Главная

Радиотехника

По технологии, запатентованной фирмой Information Storage Devices (ISD, с 1998 года входит в состав фирмы Winbond Electronics Co), аналоговый сигнал, поступающий на соответствующий вход микросхемы, может быть сохранен в его естественной форме непосредственно в стандартном энергонезависимом СППЗУ (EEPROM) и ячейках Flash-памяти. Технология «Ложного дифференцирования» заключается в том, что вместо хранения в ячейке одного из двух значений - «0» или «1» сохраняется один из 256 различных уровней напряжения. Это позволяет получить существенное преимущество в емкости, по сравнению с обычным способом хранения оцифрованного сигнала. К тому же такая технология записи и хранения речи не требует аналого - цифрового преобразования, что существенно упрощает схему законченного устройства на основе микросхемы.

Микросхемы ChipCorder для записи воспроизведения речи могут работать от источников питания малой мощности. Это делает их идеально пригодными для создания портативных продуктов, в том числе и с батарейным питанием.

Дополнительно, в качестве общих черт семейства можно указать режим AutoMute, обеспечивающий ослабление шума в течении пауз, режим автоматического перехода в ждущий режим по завершении цикла записи/воспроизведения, ток в ждущем режиме 0,5 миллиампер, использование энергонезависимой памяти, регулируемая продолжительность записи, возможность полной адресации через SPI или Microwire интерфейс.

Микросхема ISD4004-16M производит выборку с частотой дискретизации 4кГц. Речевые выборки сохраняются непосредственно в энергонезависимой Flash-памяти на чипе без преобразования в цифровую форму и сжатия, характерных для других решений записи речи. Сообщение хранится до 100 лет (типовое значение; испытания проводились по ускоренной методике расчетного эквивалента) без подачи электропитания. Кроме того, устройство может быть перезаписано свыше 100 000 раз. Прямая аналоговая память обеспечивает естественное звучание воспроизводимого голоса, музыки, тонов и звуковых эффектов. Максимальная длительность записи - 16 минут.

Структурная схема ISD4004-16M представлена на 1. В состав данного типа микросхем входят: генератор тактовых импульсов, микрофонный усилитель, схема АРУ, фильтр защиты от наложения спектров, многоуровневый массив памяти, устройство ослабления шумов в паузе и выходной усилитель ЗЧ.


1.

Четырёхпроводный (SCLK, MOSI, MISO, SS) последовательный периферийный интерфейс (SPI) обеспечивает для управление и адресацию. В системе с микроконтроллером микросхема работает как периферийное подчиненное устройство. Доступ для записи / чтения ко всем внутренним регистрам происходит через интерфейс SPI. Сигнал прерывания (INT) и внутренний регистр состояния используются только для чтения и установления связи.

Для минимизации шумов аналоговые и цифровые цепи в устройстве подключаются к разделенным шинам питания, соответственно V_cca, и V_ccd. Номинальное напряжение питания для аналогового и цифрового входа должно быть 2,85-3,15 вольта. Выводы питания, насколько это возможно, располагаются максимально близко от источника питания. Выводы общих проводов («земель») аналоговой (V_ssa), и цифровой (V_ssd) частей ISD4004-16M также выполнены раздельно. Вывод аналоговой «земли» V_ssa должен быть связан с «землей» источника питания линией с максимально низким полным сопротивлением. Цифровая «земля» V_ssd должна быть связана с «землей» источника питания отдельной шиной с низким импедансом. Шины, соединяющие аналоговый и цифровой входы с «землей» источника питания, должны быть достаточно большими (широкими) чтобы гарантировать минимальное падение напряжения на них. При этом разность полного сопротивления у этих шин не должна превышать 3 Ом. Нижняя часть кристалла подключается к V_ss через сопротивление подложки. В миниатюрных разработках кристалл присоединяется к области, связанной с V_ss, или может оставаться «плавающим».

Аналоговый входной сигнал может подаваться для регистрации в устройстве либо в асимметричном режиме (см. 2а), либо дифференциальном (см. 2б). В первом случае сигнал подводят к аналоговому входу + (ANA IN+), а вход - (ANA IN-) через разделительный конденсатор соединяют с шиной общего провода V_ssa. Для качественного воспроизведения входной сигнал в асимметричном режиме не должен превышать 32 mВ (двойная амплитуда), что соответствует 570 mВ двойной амплитуде. Разделительный конденсатор на входе ANA IN+ вместе с полным входным сопротивлением этого входа, равным 3 кОм, определяет полосу пропускания по низшим частотам.


