TLV32AC56/57音頻信號(hào)處理器介紹

1 引言

TLV320C56/57是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的音頻處理集成電路(VBAP)，它內(nèi)含發(fā)送和接收編譯碼電路以及發(fā)送、接收濾波器，可用于遠(yuǎn)距離語(yǔ)音通訊、數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字音頻處理、數(shù)字信號(hào)測(cè)量等系統(tǒng)和領(lǐng)域。TLV320AC56/57的主要參數(shù)如下：

TLV320AC56/57有DIP和PT兩種封裝形式，圖1所示為其引腳排列圖。

TLV320AC56/57集成電路有壓展和線性兩種工作模式。在壓展工作模式下，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收均為8位;在線性工作模式下，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收為16位，另3位用于衰減控制，也可填充三個(gè)"0".

發(fā)送部分可直接與駐極體話筒接口，以將話筒信號(hào)送給緩沖放大器變固定電平信號(hào)，然后再經(jīng)去噪后送給帶通濾波器。在壓展工作模式下，濾波器輸出信號(hào)應(yīng)送給壓展A/D轉(zhuǎn)換器。

接收部分有壓展和線性兩個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，分別用于轉(zhuǎn)換從DIN輸入的串行數(shù)據(jù)。所得的模擬信號(hào)送到隔離電容濾波器以濾除帶外信號(hào)。濾波器同時(shí)提供(SinX)/X校正以使信號(hào)平滑。其輸出信號(hào)將直接供給耳機(jī)放大器，該放大器的增益是可調(diào)的，并能提供低功耗的差分輸出。

TLV320AC56/57內(nèi)有一帶隙高精度電源電路，參考電壓VMID等于Vcc/2,對(duì)放大電路和話筒偏置提供相當(dāng)于1/2電平的虛地，另一參考電壓可為MICBIAS提供話筒的電流偏置。圖2是它的功能方框圖。

2 引腳功能

下面是TLV320AC56/57的引腳功能說(shuō)明。其中各引腳后的括號(hào)內(nèi)分別是DIP-20和PT-48腳封裝的引腳號(hào)，"×"表示該封裝無(wú)此引腳。

AGND(×/34腳)：所有內(nèi)部模擬電路地;

AVcc(×/4腳)：所有內(nèi)部模擬線中的3V供電電源;

CLK(11/19腳)：時(shí)鐘輸入，在固定比特率的情況下，它可作為主時(shí)鐘、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的時(shí)鐘，在可變比特率條件下，CLK僅作主頻時(shí)鐘用;

DCLK(7/14腳)：固定或變比特率選擇端。DCLK與VCC相連時(shí)，選擇固定比特率模式;DCLK不與VCC相連時(shí)，選擇可變比特率模式，這時(shí)，DCLK是接收數(shù)據(jù)時(shí)鐘;

DGND(×/27腳)：所有數(shù)據(jù)線路的接地端;

DIN(8/15腳)：接收數(shù)據(jù)輸入端，在固定比特率模式下，接收數(shù)據(jù)時(shí)鐘頻率的波形負(fù)波時(shí)，接收數(shù)據(jù)輸入;

DOUT(13/21腳)：發(fā)送數(shù)據(jù)輸出端，當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)鐘的正半波時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù);

DVCC(×/9腳)：所有內(nèi)部數(shù)據(jù)線路的3V電源;

EARA(2/44腳)：耳機(jī)輸出端，與EARB組成差分驅(qū)動(dòng)輸出;

EARB(3/45腳)：耳機(jī)輸出端，與EARA組成差分驅(qū)動(dòng)輸出(模擬信號(hào)輸出);

EARGS(4/46腳)：耳機(jī)輸出增益設(shè)置輸入端，一個(gè)外部電阻電壓分配網(wǎng)絡(luò)聯(lián)EARA和EARB兩端，其電壓分配比率決定著功率放大器的增益。當(dāng)EARGS與EARB相連時(shí)，增益最大;EARGS與EARA連接時(shí)，增益最小。外接RC網(wǎng)絡(luò)可校正耳機(jī)的頻率響應(yīng);

