²S是一種公認(rèn)的音頻行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)―DVD、HTiB系統(tǒng)、CD、揚(yáng)聲器放大器等所用PCB上的所有音頻IC，都采用這種通用的簡單標(biāo)準(zhǔn)。
2. IrGT801A的發(fā)射(Tx) 和接收(Rx)端都包含有一個數(shù)字IC和一個模擬IC。數(shù)字IC作為整個芯片組的調(diào)制解調(diào)器/接口功能使用，而模擬IC則作為模擬光前端子系統(tǒng)的一部分。
3. 支持多達(dá)4個未壓縮(24 位)數(shù)字音頻通道(揚(yáng)聲器)。
4. 在線前向糾錯(FEC)、自動靜音功能、自動揚(yáng)聲器關(guān)斷功能、用戶指示LED。

2.2 增強(qiáng)型IrGT821 IC系列

Infra-Com的IrGT821下一代數(shù)字音頻IC目前也可大批量投產(chǎn)，該器件可提供比IrGT801A系列更先進(jìn)的功能。它同時增加了一個無線I2C控制通道和4個無線音頻通道，能夠控制無線揚(yáng)聲器中的遠(yuǎn)程外設(shè)資源 (如DAC、D類放大器、數(shù)字信號處理器)。IrGT821 IC包括IrGT821ADT (Tx) 和 IrGT821ADR (Rx)部分，分別連接IrGT801A的LED驅(qū)動器發(fā)射器和模擬接收器IC，如圖2所示：

圖2：IrGT821系統(tǒng)框圖。

IrGT821ADx數(shù)字芯片組具有以下增強(qiáng)型功能：
1. 接收器端無線音量/靜音控制。
2. 更高的音頻采樣率――高達(dá)96kHz，而現(xiàn)有IrGT801A的音頻采樣率只有48KHz。
3. 支持硬件和軟件模式――IrGT821同時支持單獨(dú)的硬件工作模式(類似于IrGT801A)和軟件工作模式。在軟件模式下，IrGT821ADT發(fā)射器IC能夠接收來自外部器件(如MPEG IC 或 MCU)的各種控制命令，并無線發(fā)射到IrGT821ADR接收器IC，以控制與揚(yáng)聲器端IrGT821ADR器件相連接的遠(yuǎn)程外設(shè)音頻器件。

2.3 低成本IrGT851 IC系列

為實(shí)現(xiàn)降低成本的承諾，Infra-Com還打算開發(fā)基于標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC的解決方案IrGT851 IC系列。盡管IrGT801A 和 IrGT821A采用了結(jié)構(gòu)化ASIC技術(shù)，IrGT851卻將利用基于ASIC的COT (客戶自有工具)量產(chǎn)業(yè)務(wù)模式。這種工藝可使客戶大大降低成本。IrGT851A將包含一套超越IrGT821A芯片組的增強(qiáng)型功能和性能。

3. 用于低功率無線音頻應(yīng)用的IrGT700

Infra-Com正在計(jì)劃開發(fā)IrGate技術(shù)的低功耗版，即IrGT700系列，這些器件能夠嵌入在電池供電的移動及手持應(yīng)用設(shè)備中。滿足以上定義的新半導(dǎo)體芯片組的開發(fā)旨在推動超低成本和簡易產(chǎn)品的發(fā)展。無線耳機(jī)和電池供電無線揚(yáng)聲器只是尋求高質(zhì)量、低功耗無線解決方案的大規(guī)模市場應(yīng)用的兩個小實(shí)例。