FM31系列数字语音处理芯片在双向降噪手机中的应用

图2 FM31系列芯片在含有COEDC芯片的手机平台典型应用

电源：使用单独可控的1.2V低压降直流稳压器给FM31的核和锁相环电路供电，并使用磁珠和电容滤波。数字输入输出引脚电源VDDIO可以根据外部系统的电压来选择，范围为1.8～3.3V。数字麦克风电源可以使用VDDIO。

数字麦克风接口：FM31提供给数字麦克风1.024MHz的时钟信号。麦克风拾取声音信号64kHz过采样转换成脉冲密度调制（PDM）的数据流送给FM31，其内置数字滤波器将数据流降低成16kHz采样率16位的脉冲编码调制接口（PCM）信号（见图3）。主麦克风（MIC0）和参考麦克风(MIC1)的数据分别位于时钟信号的低周期（A0→B0→C0→D0→E0…）和高周期（V1→W1→X1→Y1→Z1…）。

图3 FM31数字麦克风接口信号

I2S接口：FM31两路数字音频信号接口，通过参数可以配置成内部集成电路声音接口（I2S），正常处理模式支持8kHz或16kHz的音频数字信号，共享时钟和同步信号直通模式支持48kHz的多媒体音乐信号。I2S接口可以配置成主模式，提供外设时钟和帧同步信号，或者配置成从模式，时钟和帧同步信号从主机获得，在帧同步为高的周期为左声道或右声道音频数据，数据可以是零时钟延时或一个时钟延时，可在时钟上升沿或下降沿被锁定。图4为I2S格式举例：I2S下降沿锁定数据，数据一个时钟延时，帧同步高为左声道数据。
I2S接口可以配置成单声道的脉冲编码调制接口（PCM），支持8位A律、μ律，13位PCM符号扩展，13位PCM零扩充和16位线性PCM格式。

图4 I2S格式举例

控制接口和时钟信号接口：控制端口包含复位控制（RST#），省电控制（PWDN#），直通控制（BP#）和串行主机接口（SHI）。SHI接口用来配置FM31的参数，最大支持400kHz的时钟信号，SHI上拉电阻使用2.2kΩ。FM31内建锁相环，可以支持多种时钟输入：在3～32MHz之间按1MHz步长增加，或在4.096～32.768MHz之间按2.048MHz步长增加。

软件控制和工作模式切换：FM31工作模式包含上电的初始化配置，省电模式，唤醒模式，手持模式，免提模式和直通模式。上电的初始化配置：外部时钟开始产生并输入到MCLK，打开VDDIO，省电控制和直通控制设置高电平，复位控制为低电平，等待1ms以后，打开VDDC/P，再等待1ms以后，复位控制设置成高电平，最后等待10ms以后完成复位。通过串行主机接口下载FM31初始化参数，完成初始化配置，将省电控制置低，FM31进入到省电模式，关闭主时钟MCK。当有电话进或出，或录音、播放音乐时，打开主时钟，将省电控制置高，唤醒FM31，复位控制为低电平超过100μs，再将复位控制设置成高电平，等待10ms以后完成复位，主控制器根据工作模式通过串行主机接口下载相应参数。手持和免提模式切换时，将复位控制设置为低电平超过100μs，然后将复位控制设置成高电平，等待10ms以后完成复位，下载免提或手持模式的参数。通话完成以后，等待一段时间以后将省电控制置低，FM31便会关闭主时钟MCK，进入到省电模式。

参数调试：包含系统参数配置和性能参数调试。系统参数配置包含时钟频率配置，芯片接口配置和系统增益分配。根据主时钟频率，设置锁相环分频系数；根据基带芯片连接方式和数字接口格式配置两路I2S或PCM接口的格式和上下行信号路径；根据系统信号大小，合理分配模拟和数字域的增益，满足发送和接受响度、失真度的要求。性能参数调试包含清晰语音引擎参数，噪声抑制和回声消除参数的调试。噪声抑制调试分为上行降噪参数调试，下行稳态噪声抑制参数调试。调整上行噪声抑制时，分别测量两个麦克风近距离讲话和远距离噪声的信号差别，根据差异设置麦克风自动校准参数；通过活动语音检测指示调整时域噪声抑制参数，调整频域噪声抑制参数和残余噪声平滑参数，使在语音质量的情况下，噪声抑制性能达到最优。调试下行稳态噪声抑制参数，设定噪声抑制的分贝数，调整低频和高频段的噪声增益。