FM31系列數(shù)字語音處理芯片在雙向降噪手機中的應用

圖2 FM31系列芯片在含有COEDC芯片的手機平臺典型應用

電源：使用單獨可控的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)的電壓來選擇，范圍為1.8～3.3V。數(shù)字麥克風電源可以使用VDDIO。

數(shù)字麥克風接口：FM31提供給數(shù)字麥克風1.024MHz的時鐘信號。麥克風拾取聲音信號64kHz過采樣轉(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（見圖3）。主麥克風（MIC0）和參考麥克風(MIC1)的數(shù)據(jù)分別位于時鐘信號的低周期（A0→B0→C0→D0→E0…）和高周期（V1→W1→X1→Y1→Z1…）。

圖3 FM31數(shù)字麥克風接口信號

I2S接口：FM31兩路數(shù)字音頻信號接口，通過參數(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，共享時鐘和同步信號直通模式支持48kHz的多媒體音樂信號。I2S接口可以配置成主模式，提供外設時鐘和幀同步信號，或者配置成從模式，時鐘和幀同步信號從主機獲得，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)可以是零時鐘延時或一個時鐘延時，可在時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)一個時鐘延時，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符號擴展，13位PCM零擴充和16位線性PCM格式。

圖4 I2S格式舉例

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

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：外部時鐘開始產(chǎn)生并輸入到MCLK，打開VDDIO，省電控制和直通控制設置高電平，復位控制為低電平，等待1ms以后，打開VDDC/P，再等待1ms以后，復位控制設置成高電平，最后等待10ms以后完成復位。通過串行主機接口下載FM31初始化參數(shù)，完成初始化配置，將省電控制置低，F(xiàn)M31進入到省電模式，關閉主時鐘MCK。當有電話進或出，或錄音、播放音樂時，打開主時鐘，將省電控制置高，喚醒FM31，復位控制為低電平超過100μs，再將復位控制設置成高電平，等待10ms以后完成復位，主控制器根據(jù)工作模式通過串行主機接口下載相應參數(shù)。手持和免提模式切換時，將復位控制設置為低電平超過100μs，然后將復位控制設置成高電平，等待10ms以后完成復位，下載免提或手持模式的參數(shù)。通話完成以后，等待一段時間以后將省電控制置低，F(xiàn)M31便會關閉主時鐘MCK，進入到省電模式。

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)配置包含時鐘頻率配置，芯片接口配置和系統(tǒng)增益分配。根據(jù)主時鐘頻率，設置鎖相環(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路徑；根據(jù)系統(tǒng)信號大小，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，分別測量兩個麥克風近距離講話和遠距離噪聲的信號差別，根據(jù)差異設置麥克風自動校準參數(shù)；通過活動語音檢測指示調(diào)整時域噪聲抑制參數(shù)，調(diào)整頻域噪聲抑制參數(shù)和殘余噪聲平滑參數(shù)，使在語音質(zhì)量的情況下，噪聲抑制性能達到最優(yōu)。調(diào)試下行穩(wěn)態(tài)噪聲抑制參數(shù)，設定噪聲抑制的分貝數(shù)，調(diào)整低頻和高頻段的噪聲增益。