帶SD/MMC存儲卡接口的MP3和弦芯片ft1780

隨著MP3手機的興起，用戶不僅對手機音樂的音量、音質要求越來越高，而且對手機的存儲容量的要求也越來越大，總希望能多存些歌，可以省去頻繁換歌的煩惱。但目前一般手機自帶的內存遠遠不能滿足這些要求，而且很多手機平臺也無法支持外接存儲卡，為了解決這一問題，就需要有配套的存儲管理芯片。

方泰電子的ft1780可以幫手機設計工程師很好的解決這個難題。它不僅可以提供專業的MP3音樂，而且集成了SD/MMC存儲卡接口，由于內置文件管理系統，可以方便地升級原有的手機產品，使之具有可更換外接SD/MMC存儲卡的功能。本文介紹了ft1780音頻處理芯片的功能特點，并詳細敘述了其在手機上的應用實例。

ft1780芯片內部結構和特點

圖1是ft1780芯片的內部框圖，從中可以看出，ft1780主要由7部分組成。

圖1：ft1780芯片內部框圖。

1. 主機接口：與Baseband相連，Baseband通過它向ft1780發命令和讀取狀態；

2. 音頻/系統引擎：芯片的核心部分，完成64和弦MIDI合成，MP3解碼，七段數字均衡器，文件系統管理，系統控制等功能；

3. SD/MMC卡控制器：完成SD/MMC卡接口功能；

4. 輸入/輸出控制器：完成I²S接口,四路LED控制，馬達和背光控制等功能；

5. 電源管理系統：可以關掉不用的功能模塊，節省系統功耗；

6. 立體聲耳機功放：可以直接驅動16ohm的耳機，輸出功率可達到20mW以上；

7. 喇叭功放：可以直接驅動8ohm喇叭，輸出功率可達到500mW以上；

ft1780芯片采用6mmx7mm 48Pin的BGA封裝，與其它普通MP3解碼芯片相比，它有以下幾個主要特色：

1. 工作電流小，具有高效的省電設計電路，芯片內各模塊可以單獨控制開和關，可滿足手機上不同的工作模式要求；

2. 支持全系列采樣率和編碼率的MP3數據，包括MPEG Version1 Layer3，MPEG Version2 Layer3和MPEG Version2.5 Layer3標準，采樣率范圍是8~48kHz，編碼率是8~320kbps，解碼品質高，聲音音質好；

3. 支持64和弦的鈴聲，支持自有的人聲音效格式(FTF格式)，同時支持自然音和背景音的播放；

4. 內置SD/MMC卡的文件管理系統程序，不需要手機的基帶來解析SD/MMC卡上的文件系統，基帶只要發簡單的命令就可以控制ft1780的播放功能，SD/MMC卡的數據可以不經過基帶，由ft1780芯片自己讀取和播放，這樣可以大大減輕基帶的負擔，也因此拓寬了ft1780的應用面。

5. 內置高品質立體聲耳機功率放大電路，輸出功率大，并具有無耦合電容設計的耳機輸出電路。普通的耳機輸出需要兩個較大的隔直電容，若電容容量太小，會使低頻響應變差，聲音低頻失真。而無耦合電容設計可以節省成本，節省手機電路板寶貴的空間，增加耳機輸出的保真度。

6. 內置喇叭功率放大電路，在8ohm喇叭上可以輸出500mW以上的功率。

圖2：典型應用示意圖。

ft1780芯片的曲型應用

ft1780的應用電路比較簡單，所需的外圍器件很少，只需要十幾個電阻和電容，典型應用線路如2所示。通過調整R1和R3的比值可以調節ft1780內部輸出到喇叭的增益，通過調整C1和C3可以調節喇叭輸出聲音的高頻和低頻特性，對于圖中所列參數，R1=33k歐姆，C1=330pF，R3=33k歐姆，C3=0.1uF，增Gain=R1/R3=1，高頻截止頻率為F_H=1/(2*π*R1*C1)=14.6kHz，低頻截止頻率為F_L=1/(2*π*R3*C3)=48.2Hz。從Audio In進來的音頻信號可以通過控制從喇叭或耳機出來，并且可以根據需要通過R2和C2調節它的低頻響應曲線。圖中，耳機的輸出已用了無耦合電容設計，所以圖上沒有輸出耦合電容，但要注意的是，耳機的公共端不是通常的“地”，需是芯片上的虛擬地腳“HPR”。另外芯片的VDDA腳可以直接與電池的正級相接，在不需芯片工作時，可以用軟件來控制芯片進入"Power Down"狀態，這時芯片的耗電只有幾微安。

