FM31系列數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低壓降直流穩壓器給FM31的核和鎖相環電路供電，并使用磁珠和電容濾波。數字輸入輸出引腳電源VDDIO可以根據外部系統的電壓來選擇，范圍為1.8～3.3V。數字麥克風電源可以使用VDDIO。

數字麥克風接口：FM31提供給數字麥克風1.024MHz的時鐘信號。麥克風拾取聲音信號64kHz過采樣轉換成脈沖密度調制（PDM）的數據流送給FM31，其內置數字濾波器將數據流降低成16kHz采樣率16位的脈沖編碼調制接口（PCM）信號（見圖3）。主麥克風（MIC0）和參考麥克風(MIC1)的數據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數字麥克風接口信號

I2S接口：FM31兩路數字音頻信號接口，通過參數可以配置成內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據，數據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下降沿鎖定數據，數據一個時鐘延時，幀同步高為左聲道數據。
I2S接口可以配置成單聲道的脈沖編碼調制接口（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，最大支持400kHz的時鐘信號，SHI上拉電阻使用2.2kΩ。FM31內建鎖相環，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，完成初始化配置，將省電控制置低，FM31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，主控制器根據工作模式通過串行主機接口下載相應參數。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。通話完成以后，等待一段時間以后將省電控制置低，FM31便會關閉主時鐘MCK，進入到省電模式。

參數調試：包含系統參數配置和性能參數調試。系統參數配置包含時鐘頻率配置，芯片接口配置和系統增益分配。根據主時鐘頻率，設置鎖相環分頻系數；根據基帶芯片連接方式和數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；根據系統信號大小，合理分配模擬和數字域的增益，滿足發送和接受響度、失真度的要求。性能參數調試包含清晰語音引擎參數，噪聲抑制和回聲消除參數的調試。噪聲抑制調試分為上行降噪參數調試，下行穩態噪聲抑制參數調試。調整上行噪聲抑制時，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，根據差異設置麥克風自動校準參數；通過活動語音檢測指示調整時域噪聲抑制參數，調整頻域噪聲抑制參數和殘余噪聲平滑參數，使在語音質量的情況下，噪聲抑制性能達到最優。調試下行穩態噪聲抑制參數，設定噪聲抑制的分貝數，調整低頻和高頻段的噪聲增益。