新型人機對話(huà)接口與音頻數據轉換器技術(shù)及選用

1、新型人機對話(huà)接口與音頻數據轉換器是消費類(lèi)應用發(fā)展的需要

　　人機交互信息技術(shù)的高速發(fā)展給人類(lèi)生產(chǎn)、生活帶來(lái)了廣泛而深刻的影響?！吧暇W(wǎng)沖浪”、“數碼相機”、“PDA”、“優(yōu)盤(pán)”、“彩屏手機”、“藍牙技術(shù)”等新產(chǎn)品、新概念層出不窮，不斷沖擊著(zhù)人們的視聽(tīng)。這些高科技成果為人們帶來(lái)便捷和快樂(lè )，同時(shí)也促進(jìn)著(zhù)人機交互技術(shù)的發(fā)展。而伴隨人機交互輸入設備的觸摸屏控制器與音頻數據轉換器也有了新的發(fā)展和突破。

　　如今已有為人機對話(huà),如PDA、因特網(wǎng)工具和Smartphone(智能型電話(huà))多媒體教學(xué)等消費類(lèi)應用產(chǎn)品提供了集成度日益提高系列的低功耗、高性能阻性觸摸屏接口/控制器等也應運而生。它們是簡(jiǎn)單的四線(xiàn)式和五線(xiàn)式分立型解決方案，以及具有觸摸屏/音頻處理器的高集成度器件、小鍵盤(pán)和其他專(zhuān)用功能的高集成度器件。值此本文將新型人機對話(huà)接口-高性能阻性觸摸屏控制器技術(shù)與之相關(guān)的音頻數據轉換器選用作分析介紹。首先應對觸摸屏控制器有關(guān)技術(shù)及選擇作介紹。

1.1高性能阻性觸摸屏控制器技術(shù)

　　觸摸屏作為一種新的入設備,是目前最簡(jiǎn)單、方便、自然的一種人機交互方式.它的應用范圍非常廣泛,除了上述之外,還在公共信息(電信、稅務(wù)、銀行、電力)的業(yè)務(wù)查詢(xún)、工業(yè)控制及軍事指揮等施展本領(lǐng)。

*基本技術(shù)

　　觸摸屏之所以有如此功能,主要觸摸屏能夠在一定的區域(通常是50—75mm距離)內感應接觸，并將這種接觸信號轉發(fā)給計算機處理。目前，觸摸屏已應用到筆記本電腦上，可以替代鼠標。觸摸板通過(guò)電容感應來(lái)獲知用戶(hù)的手指移動(dòng)情況，對手指熱量并不敏感。當手指接觸到屏面時(shí)，屏面上的靜電場(chǎng)會(huì )發(fā)生改變。觸摸屏傳感器只是一個(gè)印在板表面上的手指軌跡傳導線(xiàn)路。而在觸摸屏表面下的一個(gè)特殊集成電路板會(huì )不停地測量和報告觸摸的軌跡，從而獲知用戶(hù)手指的動(dòng)作和位置。

　　當然使用觸摸屏時(shí)，必須首先用手指或其他物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統根據手指觸摸的圖標或菜單位置來(lái)定位選擇信息輸人。

*組成

　　觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成。觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶(hù)觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉換成觸點(diǎn)坐標，再送給CPU，它同時(shí)能接收CPU發(fā)來(lái)的命令并加以執行。

*四線(xiàn)式高性能阻性觸摸屏控制器

　　這種觸摸屏利用壓力感應進(jìn)行控制。電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表面非常配合的電阻薄膜屏，這是一種多層的復合薄膜。它以一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面涂有一層透明氧化金屬(透明的導電電阻)導電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防擦的塑料層，它的內表面也涂有一層涂層，在它們之間有許多細小的(小于1/1000英寸)的透明隔離點(diǎn)把兩層導電層隔開(kāi)絕緣。

　　當手指觸摸屏幕時(shí)，平常相互絕緣的兩層導電層就在觸摸點(diǎn)位置有一個(gè)接觸，因其中一面導電層接通y軸方向的5V均勻電壓場(chǎng)，使得偵測層的電壓由零變?yōu)榉橇?，控制器偵測到這個(gè)接通后，進(jìn)行A/D轉換，并將得到的電壓值與5V相比即可得觸摸點(diǎn)的y軸坐標。同理得出X軸的坐標。