2.

В дифференциальном режиме используют оба входа (ANA IN- и ANA IN+).Для получения оптимального качества двойная амплитуда сигнала на каждом из входов не должна превышать 16 mV. Полное сопротивление по входу ANA IN- составляет 56 кОм. В асимметричном режиме вход ANA IN- подключается через разделительный конденсатор к «земляной» шине V_ssa.

С вывода 13 пользователь может снимать звуковой сигнал, записанный в память ISD4004-16M. Нагрузка должна быть не менее 5-ти кОм полного сопротивления. Рекомендуется, чтобы этот выход был связан с нагрузкой по переменному току. В рабочем режиме, при поданном на устройство питании потенциал вывода AUD OUT всегда составляет 1, 2 вольта. При записи выход AUD OUT через резистор приблизительно 850 кОм соединяется к внутреннему источнику 1,2 В относительно аналоговой «земли». Нагрузка при таком режиме может быть подключена, но при этом не должно снижаться напряжение постоянного уровня на выходе устройства.

Вывод SS (Save Select) служит для выбора ведомого устройства. При подаче на этот вывод сигнала с низким уровнем, ISD4004-16M выбирается ведущим для дальнейшей совместной работы.

MOSI - последовательный вход в устройство, по которому происходит передача данных из главного микроконтроллера. Данные в MOSI - строке устанавливаются за пол-периода до подъема фронта синхроимпульса, также поступающего в устройство ISD4004-16M.

Вывод MISO представляет собой последовательный выход из устройства. Если устройство не выбрано (SS = 1), то выход находится в высокоимпедансном состоянии.

Эта ножка устройства служит для приема синхроимпульсов от микроконтроллера, которые необходимы для синхронизации передачи данных в / из устройства через шины MOSI и MISO, служит вывод SCLK. Данные записываются в ISD4004-16M при подъеме фронта синхроимпульса, а при спаде фронта происходит сдвиг информации к следующему биту.

Сигнал на выводе INT (Прерывание) понижается и остается на низком уровне (лог. «0»), если происходит переполнение (OVF) или маркер обнаружил «Конец сообщения» (EOM). Этот вывод является открытым выходом стока. Каждая операция, которая заканчивается переполнением или имеет «Конец сообщения», генерирует прерывание, включая команду вызова циклов сообщения. В следующий раз прерывание будет очищено тогда, когда инициализирован новый цикл SPI. Состояние прерывания может читаться командой RINT.

Флажок переполнения (OVF) указывает, что аналоговая память в течение операции записи или воспроизведения достигла конца. Флажок «Конец сообщения» (EOM) устанавливается только в режиме воспроизведения, когда обнаруживается сигнал (EOM). Имеется 8 опций позиции флажка «Конец сообщения» в одной строке (т.е. в ней может быть записано 8 разных сообщений).

Выход RAC (Синхронизация адресной строки) также выполнен с открытым стоком, на который подается при записи сигнал периодом в 400 мсек, когда происходит выборка сигнала с частотой 4 кГц. За указанный период происходит запись только в одну строку памяти. Всего в ISD4004-16M имеется 2400 строк памяти. Соответственно, запись происходит в течение 350 ms, когда сигнал RAC имеет высокий уровень. Когда запись достигает конца строки, сигнал RAC принимает низкий уровень на время, равное 50 мсек. Циклограмма записи одной строки представлена на 3.


3.

В режиме «Вызов сообщения» (см. ниже) высокий уровень на выводе RAC удерживается 218, 76 чсек, а низкий уровень - 31, 26 чсек. Типовые значения синхросигналов RAC можно посмотреть в таблице параметров по переменному току фирменной документации.

Когда команда записи инициализирована впервые, на выводе RAC остается высокий уровень в течение дополнительного периода T_raclo. Это требуется для того, чтобы загрузить выборку и фиксации внутренних схем устройства. Вывод RAC может использоваться для управления техникой сообщения.