相關軟件和播放流程

ft1780芯片的工作需要相應的驅動程序支持。驅動程序采用模塊化結構，各功能都有相應的程序，在Design In過程中，只要修改硬件相關的地址參數，加入中斷服務程序(也可以使用定時器相關的查詢模式)，然后調用相應的API就可以正常工作(發出聲音)了。圖3是軟件模塊示意圖，下面簡單介紹一下各模塊的功能：

圖3：軟件模塊示意圖。

1. 硬件平臺相關模塊：需要根據手機平臺的情況修改相應的參數，主要有芯片寄存器的操作地址，輸入時鐘的頻率等；

2. MIDI模塊：MIDI數據解析和處理，MIDI播放控制和回調控制；

3. ADPCM模塊：ADPCM數據解析和處理，ADPCM播放控制和回調控制；

4. FTF模塊：FTF數據解析和處理，FTF播放控制和回調控制；

5. SD/MMC模塊：SD/MMC命令解析和處理，SD/MMC播放控制和回調控制；

6. MP3模塊：MP3數據解析和處理，MP3播放控制和回調控制；

7. 中斷服務模塊：對芯片的各個中斷事件作相應的處理，主要補充數據，播放結束控制和出錯信息處理等；

8. 驅動程序API模塊：提供用戶所需的所用功能的調用，用戶不必關心具體底層模塊的細節，只需與上層API打交道；

9. 用戶參考模塊：如何使用API控制播放的一個例子，也可以作為API的進一步包裝，供用戶直接使用。

下面我們介紹一下ft1780軟件的使用方法。

播放Baseband上文件的流程

圖4是播放Baseband上文件的流程圖。當用戶想播放Baseband上的音頻數據時，首先是要對ft1780芯片做初始化，然后對要播放的數據做預處理，驅動程序會分析數據格式，并根據格式自動調用底層處理函數，再下一步是啟動中斷或定時器、消息等機制，這一步的目的是啟動后臺處理任務，當進入播放狀態時，需由后臺任務完成后續的處理工作，最后就是發播放開始命令，開始播放聲音，進入播放狀態。

圖4：播放Baseband上文件的流程圖。

在播放狀態下，ft1780芯片會根據內部運作情況發出中斷請求，Baseband必需在一定時間內處理相應事件，否則會出現聲音停頓，不連續等現象。在ft1780芯片內部有很大的FIFO(先進先出存儲器)來保存播放的數據，可以適應低端Baseband中斷反應延時比較大的問題，保證聲音播放的順暢。

在播放過程中，Baseband隨時可以調用相應的API來停止當前的播放，或讀取播放信息，暫停/恢復等操作。

播放SD/MMC卡上文件的流程

圖5是播放SD/MMC卡上文件的流程圖。當用戶想播放SD/MMC卡上的聲音文件時，首先是要對ft1780芯片做初始化，然后讀出卡上的聲音文件，選擇要播放的文件，調用簡單的API播放命令后，進入播放狀態，芯片會自動讀取卡上的數據，播放出聲音，再下一步是啟動中斷或定時器、消息等機制，這一步的目的是啟動后臺處理任務，處理中斷事務。

圖5：播放SD/MMC卡上文件的流程圖。

雖然看上去與播放Baseband上文件的流程差不多，但主要有以下不同：當播放Baseband上文件時，Baseband必須不斷地送數據到ft1780芯片內部，中斷會比較頻繁(與所播放的文件的碼流率有關)，而當播放SD/MMC卡上的文件時，ft1780芯片自己從SD/MMC卡里讀取所需數據，不需要Baseband的干預，在播放過程中基本上沒有中斷任務，只有在播放結束時會發出中斷告知Baseband，由Baseband決定下一步的工作，如重復播放、或播放下一個文件，所以對Baseband的要求更低，適應性更廣。

在播放過程中，Baseband隨時調用相應的API函數，完成停止播放，暫停/恢復等功能。