　　四線(xiàn)電阻式觸摸屏，其兩層導電層都是ITO(氧化銦)涂層，在每層的兩邊緣各涂一條銀膠，一端加5V電壓，另一端加0V，即能在該透明工作面的一個(gè)方向上形成均勻連續的平行電壓分布。四線(xiàn)電阻式觸摸屏的兩層ITO工作面工作時(shí)，都加上5V到0V的均勻電壓分布場(chǎng)；觸摸屏的引出線(xiàn)共有4條，四線(xiàn)電阻式觸摸屏由此得名。當A面加豎直方向的電壓場(chǎng)時(shí)，B面作為測量觸摸點(diǎn)電壓的探頭；B面加水平方向的電壓時(shí)，A而作探頭。

1.2新型觸摸屏控制器的選用

1.21 觸摸屏控制器

　　TSC2003是四線(xiàn)式阻性觸摸屏控制器。它還可對兩節電池進(jìn)行直接測量，并具有兩個(gè)輔助模擬輸入以及溫度測量和觸摸壓力測量功能。TSC2003具有片上2.5V基準，該基準可被用于輔助輸入、電池監視器和溫度測量模式。該基準在不用時(shí)還可以斷電，以節省電力。這個(gè)內部基準將能夠在低至2.7V的電源電壓條件下工作，并監視0.5V-6V的電池電壓。TSC2003是四線(xiàn)式阻性觸摸屏控制器。

　　*其主要特點(diǎn)為：直接電池測量(0.5V-6V)；有片上溫度測量和觸摸壓力測量；工作電壓為2.5V至5.5V工作電壓及內部2.5V基準；具有I2C接口支持,即標準、快速和高速模式；自動(dòng)斷電；封裝型式為T(mén)SSOP-16和VFBGA-48。

　　*其應用可在PDA、便攜式儀器、銷(xiāo)售點(diǎn)終端、無(wú)線(xiàn)尋呼機、觸摸屏監視器及蜂窩電話(huà)等方面均適用。

1.22具有揚聲器放大器和音頻編解碼器的可編程觸摸屏控制器

　　TSC2101是”智能型”觸摸屏控制器與音頻功能的高度集成的產(chǎn)物，主要針對Smartphone應用?！爸悄苄汀庇|摸屏控制器包括12位ADC、四線(xiàn)式阻性觸摸屏用驅動(dòng)器、可編程基準、輔助設備/電池監視，并具有擴充可編程性；即：ADC分辨率、求平均和模擬定時(shí)控制。TSC2101的音頻子系統包括具有硬件自動(dòng)增益控制功能的立體聲DAC和單聲道ADC、立體聲16Q頭戴式耳機驅動(dòng)器、32Ω電話(huà)受話(huà)器驅動(dòng)器、橋接8Ω揚聲器驅動(dòng)器和單聲道輸出?？商峁?個(gè)模擬輸入，并能夠針對單端或差分操作進(jìn)行配置。此外，全可編程PLL允許由所采用的任何頻率范圍在2MHz至50MHz的主時(shí)鐘來(lái)十分靈活地生成音頻時(shí)鐘。

　　該器件采用用于觸摸屏、測量和音頻控制的串行SPI總線(xiàn)以及用于音頻數據傳輸的I2C總線(xiàn)。

　　*其主要特點(diǎn)為：帶驅動(dòng)器的四線(xiàn)式觸摸屏接口；可用于轉換的可編程自控定時(shí)發(fā)生和可編程測量轉換分辨率(高達12位)和求平均；具有片上溫度和電池測量(高至6V)；具有硬件自動(dòng)增益控制(AGC)功能、采樣速率高達48kSPS的立體聲音頻DAC和單聲道音頻ADC；

　　為立體聲16Ω頭戴式耳機驅動(dòng)器、單聲道8Ω揚聲器驅動(dòng)器、單聲道32Ω接收機驅動(dòng)器和單聲道線(xiàn)路輸出；可針對單端或全差分操作對六個(gè)音頻輸入進(jìn)行配置；其SPI接口用于控制，I2C總線(xiàn)用于音頻數據傳輸；封裝型式為48引腳7X7mmQFN

　　*可在智能型電話(huà)和PDA、蜂窩電話(huà)及MP3播放機上得到應用。

2、音頻數據轉換器的選用

　　專(zhuān)業(yè)音頻市場(chǎng)專(zhuān)注于模擬和數字領(lǐng)域中的高質(zhì)量音頻信號的錄制、信號處理和重放。專(zhuān)為高性能專(zhuān)業(yè)音頻領(lǐng)域而設計的IC包括可編程模擬音量控制器、音頻數據轉換器和數字接口產(chǎn)品。這些是專(zhuān)業(yè)音頻系統基本的標準組件．憑借不斷壯大的產(chǎn)品線(xiàn)以及多年積累起來(lái)技術(shù)專(zhuān)長(cháng)，音頻設計將會(huì )更上一層樓。

