基于高精度Σ-ΔADC和DSP的廣播級數(shù)字音頻延時器

　　CS4224和TMS320C32采用串行方式連接。CS4224的串行數(shù)據(jù)線SDIN和SDOUT分別與TMS320C32的串口數(shù)據(jù)線DR和DX直接相連，數(shù)據(jù)移位時鐘SCLK與數(shù)據(jù)收發(fā)時鐘CLKX和CLKR相連，左右聲道時鐘LRCK經(jīng)二倍頻后作為收發(fā)幀同步時鐘FSX和FSR。工作時序見圖2。

　　TMS320C23串口可以工作于可變或固定數(shù)據(jù)速率方式，進(jìn)行連續(xù)或猝發(fā)傳輸。延時器選用可變數(shù)據(jù)速率方式和猝發(fā)傳輸，并工作于最高幀速率，即前面一幀和后面一幀之間沒有停頓。

　　1.4 控制接口

　　可以通過兩種接口方式控制CS4224：SPI和I2C，通過引腳SPI/I2C進(jìn)行選擇。延時器采用SPI模式控制CS4224的工作方式。CS、CDIN和CCLK分別為片選、數(shù)據(jù)線和位時鐘，由M68HC05C8的內(nèi)置SPI接口控制。給定CS4224控制寄存器地址，單片機可以讀寫控制寄存器的內(nèi)容。M68HC05C8通過端口PC6復(fù)位CS4224。

　　TMS320C32芯片本身提供的I/O線只有XF0和XF1，利用這兩根線分別作發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)和接收數(shù)據(jù)線，構(gòu)成一個異步串行口，通過軟件模塊與M68HC05C8進(jìn)行雙機通信，由單片機控制TMS320C32的運行。同時，單片機通過端口PC0～5控制TMS320C32的復(fù)位端、工作方式選擇端MCBL/MP和引導(dǎo)模式選擇端INT0～3。

2 工作流程

　　2.1 音頻信號處理

　　立體聲音頻信號首先經(jīng)過輸入調(diào)理電路。輸入調(diào)理電路的主要作用是對音頻信號進(jìn)行緩沖和交流耦合，同時進(jìn)行電平偏移，產(chǎn)生CS4224所需的2.3V供模輸入電壓，并滿足CS4224滿量程輸入電壓有效值為2V的要求。

　　音頻信號送入CS4224后，進(jìn)入片內(nèi)一階高通濾波器， 濾除輸入信號中可能存在的直流偏置。為避免高通濾波器影響頻率響應(yīng)，可以通過ADC控制寄存器HPD域禁止該功能。CS4224具有輸入電平監(jiān)測功能，通過狀態(tài)寄存器LV域指示峰值數(shù)字信號。A/D轉(zhuǎn)換以后左右聲道數(shù)字信號由內(nèi)部數(shù)字輸入濾波器濾波后，在數(shù)據(jù)移位時鐘SCLK作用下分時從SDOUT引腳串行送出，左右聲道時鐘LRCK指示是左聲道還是右聲道信號，并開始一個新的采樣周期。

　　從引腳SDIN輸入的數(shù)字音頻信號，經(jīng)內(nèi)部數(shù)字輸出濾波器濾波后，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，由片內(nèi)緩沖放大器提供有效值最大為2V的差模輸出電壓。音頻輸出電壓大小通過片內(nèi)衰減器調(diào)節(jié)，模擬音量控制范圍113.5dB;并以0.5dB步長步進(jìn)調(diào)整，由輸出衰減寄存器設(shè)置。音量調(diào)節(jié)過程采用淡入淡出方式，從當(dāng)前音量到新設(shè)置音量以0.5dB的斜率逐漸變化，變化速率通過DAC控制寄存器RMP域可設(shè)置為4、16或32倍采樣周期。如果通過DAC控制寄存器SOFT域禁止淡入淡出，音量變化通常發(fā)生在音量過零點，以便減小信號失真。如果未檢測到過零點，則在512和1024個采樣周期之間完成音量切換。CS4224同時具有輸出靜音功能，通過DAC控制寄存器MUT域設(shè)置，靜音的實現(xiàn)和音量控制一樣，也是以淡出方式進(jìn)行。

　　輸出調(diào)理電路采用兩個二階Butterworth濾波器，以便濾波除帶外噪聲。CS4224在采樣頻率附近為片外濾波器進(jìn)行了3dB預(yù)補償，可以在通帶范圍提供平坦的頻率響應(yīng)和線性相應(yīng)。輸出信號為差動平衡信號。

　　SDOUT引腳的47kΩ下拉電阻將CS4224設(shè)置為主機工作方式，LRCK和SCLK作為輸出引腳。主時鐘從CS4224的XT1引腳輸入，頻率為24.576MHz，經(jīng)內(nèi)部8分頻，得到3.072MHz的串行數(shù)據(jù)移位時鐘SCLK，再經(jīng)64分頻，得到48kHz的左右聲道時鐘LRCK，也是采樣頻率。分頻關(guān)系通過時鐘輸出寄存器的MCK域來設(shè)置。

　　CS4224提供四種串行數(shù)據(jù)輸入和輸出格式，可以通過DSP端口模式寄存器的DDI和DDO域設(shè)置。延時器均采用格式1（FORMAT1），數(shù)據(jù)為24位左對齊方式。數(shù)據(jù)輸入和輸出時序如圖2所示。