一款颇具特色的DMR数字对讲机 颇具

一款颇具特色的DMR数字对讲机

　　　　　　　　　　――介绍杭州宏睿公司的数字芯片

杭州宏睿通信技术有限公司开发的数字芯片HR_C5000，是我国数字对讲机器件中首款的DMR数字专用ASIC芯片，其设计独具特色，电路结构简单、功能充分、灵活性强，整体的性价比高，适合企业的开发与生产。

本芯片兼容数字、模拟对讲应用，内置高性能的4FSK调制解调器、信道编解码和标准协议处理器，具有高性能、高集成、低功耗特性；射频接口丰富，支持多种原有模拟射频通道方案；无缝对接多种高中低端声码器；集成符合DMRTierI/II标准完整协议栈，采用物理层、数据链路层和呼叫控制层三层开放设计，用户可利用芯片二层协议接口进行PDT协议或自定义协议的开发，以满足高端应用需求；

本芯片适用于数字对讲终端、专用集群终端以及低速数据、话音传输终端应用，支持中继和无中心方式下的终端应用。

一、芯片的原理

1、芯片架构：芯片的整体架构合理完整，原理清楚明了，功能脚丰富适用，其结构如下图。

　　　　　　　图1　HR＿C5000的内部结构图

2、工作原理如下：

数字基带信号传输

1）从麦克送来的语音信号，经A/D转换为8k采样16bit的数字信号；

2）数字信号通过SPI通道交声码器进行压缩，形成3.6Kbps的压缩码流；

3）压缩码流通过多种声码器专用接口（C-BUS、McBSP、CHS、SPI）后进入协议添加；

4）进行信道编码；

5）进行4FSK调制；

6）通过2选1选出；

7）对基带码元进行深度内插，实现数字上变频，该信号根据用户的射频通道方案可以形成：Mod1，Mod2（两点调制信道），I、Q（IQ调制信道）两路信号；

8）两路信号进行D/A转换，成模拟调制信号输出，如果是两点调制信道，则Mod1，Mod2直接与VCO和参考本振连接，如果采用IQ调制信道，该信号为正交两路450kHz的中频（频率可设）已调制信号；

模拟信号传输

1）从麦克送来信号由A/D转换为数字信号；

2）进行压扩处理（可选）；

3）进行预加重（可选）；

4）滤波；

5）FM调制处理；

6）经2选1选出；

7）进行内插实现上变频；

8）进行D/A变换为模拟调制信号输出；

3、图中关键点波形如下：

D点波形：是速率9.6kbps，即一帧264bit的二进制比特流。

　　　　　　　　图2　D点的波形

E点的波形：是38.4kbps（9.6×4）采样率的平滑波形

　　　　　　　　　图3　E点的波形

G点频谱：是450（或455）kHz的已调制中频信号

　　　　　　　　图4　G点的输出频谱

接收通道应是逆过程，不作叙述。

4、本文缩写符号说明

二、芯片外观图

HR_C5000有80只引脚，其LQFP的封装（或VQFN）外观图如下

　　　　　　　　　　　　　　图5　芯片外观图

三、芯片外部联接

　　　　　　　　图6　芯片外部连接图

四、由芯片组成的数字对讲机方案

1、应用芯片的对讲机原理图

　　　　　　图7　芯片组成的对讲机原理图

图中，对于微处理器的选择用户可以根据整机的功能和自己熟悉的平台来选型，比如说做一个16信道机，那就普通的单片机就可以完成，宏睿提供底层的驱动源码，如果是彩屏并且支持丰富的外围设计（如GPS等），那么可以选择价位适中、接口丰富的STM32F103ZE，宏睿会提供这个平台下的驱动和UI源码。

2、对讲机性能与指标介绍

HR_C5000芯片的输入输出信号与原有传统模拟对讲电路兼容，设计采用了双锁相环电路和功放的Ramp控制，用于实现时隙的收发快速切换和消除切换带来的杂散。整机采用TDMA技术，能够让终端同时工作在两个信道上，实现语音全双工、数话同传、单频中继、双速率数据以及双信道守候等特点，从而将数字化带来的功能得以提升。芯片全业务支持DMR标准的各类呼叫、短数据、IP数传等功能，无须处理器干预通信过程。

基于以上推荐方案设计的整机，具有70mA工作待机电流的性能，接收灵敏度可达-120dBm（5%误比特率时），邻道功率比低于-60dB，邻道选择性达到60dB以上。

设备可在12.5kHz内采用2时隙工作，模拟时可工作在12.5kHz/25kHz，频率范围在30MHz～1GHz，工作温度可从－40℃～125℃，符合ETSI　TS102　361标准。

五、芯片技术中的几个关键问题回答

1）能简单介绍一下I、Q信号的工作原理吗？

　　I、Q信号的工作原理可从正交信号的调制和解调来说。

基带信号总可以分解成I、Q两路正交调制信号，如图：

　　　图8　I、Q正交调制信号

I、Q路分别输入两个数据a、b，I路乘以 ，Q路乘以 ，之后再相加，输出信号为 ，这个过程就叫正交调制。

正交调制的I、Q信号可以很容易在接收端恢复，如图：

　　　　图9　I、Q正交信号的解调

同理Q路输出为b，从而完成信号的解调。

2）在图1的芯片原理图中，Mod1、Mod2与I、Q信号的区别是什么，它们之间有什么关系？

图10 发送信号的不同输出设计

如图所示，Mod1和Mod2信号与I、Q信号的取值位置不同，前者在调频之前，后者在调频之后。两点调制方式采用调频前的信号通过对于芯片外参考本振和压控振荡器的协同控制实现射频的调频。IQ方式则采用混频电路上变频方式实现发送射频信号。A位置与B位置的IQ信号差异在于是否承载到一个低载频（如455kHz）。而C位置的信号则是输出中频信号，对IQ信号进行了叠加。可见本部分电路可进行两点调制，也可按用户要求的载波频率送出调制信号（在E点），在C点则是455kHz的中频调制信号。

3）图1中的2选1是根据什么来判断并作出选择的？

2选1的判断是基于使用模式的选择（数字/模拟），由CPU来配置相应的寄存器实现的。

4）图1中的I_in/IF_in与Q_in是什么意思，联接时应注意什么？

I_in/IF_in和Q_in是指接收信号可以选择为两类：IQ信号和中频信号（IF_in），如图10所示的逆向过程，I_in和Q_in信号组成接收的IQ信号，在内部直接进行双路解调。接收中频信号（IF_in）在内部进行数字混频成两路IQ信号进行双路解调。

这样设计的目的在于，采用IQ信号的方式，对于发送有助于发送指标的改善，对于接收能够进行直接分路，有利于接收性能的改善。而采用两点调制发送，中频接收，则更多的是考虑电路设计的简单性、低成本和原模拟对讲机电路的兼容性，两种方式均可以达到无线电管理部门对指标的要求。

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