2.1高性能，24位、216kHz，四通道音頻ADC

　　PCM4204是專(zhuān)為專(zhuān)業(yè)音頻應用而設計的高性能、四通道ADC。它支持采樣頻率高達216kHz的24位線(xiàn)性PCM輸出數據。它也可通過(guò)配置而為兩個(gè)通道輸出經(jīng)過(guò)64倍或128倍過(guò)采樣的一位直接流數字(DSD)數據。PCM4204同時(shí)也是DVD-audio和超級音頻CD(SACD)錄音應用的理想選擇。PCM4202是PCM4204的兩通道版本。

　　*其主要特點(diǎn)為：動(dòng)態(tài)范圍為118dB；總失真與噪聲(THD+N)為105dB；有24位PCM(脈沖編碼調制)或一位DSD輸出；可支持高達216kHz的PCM采樣頻率和支持64倍和128倍DSD輸出；為全差分輸入；是低功耗：600mW(當fs為48kHz時(shí)),660mW(當fs為96kHz時(shí))；封裝型式汐為HTQFP-64。

　　*可在專(zhuān)業(yè)演播室設備、現場(chǎng)聲音處理、演播室錄音、、后期制作、特殊效果處理、數字錄音、無(wú)線(xiàn)電和電視廣播、樂(lè )器、高端家庭娛樂(lè )、DAD-Audio和超級音頻CD(SACD)上獲得應用。

2.2面向無(wú)線(xiàn)傳聲器和便攜式應用的低功耗、寬動(dòng)態(tài)范圍、24位音頻ADC

　　PCM4201是專(zhuān)為便攜式應用(諸如既要求寬動(dòng)態(tài)范圍也要求低功耗的數字無(wú)線(xiàn)傳聲器和電池供電型錄音設備等)而設計的低功耗、24位、A∑型音頻單通道ADC。該器件具有24位線(xiàn)性PCM數據輸出以及與DSP兼容的數據格式和數宇音頻接口發(fā)送器。

　　動(dòng)態(tài)范圍高達112dB(A加權)；THD+N為-105dB；低功率模式中的功耗僅39mW；具有可用于消除DC分量的數字高通濾波器；是音頻串行端口：主控器或從屬模式操作，24位線(xiàn)性PCM輸出數據，左對齊／DSP兼容型數據格式；具有三種采樣模式：標準模式高達fs=48kHz條件下的低功率操作(采用64倍過(guò)采樣)，標準模式高達fs：=8kHz條件下的高性能操作(采用128倍過(guò)采樣)，倍速模式高達fs=96kHz條件下的操作(采用64倍過(guò)采樣)；電源電壓為+5V(模擬)、+1.8V至+3.3V(數字)；封裝型式為16引腳TSSOP。

　　*在數字無(wú)線(xiàn)傳聲器、便攜式數字錄音機、電池供電型音頻處理設備等方面均可適用。

2.3高性能,24位21KHz四通道異步采樣速率轉換器

　　SRC4194是四通道、異步采樣速率轉換器(ASRC)，專(zhuān)為專(zhuān)業(yè)和廣播音頻應用而設計。SRC4194集寬輸入至輸出采樣比、出眾的動(dòng)態(tài)范圍和超低失真于一身。輸入和輸出串行端口支持最常用的音頻數據格式以及時(shí)分多工(TDM)格式。這使得SRC4194能夠與各種音頻數據轉換器、數字音頻接收器和發(fā)送器以及DSP相連。SRC4184是SRC4194的128dB版本。

　　*其主要特點(diǎn)：具有輸入至輸出采樣比的自動(dòng)檢測；寬輸入至輸出采樣范圍為16：1至1：16；可支持高達212kHz的輸入和輸出采樣速率；其動(dòng)態(tài)范圍：144dB(-60dBFS輸入，帶寬為20Hz至fs／2)；而THD+N為-104dB(0dBFS輸入，帶寬=20Hz至fs／2)；又有高性能、線(xiàn)性相位數字濾波和優(yōu)于140dB的阻帶衰減；靈活的音頻串行端口,即主控器或從屬模式操作、支持I2C、左對齊、右對齊和TDM(時(shí)分多路復用器)數據格式、TDM模式允許對多達4個(gè)器件進(jìn)行菊鏈式連接；封裝型式為T(mén)QFP-64