EARMUTE(10/17腳)：耳機(jī)輸出靜音控制信號(hào)輸入端，當(dāng)EARMUTE為低電平時(shí)，輸出放大器靜止，無(wú)音頻信號(hào)輸出;[!--empirenews.page--]

GND(16/×腳)：內(nèi)部線路接地端;

LINSEL(15/26腳)：線性模式選擇輸入端。當(dāng)它為低電平時(shí)，選擇線性編/譯碼工作方式;當(dāng)處于高電平時(shí)，選擇壓展編/譯碼模式。XX56壓展碼采用μ律，XX57采用A律;

MICBIAS(20/42腳)：話筒偏置，對(duì)駐極體話筒，MICBIAS電壓等于VMID;

MICGS(19/41腳)：內(nèi)部話筒放大器輸出端。通常作為反饋信號(hào)用作話筒放大器的增益控制，如果需要附加音響，可在MICGS和EARGS(模擬)之間接一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò);

MICIN(18/40腳)：話筒信號(hào)輸入端;

MICMUTE(6/11腳)：話筒輸入靜音控制信號(hào)輸入。當(dāng)此信號(hào)為低電平時(shí)，發(fā)送的數(shù)字信號(hào)均為"0";

PDN(1/43腳)：電源控制信號(hào)輸入端，當(dāng)此信號(hào)為T(mén)TL低電平時(shí)，系統(tǒng)將降低電源電壓，以減小能量的損耗;

TSX/DCLKX(14/22腳)：發(fā)送時(shí)間通道選通或發(fā)送通道的數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入端。在固定比率模式下，該引腳的一個(gè)開(kāi)漏極輸出并直接到地。通常也作為三態(tài)緩沖器的使能信號(hào)。在可變比特率條件下，DCLKX是數(shù)據(jù)時(shí)鐘的輸入端;

Vcc(5/×腳)：所有內(nèi)部線路的3V電源;

VMID(17/36腳)：VCC/2偏置參考電壓，在該端接入一個(gè)4700pF~1μF的低損高頻電容到地可作濾作用。

3 工作過(guò)程

在電源正常工作時(shí)，TLV320AC56/57可在下列情況下進(jìn)行初始化操作：

(1)接地;

(2)接通VCC;

(3)接通所有的時(shí)鐘信號(hào);

(4)將PDN接至TTL高電平;

(5)把同步脈沖加在FSX和FSR端。

該芯片對(duì)死機(jī)設(shè)計(jì)有很好的保護(hù)。但當(dāng)電源狀況不符合要求時(shí)，死機(jī)的情況仍有可能發(fā)生。轔幫助確認(rèn)死機(jī)情形，在電源VCC與GND之間應(yīng)反接一個(gè)二極管，它的正向壓降應(yīng)等于或小于0.4V(可選用1N5711或等同元件)。

在發(fā)送通道加上或打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)時(shí)，DOUT和TSX在大約4個(gè)幀時(shí)間內(nèi)(約500μs)保持高阻態(tài)，然后，DOUT、TSX和其它信號(hào)均有效，并在各自的時(shí)間通道中處理信號(hào)。因?yàn)樽詣?dòng)清零線路的原因，發(fā)送端模擬電路約需60ms達(dá)到平衡。為進(jìn)一步完善系統(tǒng)，當(dāng)CLK中斷時(shí)，DOUT和TSX應(yīng)置于高阻態(tài)。

音頻信號(hào)是模擬信號(hào)，是通過(guò)麥克風(fēng)捕獲到的變成為一定電平的信號(hào)。它是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。我們知道這個(gè)信號(hào)振幅就是音量，頻率就是音調(diào)。一般來(lái)說(shuō)人耳可感受的正弦波的范圍是從20 Hz 的低頻聲音到20 000 Hz 的高頻聲。把這樣的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)能夠接受的數(shù)字信號(hào)的第1 步是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，使其成為時(shí)間的離散函數(shù)。

