FM31系列數(shù)字語(yǔ)音處理芯片在雙向降噪手機(jī)中的應(yīng)用

圖2 FM31系列芯片在含有COEDC芯片的手機(jī)平臺(tái)典型應(yīng)用

電源：使用單獨(dú)可控的1.2V低壓降直流穩(wěn)壓器給FM31的核和鎖相環(huán)電路供電，并使用磁珠和電容濾波。數(shù)字輸入輸出引腳電源VDDIO可以根據(jù)外部系統(tǒng)的電壓來(lái)選擇，范圍為1.8～3.3V。數(shù)字麥克風(fēng)電源可以使用VDDIO。

數(shù)字麥克風(fēng)接口：FM31提供給數(shù)字麥克風(fēng)1.024MHz的時(shí)鐘信號(hào)。麥克風(fēng)拾取聲音信號(hào)64kHz過(guò)采樣轉(zhuǎn)換成脈沖密度調(diào)制（PDM）的數(shù)據(jù)流送給FM31，其內(nèi)置數(shù)字濾波器將數(shù)據(jù)流降低成16kHz采樣率16位的脈沖編碼調(diào)制接口（PCM）信號(hào)（見圖3）。主麥克風(fēng)（MIC0）和參考麥克風(fēng)(MIC1)的數(shù)據(jù)分別位于時(shí)鐘信號(hào)的低周期（A0→B0→C0→D0→E0…）和高周期（V1→W1→X1→Y1→Z1…）。

圖3 FM31數(shù)字麥克風(fēng)接口信號(hào)

I2S接口：FM31兩路數(shù)字音頻信號(hào)接口，通過(guò)參數(shù)可以配置成內(nèi)部集成電路聲音接口（I2S），正常處理模式支持8kHz或16kHz的音頻數(shù)字信號(hào)，共享時(shí)鐘和同步信號(hào)直通模式支持48kHz的多媒體音樂(lè)信號(hào)。I2S接口可以配置成主模式，提供外設(shè)時(shí)鐘和幀同步信號(hào)，或者配置成從模式，時(shí)鐘和幀同步信號(hào)從主機(jī)獲得，在幀同步為高的周期為左聲道或右聲道音頻數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以是零時(shí)鐘延時(shí)或一個(gè)時(shí)鐘延時(shí)，可在時(shí)鐘上升沿或下降沿被鎖定。圖4為I2S格式舉例：I2S下降沿鎖定數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)一個(gè)時(shí)鐘延時(shí)，幀同步高為左聲道數(shù)據(jù)。
I2S接口可以配置成單聲道的脈沖編碼調(diào)制接口（PCM），支持8位A律、μ律，13位PCM符號(hào)擴(kuò)展，13位PCM零擴(kuò)充和16位線性PCM格式。

圖4 I2S格式舉例

控制接口和時(shí)鐘信號(hào)接口：控制端口包含復(fù)位控制（RST#），省電控制（PWDN#），直通控制（BP#）和串行主機(jī)接口（SHI）。SHI接口用來(lái)配置FM31的參數(shù)，最大支持400kHz的時(shí)鐘信號(hào)，SHI上拉電阻使用2.2kΩ。FM31內(nèi)建鎖相環(huán)，可以支持多種時(shí)鐘輸入：在3～32MHz之間按1MHz步長(zhǎng)增加，或在4.096～32.768MHz之間按2.048MHz步長(zhǎng)增加。

軟件控制和工作模式切換：FM31工作模式包含上電的初始化配置，省電模式，喚醒模式，手持模式，免提模式和直通模式。上電的初始化配置：外部時(shí)鐘開始產(chǎn)生并輸入到MCLK，打開VDDIO，省電控制和直通控制設(shè)置高電平，復(fù)位控制為低電平，等待1ms以后，打開VDDC/P，再等待1ms以后，復(fù)位控制設(shè)置成高電平，最后等待10ms以后完成復(fù)位。通過(guò)串行主機(jī)接口下載FM31初始化參數(shù)，完成初始化配置，將省電控制置低，F(xiàn)M31進(jìn)入到省電模式，關(guān)閉主時(shí)鐘MCK。當(dāng)有電話進(jìn)或出，或錄音、播放音樂(lè)時(shí)，打開主時(shí)鐘，將省電控制置高，喚醒FM31，復(fù)位控制為低電平超過(guò)100μs，再將復(fù)位控制設(shè)置成高電平，等待10ms以后完成復(fù)位，主控制器根據(jù)工作模式通過(guò)串行主機(jī)接口下載相應(yīng)參數(shù)。手持和免提模式切換時(shí)，將復(fù)位控制設(shè)置為低電平超過(guò)100μs，然后將復(fù)位控制設(shè)置成高電平，等待10ms以后完成復(fù)位，下載免提或手持模式的參數(shù)。通話完成以后，等待一段時(shí)間以后將省電控制置低，F(xiàn)M31便會(huì)關(guān)閉主時(shí)鐘MCK，進(jìn)入到省電模式。

參數(shù)調(diào)試：包含系統(tǒng)參數(shù)配置和性能參數(shù)調(diào)試。系統(tǒng)參數(shù)配置包含時(shí)鐘頻率配置，芯片接口配置和系統(tǒng)增益分配。根據(jù)主時(shí)鐘頻率，設(shè)置鎖相環(huán)分頻系數(shù)；根據(jù)基帶芯片連接方式和數(shù)字接口格式配置兩路I2S或PCM接口的格式和上下行信號(hào)路徑；根據(jù)系統(tǒng)信號(hào)大小，合理分配模擬和數(shù)字域的增益，滿足發(fā)送和接受響度、失真度的要求。性能參數(shù)調(diào)試包含清晰語(yǔ)音引擎參數(shù)，噪聲抑制和回聲消除參數(shù)的調(diào)試。噪聲抑制調(diào)試分為上行降噪?yún)?shù)調(diào)試，下行穩(wěn)態(tài)噪聲抑制參數(shù)調(diào)試。調(diào)整上行噪聲抑制時(shí)，分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)麥克風(fēng)近距離講話和遠(yuǎn)距離噪聲的信號(hào)差別，根據(jù)差異設(shè)置麥克風(fēng)自動(dòng)校準(zhǔn)參數(shù)；通過(guò)活動(dòng)語(yǔ)音檢測(cè)指示調(diào)整時(shí)域噪聲抑制參數(shù)，調(diào)整頻域噪聲抑制參數(shù)和殘余噪聲平滑參數(shù)，使在語(yǔ)音質(zhì)量的情況下，噪聲抑制性能達(dá)到最優(yōu)。調(diào)試下行穩(wěn)態(tài)噪聲抑制參數(shù)，設(shè)定噪聲抑制的分貝數(shù)，調(diào)整低頻和高頻段的噪聲增益。