　　*在數字調音臺、、數字音頻工作站、播音室設備、通用型數字音頻處理等埸合均可適用。

2.4PCM2402在便攜式數字錄音機上的應用。

2.5低功耗。高集成度立體聲音頻編解碼器

　　TLV320AIC32/33是用于各種便攜式音頻設備的高集成度、低功耗立體聲編解碼器。TLV320AIC33包括10個(gè)模擬輸入引腳和7個(gè)輸出驅動(dòng)器，面向蜂窩電話(huà)應用。TLV320AIC32具有與TLV320AIC33的軟件兼容性，并包括立體聲頭戴式耳機和線(xiàn)路輸出驅動(dòng)器以及單聲道500mW、8Ω揚聲器驅動(dòng)器。

　　*其主要特點(diǎn)為：立體聲ADC(103dB)和ADC(92dB)；可支持高達96kSPS的采樣速率；

　　是103dB立體聲重放(14mW功耗)；立體聲頭戴式耳機驅動(dòng)器和500mW、8Ω揚聲器驅動(dòng)器；具有立體聲傳聲器前置放大器和硬件自動(dòng)增益控制；又有用于實(shí)現靈活的音頻時(shí)鐘發(fā)生的集成PLL；為可編程數字音頻低音/高音/EQ(均衡)和3D音效；模擬輸入可被配置為單端型或全差分型；具有DSP和TDM模式的雙I2C/PCM總線(xiàn)架構；具有用于在蜂窩電話(huà)系統中實(shí)現至多個(gè)器件的簡(jiǎn)易型連接的10個(gè)模擬輸入、7個(gè)輸出驅動(dòng)器。

　　*在應用蜂窩電話(huà)及智能型電話(huà)、數碼相機、數字攝像機、MP3和便攜式媒體播放機及PDA上均可應用。

3、話(huà)音頻帶編碼器選用

　　面向無(wú)線(xiàn)通信、VolP(Voice over internet protocol,即采用IP協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)語(yǔ)音通信)、遠程信息處理系統、免提式成套工具、數字手機/頭戴式耳機、話(huà)音識別和助聽(tīng)應用的、門(mén)類(lèi)寬泛的低功耗、高集成先進(jìn)話(huà)音編碼解決方案。16位線(xiàn)性DSP編解碼器在話(huà)音數字化和至DSP的串行接口中提供了極高的性能和極大的靈活性。PCM編解碼器以8kSPS的采樣速率在話(huà)音上執行標準的A律/μ律編碼(ADC)和解碼(DAC)。

　　低功耗，高集成度、可編程16位、26kSPS，雙通道CODEC

　　TLV320AIC20K是低成本、高性能、雙通道話(huà)音編解碼器。它具有兩個(gè)16位模擬-數字(A/D)轉換通道和兩個(gè)16位數字—模擬(D/A)轉換通道，可通過(guò)可編程模擬交叉點(diǎn)與手機、頭戴式耳機、揚聲器、傳聲器或用戶(hù)線(xiàn)相連。

　　*其主要特點(diǎn)為；立體聲16位過(guò)采樣厶∑型ADC/DAC；具有可編程采樣速率高達最大26kSPS(采用片上IIR/FIR濾波器),最大104kSPS(采用IIR/FIR濾波器進(jìn)行旁路)；在13kHz帶寬內，片上FIR產(chǎn)生了84dB SNR(信噪比,對于A(yíng)DC)和92dBSNR(對于DAC)；

　　其主機端口為二線(xiàn)式接口、可選I2C或S2C；是差分和單端模擬輸入/輸出；能與常用的TMS320TMDSP系列和微控制器電源完全兼容,即1.65V-1.95V數字內核、1.1V-3.6V數字I/O及2.7V～3.6V模擬。

　　*可在無(wú)線(xiàn)附件、免提式車(chē)載成套工具、VolP及電纜調制解調器上應用。

4、結束語(yǔ)

　　上述觸摸屏控制器與音頻數據轉換器只是幾種典型、常用之系列，應該說(shuō)均屬于數據轉換器接口之類(lèi)，只是應用埸合的不同，即或人機對話(huà)或音頻轉換等，其選擇指南，應根據設備與功能及指標的需要而決定。