CN0266: 高性能数字MEMS麦克风与Blackfin DSP的标准数字音频接口

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概览

电路笔记PDF, 06/2012 (pdf, 655 kB)
下载英文版PDF, 06/2012 (pdf,  139kB)
优势和特点
  • 采用简单的I2S接口直接连接至处理器
  • 最多可测量8个通道
  • 具有平坦宽带响应的MEM麦克风
  • 高性能麦克风电路
此电路中所用产品
    应用: 
  • 娱乐系统
  • 通信
  • 消费电子
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评估硬件
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设备驱动
Software, such as C code and/or FPGA code, used to communicate with a component's digital interface.
FPGA HDL
连接支持
This circuit supports 3rd party connectivity.

电路功能与优势

图1所示电路允许两个数字MEMS麦克风通过单条数据线与一个DSP接口。ADMP441由一个MEMS麦克风元件和一个I2S输出组成。这使得立体声麦克风可以用于音频系统中,麦克风与处理器之间无需编解码器。ADI公司的MEMS麦克风具有高信噪比(SNR)和平坦的宽带频率响应,堪称高性能、低功耗应用的绝佳选择。最多两个ADMP441麦克风可以通过单条数据线输入到Blackfin®处理器ADSP-BF527

图1. MEMS麦克风与Blackfin DSP的连接(原理示意图:未显示所有连接)

电路描述

ADMP441麦克风连接到ADSP-BF527的SPORT数据输入引脚。本电路需要的无源元件只有电容和电阻:每个ADMP441需要一个0.1 μF旁路电容;SD线路上需要一个大下拉电阻(100 kΩ),用以在ADMP441的输出驱动器处于三态时给电容放电。旁路电容应尽可能靠近ADMP441 VDD引脚(引脚7)放置。

麦克风的VDD与ADSP-BF527的2.25 V至3.3 V VDDEXT应由相同的电源供电。虽然ADMP441可以采用1.8 V至3.3 V的VDD工作,但ADSP-BF527的VDDEXT必须至少是2.25 V。

为实现I2S数据流,ADMP441与ADSP-BF527之间必须连接三个信号:帧时钟、位时钟和数据。ADSP-BF527为系统时钟,并生成两个I2S时钟。

此电路展示麦克风连接到Blackfin的SPORT0单个数据输入端。ADSP-BF527的两个SPORT各具有两组数据接收引脚,因此最多可提供八通道I2S音频输入。表1所示为使用ADSP-BF527的串口SPORT0时的连接情况。

equation

将两个ADMP441上的L/R引脚设为相反电平——其中一个拉至VDD,而另一个拉至GND。拉至GND时,麦克风在I2S流的左通道上输出数据,而拉至VDD时,则在右通道上输出数据。

ADMP441通过将CHIPEN引脚拉高而使能。此引脚既可以直接连接到麦克风的VDD,使麦克风在上电时始终保持使能状态,也可以连接到ADSP-BF527的GPIO,以便Blackfin能够使能和禁用麦克风。

ADMP441的灵敏度为−26 dBFS。在大多数应用中,麦克风输出需要将一些增益增加到Blackfin的信号路径中。如果将增益增加给DSP中的信号,则处理器的输出仍必须限制在0 dBFS。

ADSP-BF527寄存器设置
以下是用于将ADSP-BF527设为I2S主机模式的SPORT寄存器设置。有关这些寄存器设置的详细说明,请参考 ADSP-BF52x Blackfin处理器硬件参考

利用以下非默认设置来配置主接收配置寄存器SPORT_RCR1:

  • RCKFE:在RSCLK下降沿驱动内部帧同步
  • RFSR:每个数据字均需要RFS
  • IRFS:使用内部RFS
  • IRSCLK:选择内部接收时钟

利用以下非默认设置来配置辅助接收配置寄存器SPORT_RCR2:

  • RSFSE:使能接收立体声帧同步
  • SLEN:32位字长度

将SPORT接收串行时钟分频器寄存器SPORT_RCLKDIV设为17 (0x0011),并将SPORT_RFSDIV设为31 (0x001F)。这可设置适当的时钟频率,以实现48 kHz帧时钟、3.072 MHz比特时钟和120 MHz Blackfin系统时钟(SCLK)。

此处介绍的寄存器设置可以应用于ADSP-BF527的SPORT0或SPORT1,具体取决于所用的串口。

常见变化

DSP
也可以用Blackfin系列中的其它器件代替ADSP-BF527来设置本电路。有关SPORT通道差异及其它变化的详细信息,请参见相应的数据手册。如需查看Blackfin系列产品页面,请访问:http://www.analog.com/zh/blackfin

麦克风
只需移除一个ADMP441麦克风,就能设置一个使用单个ADMP441的单声道麦克风电路。在单声道配置中,其它连接保持不变。

其它ADMP441麦克风可以像第一对立体声配置一样,连接到ADSP-BF527的SPORT输入端。

电路评估与测试

评估ADMP441 MEMS麦克风通过I2S连接到ADSP-BF527 Blackfin DSP的系统时,最简单的方法是使用EVAL-ADMP441Z评估板和Blackfin SDP。这些电路板能够互相配合,并包含使能数字音频连接的代码。连接到PC的USB端口时,该系统会被识别为标准USB音频接口,能够将立体声音频从麦克风传输到PC。

设备要求
所需的两个评估套件包括如下内容:

为使SDP板正常工作,PC必须具有以下最低配置:

  • Windows XP Service Pack 2、Windows Vista(32位)或Windows 7(32位)。
  • USB 2.0端口

可以在接口板上连接第二个EVAL-ADMP441Z-FLEX来使能立体声音频采集。

开始使用

麦克风FLEX PCB通过ZIF接口J1和J2连接到接口板,EVAL-ADMP441Z通过120引脚接头J3连接到SDP-B。

SDP-B控制器板和EVAL-ADMP441Z的文档描述了具体系统设置并提供了电路板的完整原理图。所需外部连接只有PC的USB连接和系统电源与ADMP441评估板之间的连接。

欲查看EVAL-ADMP441Z评估板的完整文档,请参见UG-362用户指南。

欲查看SDP-B控制器板的完整文档,请参见SDP-B用户指南UG-277。

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