1术语和定义
| ADC | 模拟-数字转换器 |
| DAC | 数模转换器 |
| 集成电路 | 集成电路 |
| ISDN | 综合业务数字网 |
| 单片机 | 微控制器单元 |
| 脉宽调制 | 脉冲宽度调制 |
| SPI | 串行外围接口 |
2引用
有关文件及软件，请浏览:
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作者:德拉甘Simeonov
3介绍
手持电话是固定电话的一部分，它包括一个接收音频的扬声器，一个传输音频的麦克风，以及与基站接口的电路。它也可以是耳机的形式。
综合业务数字网(ISDN)是一套通信标准，用于在公共交换电话网的传统电路上同时进行语音、视频、数据和其他网络业务的数字传输。承载信道(B)是一个标准的64kbit /s语音信道，以8khz采样8位。
本应用说明将介绍一个使用两个SLG46140V [5] GreenPAK芯片的SPI数字ISDN电话听筒的设计。所设计的电话听筒包含一个扬声器和一个麦克风，可以通过SPI总线以64kbit /s(8位音频以8khz采样率采样)发送和接收音频到基本单元。
以下部分将展示:
- SPI数字电话听筒电路;
- 详细设计了SLG46140V GreenPAK电话机;
- 如何通过SPI驱动手机。
4 SPI数字电话手柄电路
图2显示了手持设备电路。电容式麦克风连接在GND和一个10k上拉电阻到5v之间。这就会使麦克风电容充满与电容成比例的电荷。声音振动使电容波动，从而导致麦克风正端脚上的电压波动。声音调制电压通过交流耦合并通过1 uF电容传输到左边SLG46140V GreenPAK设备PIN6上的PGA(+)输入端。连接到PIN6的两个10k电阻是一个弱分压器，将PIN3上的1200mv VREF分割到600mv，将输入集中到PGA/ADC范围的中间(0~ 1200mv)。PIN7是PGA(-) -输入，只是中心在600 mV由两个10 k电阻除以VREF。这样我们就有了一个零点，我们可以使用差分PGA放大(16倍)来放大600mv零点附近的麦克风信号。如果没有差分PGA模式，16倍放大也会导致600mv的偏置放大，使PGA饱和到最大值，失去麦克风信号。
麦克风信号被放大、数字化，并通过SPI总线传输到基单元。
底座通过SPI总线接收对方的数字语音信号，在右边的SLG46140V GreenPAK器件内将其转换成适合于扬声器n-MOS驱动器的PWM信号(0/5 V, 106 kHz)。n-MOS驱动器通过PWM语音信号调制扬声器上的+ 5v电压，使扬声器产生可听见的声音，使对方听到。声音是RC过滤提高清晰度。
图3显示了一种生成给定信号对应的PWM脉冲序列的简单方法，即使用交叉PWM方法:将信号(这里是红色正弦波)与锯齿波(蓝色)进行比较。当后者小于前者时，PWM信号(底部)处于高状态(1)，否则则处于低状态(0)。
5 GreenPAK设计示意图
GreenPAK设计#1 - SPI ADC的原理图如图4所示。
GreenPAK设计#2 - SPI DAC的原理图如图5所示。
图4:顶部视图的GreenPAK设计原理图#1 - SPI ADC
图5:GreenPAK设计方案#2 - SPI DAC的俯视图
5.1 GreenPAK设计#1 - SPI ADC
模拟麦克风信号在PGA (x16)中差分放大，然后送入ADC进行数字化。数字化信号通过MISO线(PIN12)传输，而SPI主机提供SCLK (PIN11)和通过nCSB (PIN13)每16位的采样帧。样本恰好占用[15:0]中的[9:2]位，并且是UNSIGNED WITH OFFSET (0x0000~0x03FC)，这可以从ADC值饱和到最大值的逻辑分析仪屏幕截图中看到-图6。
下面的C源代码片段显示了如何读取SPI数据，并将样本从UNSIGNED WITH OFFSET (0x0000~0x03FC)转换为SIGNED值(0xFE00~0x01FC)。
5.2 GreenPAK设计#2 - SPI DAC
数字化信号通过MOSI线(PIN12)传输，而SPI主机提供SCLK (PIN11)和通过nCSB (PIN13)每16位的采样帧。因为我们只读取8位[15:8]，所以可以在每一帧nCSB传输两次样本。下面的C源代码片段展示了如何编写一个字的SPI数据。
然后在DCMP0/PWM0内部将数字化音频样本与CNT2计数(0 ~ 255)的数字“锯齿信号”进行比较，溢出周期为9.3945 uS(或106 kHz)。这导致PWM信号到PIN3适合驱动一个小扬声器通过n-MOS驱动器。
GreenPAK设计Pinout
本设计由两块GreenPAK SLG46140V芯片组成。#1 - ADC Pinout显示在表1和图7。#2 - DAC Pinout显示在表2和图8。
7测试结果
麦克风信号以8位分辨率和8kHz采样频率采样，输出64kbit /s的未压缩数字音频信号。使用Atmel AT90USB1286 USB devkit和LUFAlib (avr的轻量级USB框架)，我们编译了一个音频输入设备，将信号输入GNUradio软件进行傅里叶分析。图9显示了麦克风信号对均匀白噪声的频率响应。这将是麦克风系统传递函数的一个很好的近似。由于它有一个宽的均匀增益区域，这是它将可听到的声音转移到基单元能力的一个更定量的证据。
扬声器系统也进行了测试。使用Atmel AT90USB1286 USB devkit和LUFAlib (avr的轻量级USB框架)，我们编译了一个音频输出设备，将PC的数字信号输入GreenPAK DAC驱动n-MOS驱动程序，然后是扬声器。音频质量具有可识别的语音/声音，适合于电话听筒。
8结论与结果讨论
介绍了一种SPI数字综合业务数字网电话听筒的设计。通过对SLG46140V的两个GreenPAK设计，我们成功地实现了一种轻量化、低成本的解决方案。该设计成功地对麦克风/扬声器音频信号进行编码/解码，其分辨率为8位，采样率为8 kHz，产生的未压缩音频为64 kbit/s，适用于在ISDN网络上进行电话质量的语音通话。我们在设计中使用了两个IC，因为ADC/SPI和SPI/DAC组件不能同时在一个IC中使用。因此，在单个设备中，我们必须选择SPI P2S (Parallel 2 Serial)和SPI S2P (Serial 2 Parallel)模式，第一种情况下使用SPI MISO引脚，第二种情况下使用SPI MOSI引脚。这应该不是问题，因为GreenPAK IC的结构紧凑，即使是成对或更多地使用每个设计，仍然具有成本效益。
附录A RC滤波器的计算
我们想要一个接近4千赫的截止频率。(8 kHz / 2)
设R为~ 47欧姆…
这意味着C应该是1 / 4 kHz / 2 / Pi / 47欧姆= ~ 1 uF…
．..截止频率为1 / 2 / Pi / R / C = ~ 3.4 kHz
