2.4GHz无线数字音频芯片nRF24Z1及其应用

　　1. 引言

　　nRF24Z1是挪威Nordic半导体公司于2005年推出的单片式CD(Compact Disc，光盘)音质无线数字音频芯片，其能以24位48kHz的速度处理数字音频流。芯片工作于2.4GHz自由频段，工作电压为2.0~3.6伏，片内集成了电压管理器，能够最大限度地抑制噪声。nRF24Z1有I2S串行接口和S/PDIF接口(索尼/菲利浦数字接口)两种数字音频接口，I2S提供了与各种低成本的A/D(模/数转换)和D/A(数/模转换)的无缝连接，S/PDIF 接口提供了与PC和环绕设备的直接接口。通过SPI或I2C接口来对芯片进行控制。同时还提供了控制信息如音量，平衡，显示等双向传输的功能，是一个使用、性能、成本相结合的数字音频芯片。可应用于CD无线耳机、无线音箱、MP3无线耳机、无线音频下载器等系统中。

　　2. 无线音频系统

　　nRF24Z1能够以高达1.54Mbit/s的速率处理音频流，音频数据的输入/输出、射频协议和射频连接等工作由片内的硬件完成。图1所示为使用nRF24Z1的无线音频系统的结构框图，在该系统中，只需使用简单的或低速的微控制器或DSP(数字信号处理器)即可完成系统的控制，微控制器通常通过串行口或并行口控制一些简单的任务，如音量调节等。

　　图1　使用nRF24Z1的无线音频系统框图

　　由图1可见，音频数据的传输是由一对nRF24Z1实现的，音频数据最终提供给接收端的立体声DAC(数模转换器)。nRF24Z1的初始配置由微控制器通过SPI或I2S接口进行控制。在接收端，外围电路如DAC的控制可以由发送端的nRF24Z1通过控制信道进行控制[1]。如果设计中没有使用微控制器，则配置数据可以通过片外的EEPROM/FLASH存储器进行加载。

　　在无线音频流处理系统中，音频数据的流向总是从声源(如CD播放器)到声宿(如扬声器)。本系统中，在声源端使用nRF24Z1进行音频数据的发送，在声宿端使用nRF24Z1进行音频数据的接收。鉴于上述的收发差异性，nRF24Z1可能通过MODE引脚设置其工作于发射器模式或接收器模式，这两种模式下，nRF24Z1片内工作的模块和I/O引脚功能都有很大差异。

　　3. 芯片结构

　　3.1音频发射器

　　当nRF24Z1作为音频发射器时，MODE引脚必须置为高电平。nRF24Z1作为音频发射器时，其片内功能结构如图2所示。I2S接口或S/PDIF接口可以用作音频数据的输入接口。I2S接口由CLK、DATA和WS三个引脚组成，S/PDIF接口只需要SPDIO一个引脚，在声源与nRF24Z1距离比较近时，推荐使用I2S接口，反之，推荐使用S/PDIF接口。

　　图2　 nRF24Z1作为音频发射器时的功能结构图

　　3..1.1音频输入接口[2]

　　音频发射器的I2S接口支持8、11.025、12、16、22.05、24、32、48和96kHz多种接口速率，音频数据可以采用16位、20位或24位三种数字格式。nRF24Z1同时也可以用于模拟声源的数据采样，其采样频率为256Hz，此时，MCLK引脚作为模数转换器的采样时钟引脚。S/PDIF接口支持32、44.1和48kHz三种采样速率，音频数据可以采用16位、20位或24位三种数字格式。