基于FM1083的免提通信產(chǎn)品系統設計

　　引言

　　隨著(zhù)通信產(chǎn)品的不斷小型化，對系統的成本和空間限制也越來(lái)越多。揚聲器的體積變得越來(lái)越小，麥克風(fēng)與揚聲器之間的距離不斷縮短，使得回聲愈發(fā)難以消除。在商業(yè)區、汽車(chē)內、地鐵等復雜的使用環(huán)境中，環(huán)境噪聲嚴重影響了通話(huà)質(zhì)量。如何在PDA、筆記本電腦、免提手機等小型系統中實(shí)現全雙工免提功能，并保證足夠大的音量，已經(jīng)成為難題。
FM1083是美國富迪科技(Fortemedia)公司推出的用于回聲消除、噪聲抑制、遠端拾取聲音信號的低功率芯片，本文將介紹小型免提通信產(chǎn)品的設計要點(diǎn)、FM1083主要功能和典型應用。

　　設計要點(diǎn)

　　模具外殼、麥克風(fēng)和揚聲器關(guān)系到整個(gè)系統的免提性能?；芈暤漠a(chǎn)生有聲學(xué)傳播和機械振動(dòng)兩種方式，從頻譜的連續性來(lái)看，回聲又分線(xiàn)性和非線(xiàn)性?xún)煞N。在模具設計階段，應考慮要盡量減小麥克風(fēng)拾取的線(xiàn)性回聲，減小揚聲器和外殼的非線(xiàn)性振動(dòng)。麥克風(fēng)應該設計獨立的腔體，注意外殼的前后蓋的配合，否則回聲會(huì )增大。揚聲器應充分固定，在揚聲器與外殼之間加減振墊圈。

　　FM1083支持一個(gè)單指向或全指向麥克風(fēng)和兩個(gè)陣列麥克風(fēng)，陣列麥克風(fēng)由全指向和單指向麥克風(fēng)組合而成。在使用一個(gè)麥克風(fēng)的應用中，應該使麥克風(fēng)拾取遠端(FE)的聲音即回聲與近端 (NE)講話(huà)的信號差值盡量小。設定麥克風(fēng)拾取的近端講話(huà)信號(signal of near end)SN為10mVpp時(shí)，麥克風(fēng)拾取的回聲信號(signal of echo)SE為40mVpp，回路增益為20dB，線(xiàn)路輸出的幅度為100mVpp，在沒(méi)有回聲消除的情況下回聲將達400mVpp，根本無(wú)法通信。為了消除回聲，至少要使回聲比有用信號小兩個(gè)數量級，即要將回聲減小40dB以上(回聲將小于4mVpp)，才能不影響有用信號。采用FM1083和兩個(gè)陣列麥克風(fēng)的系統最大可以消除65dB的回聲，使通信清晰流暢。對于兩個(gè)麥克風(fēng)的應用，應該使主麥克風(fēng)M1、參考麥克風(fēng)M2所拾取遠端(FE)的聲音即回聲保持一定差值，M1、M2拾取回聲與近端(NE)講話(huà)的信號有一定的差值，M1、M2所拾取的近端(NE)講話(huà)的信號差值應盡量小。M1和M2拾取的回聲的頻譜在帶內不能重合。

　　FM1083的主要功能及特點(diǎn)

　　FM1083 專(zhuān)為移動(dòng)手持設備設計，內置的兩個(gè)DC/DC轉換器分別為CODEC和DSP提供電源，1.8V工作時(shí)的功耗小于30mW，數字電路部分支持 1.8～3.6V的寬電壓，內置D類(lèi)功放，差分輸出可直接驅動(dòng)揚聲器。多媒體編解碼接口(CODEC Host Interface)直接與藍牙1.1和1.2接口連接。具有兩個(gè)麥克風(fēng)輸入，內置可編程增益輸入輸出放大器(-6dB～+26dB)，適應不同靈敏度的麥克風(fēng)。遠端拾取時(shí)，麥克風(fēng)與使用者的距離是0.6m，最大可以達到5m。模擬信號支持直通模式，以提高保真度。回聲消除范圍為45～60dB，支持動(dòng)態(tài)范圍壓縮和非線(xiàn)性回聲消除，適合于小型喇叭在大功率輸出時(shí)的過(guò)載。麥克風(fēng)和揚聲器之間最小距離可以達到40mm，噪聲抑制為13～18dB，可適用于嘈雜的環(huán)境。采樣速率為8kHz，支持4.096MHz和13MHz時(shí)鐘，具有缺省/EEPROM/UART微處理器控制三種工作方式。

　　FM1083接口

　　FM1083支持USB1.1從模式，可通過(guò)USB接口與計算機傳送音頻數據，做為語(yǔ)音通信的USB免提器件。

　　EEPROM接口支持256B～1KB的低電壓EEPROM，在沒(méi)有微控制器的情況下，可以存放FM1083的大部分可變參數。

　　音頻數據編解碼接口支持主模式和從模式，可以選擇內部和外部時(shí)鐘源，當選擇內部時(shí)鐘時(shí)，幀頻為8kHz，數據編碼格式為16位線(xiàn)性PCM(Pulse Code Modulation，脈沖編碼調制)或13位零位填充PCM，或8位μ律或A律編碼。

　　URAT接口用于對EEPROM編程或微控制器直接控制FM1083，在4.096MHz時(shí)的接口波特率為300～230400b/s，13MHz時(shí)為9600～38400b/s。FM1083的系統結構如圖1所示。

　　信號流程

　　主麥克風(fēng)1和參考麥克風(fēng)2拾取的信號經(jīng)可編程增益放大器放大、模數轉換和高通濾波后，送語(yǔ)音處理器處理(線(xiàn)性回聲消除，非線(xiàn)性回聲消除，VAD檢測，噪聲抑制處理，然后進(jìn)行麥克風(fēng)自動(dòng)增益控制，消側音和麥克風(fēng)音量設定)，輸出的16位語(yǔ)音數據經(jīng)數模轉換后將麥克風(fēng)信號從線(xiàn)路輸出端進(jìn)行單端輸出。

　　遠端話(huà)音信號從線(xiàn)路輸入端單端輸入，經(jīng)模數轉換和高通濾波后轉換成16位語(yǔ)音數據，送語(yǔ)音處理器處理(消側音，自動(dòng)增益控制，回聲參考信號提取，動(dòng)態(tài)范圍控制)，輸出信號經(jīng)數模轉換后推動(dòng)內置的D類(lèi)功放，用差分方式直接驅動(dòng)揚聲器。