為了以后恢復(fù)模擬信號(hào)的原貌，采樣頻率應(yīng)該不低于模擬信號(hào)最高頻率的兩倍(Harry Nyquist 定理)。第2步就是對(duì)采樣來(lái)的離散信號(hào)進(jìn)行編碼即所謂的脈沖編碼調(diào)制(pulse code modulation,PCM)，也就是用二進(jìn)制碼來(lái)表示每個(gè)離散信號(hào)的幅度。硬件實(shí)現(xiàn)上主要是由采樣保持器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)完成的，即構(gòu)成一個(gè)音頻輸入設(shè)備。

TLV320AC56/57系統(tǒng)可提供低電平工作和三種等待模式。當(dāng)一個(gè)外部低電平信號(hào)加在PDN時(shí)，系統(tǒng)將關(guān)機(jī)。沒(méi)有信號(hào)時(shí)，PDN內(nèi)部上拉至高電平以使系統(tǒng)保持活性。在低電平模式下，系統(tǒng)的電源消耗僅為2mW。

將DCLKR接至數(shù)據(jù)接收時(shí)鐘即選擇了可變比特率工作方式，同時(shí)也選定了接收時(shí)鐘頻率。在這種模式下，主時(shí)鐘控制開(kāi)關(guān)電容濾波器，從而DIN和DOUT端的輸出則分別由DCLKR和DCLKX來(lái)控制，TLV320AC56/57允許系統(tǒng)以低于時(shí)鐘頻率的任何速度傳輸數(shù)據(jù)，但DCLKR和DCLKX必須與CLK同步。

采集來(lái)的音頻數(shù)據(jù)有著相當(dāng)巨大的數(shù)據(jù)量，如果不經(jīng)過(guò)壓縮，保存它們需要大量的存貯空間，傳輸起來(lái)也比較困難，很自然，人們想到了壓縮?？梢哉f(shuō)，這一環(huán)節(jié)在數(shù)字音頻技術(shù)中占有特別重要的地位。目前常用的壓縮方法有很多種，不同的方法具有不同的壓縮比和還原音質(zhì)。編碼的格式和算法也各不相同，其中某些壓縮算法相當(dāng)復(fù)雜，普通程序不可能去實(shí)現(xiàn)其編解碼算法。

當(dāng)FSX輸入高電平時(shí)，在DCLKX的正半周將由DOUT端將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。當(dāng)FSR為高電平時(shí)，在DCLKR的負(fù)半周，由DIN接收數(shù)據(jù)，在可變化特率模式下，如果DCLK有振蕩信號(hào)，且FSX保持高電平，則在一幀的時(shí)間通道內(nèi)，DOUT上的數(shù)據(jù)字是重復(fù)的。

為了避免因中斷而引起的串音干擾，芯片使用了單獨(dú)的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器、濾波器和通道參考電壓，這使得兩個(gè)通道可以完全獨(dú)立運(yùn)行。主時(shí)鐘、數(shù)據(jù)時(shí)鐘和時(shí)間通道的檢測(cè)必須在每一開(kāi)始的時(shí)候同步。

芯片內(nèi)部產(chǎn)生的精確帶隙參考電壓可為發(fā)送與接收通道提供所有的參考起泡沫。在制造過(guò)程中，芯片的每一通道的增益都已得到調(diào)整。從而保證了在外部電壓和溫度變化時(shí)增益的穩(wěn)定性。

4 應(yīng)用接口

TLV320AC56采用的是μ律(壓展模式)，相當(dāng)于CCITT G.711標(biāo)準(zhǔn)。而TLV320AC57則采用A律，相當(dāng)于CCITT G.711標(biāo)準(zhǔn)。在線性模式下兩者相同。且輸入放大器的接口與駐極體話筒完全兼容，其典型接口電路如圖3所示。話筒放大器的輸出MICGS通常與反饋網(wǎng)絡(luò)相連，該信號(hào)同時(shí)加在放大器的反相輸入端以穩(wěn)定放大器的增益值。VMID端可用于濾波器的接入。而MICUMUTE端上的開(kāi)關(guān)K可用來(lái)對(duì)話筒靜音進(jìn)行控制。