3子節點的硬件設計

　　子節點的硬件設計如圖2所示。上行通道中，聲音首先經過麥克風轉換為電信號，然后進行A/D采樣，上傳給CPU再轉發給音頻編碼，編碼后回傳給CPU，最后通過無線傳輸網絡ZigBee傳送給匯聚節點；下行通道剛好相反，無線傳感網絡將匯聚節點下發的數據經過CPU給音頻解碼部分，完成解碼后CPU再次轉發給DAC進行數模轉換，最后經過信號放大以后輸出到耳麥。各個系統的節點通過電池供電，這樣可以方便每個節點的任意移動，增加系統的靈活性。

　　圖2 子節點硬件結構圖

　　3.1 CPU、無線接收模塊和音頻編碼模塊的實現

　　該部分選用了美國CEL公司的MeshConnectTM系列ZICM2410模塊，其內核芯片ZICM2410是一個真正的單芯片解決方案，遵從 ZigBee規范和IEEE 802.15.4標準，它由一個含有基帶MODEM的射頻收發器、硬連線的MAC和內嵌8051內核的微控制器（帶有內部Flash存儲器）組成，包括多個通用I/O引腳、定時器、UART，SPI等，以及硬件語音編解碼器。獨有的I2S/SPI/UART音頻輸入/輸出接口，結合其擴展的500 kbps或1 Mbps的無線傳輸速率，可以滿足廣大的無線語音應用。該芯片具有集成度高、外設接口豐富、功耗低的特點，工作電壓為3.3 V，非常適合無線模塊的使用，尤其是低功耗的特點，非常適合電池場景使用，方便移動。

　　ZICM2410芯片結構如圖3所示。在ZigBee數據速率（250 khps）下所體現出的卓越射頻性能，完全能滿足經過壓縮編碼的語音帶寬要求。C EL向客戶提供作為部分軟件庫的CEL ZigBee棧，CEL還可提供開發定制的應用程序所需要的硬件和軟件工具。

　　圖3 ZICM2410內部結構圖

　　ZICM2410還具有一個集成的PCB板載天線，由于CEL的ZIC2410 IEEE 802.15.4/ZigBee收發器能提供106 dB的工業頂級鏈路預算，因此，即使沒有外部功率放大器，MeshConnect仍可以維持遠距離的無線連接（3 000ft無障礙距離），在無需外置天線的情況下能滿足一般會場的要求，進一步增加集成度，減小終端的復雜度和體積。

　　ZICM2410還有支持三種語音編碼解碼算法：μ-律、a-律和ADPCM，非常適合語音會議系統的需求，可以進一步提高集成度、降低功耗。此外還對外提供非常豐富的外部接口，包括UART1、UART2、I2S、SPI、22個GPIO、4路ADC和I2S接口。

　　3.2上行通道系統的硬件實現

　　聲音首先通過麥克風轉為電信號，因為麥克風輸出的信號很小，所以要通過一放大器放大，其電路部分如圖4所示。

　　圖4 音頻信號放大電路

　　聲音從麥克風輸出經過C1耦合到運算放大器的負向輸入端，經過第一級反向運算放大器放大，再通過第二級反向放大器放大后通過一電阻輸出最后給ADC采樣。

　　其中R7、R6分壓以后向運放提供一個參考電壓，為了電壓更穩定在R6兩端之間加一濾波電容。R12、R13為麥克風提供一偏置電壓，同樣加C13、 C16兩濾波電容以提高穩定性。R8、C18組成運算放大器的反饋阻抗，同時也是一低通濾波器，這樣可以有效地濾除高次諧波的混疊干擾。同樣R17、 C17的效果也一樣。C14也是一個低通濾波器，濾除高次諧波的干擾。

　　信號經過放大后，輸出給ADC進行采樣、ADC選用ADSS8865，它是TI公司的一款低功耗、16位的ADC，在100 ksps下只有0.65 mW的功耗，非常適合電池供電場景使用，其參考電壓和模擬電壓都是3.3 V.通過SPI接口與CPU連接。其連接示意圖如圖5所示。ADC的模擬電源、數字電源、參考電壓都是電源直接輸入3.3 V.

　　圖5 ADC采樣電路

　　ADC將聲音信號采樣回來以后，首先通過SPI接口發送給CPU，CPU在轉發給音頻壓縮模塊，音頻壓縮模塊編碼以后通過CPU轉發給無線發送模塊，無線發送模塊采用ZigBee協議轉發到匯聚節點。

　　3.3下行通道硬件系統的實現

　　子節點通過ZigBee模塊接收匯聚節點的數據，經過音頻解壓后，CPU通過I2C總線通道發送給DAC進行數模轉換，最后經過功放輸出給耳機接口。 DAC選用TI公司的PCM1774，PCM1774是一塊16位DAC，最高帶寬達到50 kHz，工作電壓在數字和模擬部分均為3.3 V，與CPU系統和ADC保持一個電壓供電，減小電源設計的復雜度。

　　PCM1774內部自帶一個功率放大模塊，可以直接輸出到一般的耳機接口，減少功放模塊的設計，進一步降低電路的復雜度。PCM1774支持SPI口和 I2C總線口與控制器連接，由于CPU模塊ZICM2410只有一個SPI口已經和ADC連接，此處DAC通過CPU的I/O口模擬I2C總線與DAC連接。其連接示意圖如圖6所示。同時PCM1774需要一路系統時鐘，通過CPU的I/O口輸出直接給PCM1774.

　　圖6 下行點硬件示意圖