Вход внешних синхроимпульсов имеет внутреннее согласующее устройство. Приборы ISD4004-16M сконфигурированы на заводе для внутренней выборки входного сигнала на центральной частоте синхронизации с допуском +1% от указанной в спецификации. Частота в пределах допуска поддерживается при любом значении в пределах расширенной промышленной температуры, и в диапазоне рабочих напряжений, как определено пределами в соответствующей таблице параметров по переменному току. При работе в индустриальном диапазоне температур рекомендуется регулируемое электропитание.

Если требуется высокая точность, то для выборки с частотой 4 кГц необходимо подавать в устройство через вывод XCLK синхроимпульсы с частотой 512 кГц. Эта рекомендуемая тактовая частота должна быть стабильной для нормальной работы сглаживающих фильтров на фиксированной частоте. проблема эффекта наложения возникнет в случае, если типовая норма параметров синхросигнала отличается от рекомендуемого. Рабочий цикл (скважность) синхроимпульсов на входе не критичен, поскольку синхроимпульсы сразу же делятся внутри на 2. Если вход XCLK не используется, то 26 вывод должен быть соединен с общим проводом.

Для нормальной работы системы шумопонижения вывод AM CAP соединяют с общим проводом через конденсатор емкостью 1 чF. Этот конденсатор становится элементом внутреннего пикового датчика, который чувствует амплитуду (пик) сигнала. Пиковый уровень сравнивается с установленным порогом, чтобы определить начало включения шумопонижения. При больших сигналах автошумоподавление установлено на 0dB. Конденсатор также влияет на скорость, с которой шумопонижение изменяется по времени атаки в зависимости от амплитуды сигнала. При соединении вывода AM CAP с шиной Vcca шумопонижение выключается.

Как отмечалось, устройство ISD4004-16M использует последовательный SPI интерфейс. Протокол передачи данных предполагает, что сдвиговые регистры микроконтроллера синхронизированы по спадающему фронту SCLK. В ISD4004-16M данные фиксируются на MOSI выводе по подъему фронта синхроимпульса. Получение данных с вывода MISO происходит по спадающему фронту синхроимпульса.

1. Все последовательные передачи данных начинаются по спаду фронта на выводе SS.
2. На выводе SS поддерживается низкий уровень в течение всей последовательной связи и переходит на высокий уровень между командами.
3. Входные данные фиксируются на подъеме фронта синхроимпульса, а выводные - по спаду.
4. Воспроизведение и Запись производятся при низком уровне на выводе SS при подаче соответствующего кода операции и адреса в устройство ISD4004-16M.
5. Коды операций и поля адреса представлены: 8 разрядов служебных и 16 разрядов адресных.
6. Каждая операция, которая заканчивается сигналом «Конец сообщения» (EOM) или «Переполнение» сгенерирует прерывание, включая команду «Вызов цикла сообщения». Прерывание будет очищено в следующий раз введением нового цикла SPI.
7. Поскольку данные прерывания сдвигаются без сохранения выдвигаемых разрядов в MISO, то одновременно сдвигаются данные управления и адреса на выводе MOSI. Рекомендуется соблюдать осторожность, так как сдвинутые данные могут быть совместимыми с текущей системной операцией. Возможно чтение данных прерывания и запуск новой операции в пределах того же самого цикла SPI.
8. Операция опять начинается с установленного бита «Прогон» (RUN) и заканчивается сбросом бита «Прогон».
9. Все операции начинаются по фронту сигнала на выводе SS.

1. Вызов сообщения может быть выбран только в начале операции воспроизведения.
2. Так как данные прерывания сдвинуты без сохранения выдвигаемых разрядов из ISD4004-16M, управление и адреса данных сдвигаются внутрь. Необходимо быть осторожным, так как данные сдвинутые внутрь могут быть совместимыми с текущей системной операцией. Чтение данных прерывания и запуск новой операции возможны в одно и то же время.

1. Посылается команда «Powerup» на включение питания.
2. Ждите время «Tpud» (задержка включения питания).
3. Посылается команда «Setplay» с адресом 00.
4. Посылается команда «Play».

1. Посылается команда «Powerup».
2. Ждите время «Tpud» (задержка включения питания).
3. Посылается команда «Powerup».
4. Посылается команда «Setrec» с адресом 00.
5. Посылается команда «REC».