Handfree System Design Base on FM1083
摘 要：介紹了基于FM1083的低功率免提通信產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，低功率免提芯片F(xiàn)M1083在全雙工USB、藍(lán)牙、手機(jī)、電話免提通信中的典型應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：免提通信；聲學(xué)回聲消除；遠(yuǎn)端拾?。辉肼曇种?；語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)
引言
隨著通信產(chǎn)品的不斷小型化，對(duì)系統(tǒng)的成本和空間限制也越來(lái)越多。揚(yáng)聲器的體積變得越來(lái)越小，麥克風(fēng)與揚(yáng)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(qū)、汽車內(nèi)、地鐵等復(fù)雜的使用環(huán)境中，環(huán)境噪聲嚴(yán)重影響了通話質(zhì)量。如何在PDA、筆記本電腦、免提手機(jī)等小型系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)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(guó)富迪科技(Fortemedia)公司推出的用于回聲消除、噪聲抑制、遠(yuǎn)端拾取聲音信號(hào)的低功率芯片，本文將介紹小型免提通信產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、FM1083主要功能和典型應(yīng)用。
設(shè)計(jì)要點(diǎn)

模具外殼、麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的免提性能?；芈暤漠a(chǎn)生有聲學(xué)傳播和機(jī)械振動(dòng)兩種方式，從頻譜的連續(xù)性來(lái)看，回聲又分線性和非線性兩種。在模具設(shè)計(jì)階段，應(yīng)考慮要盡量減小麥克風(fēng)拾取的線性回聲，減小揚(yáng)聲器和外殼的非線性振動(dòng)。麥克風(fēng)應(yīng)該設(shè)計(jì)獨(dú)立的腔體，注意外殼的前后蓋的配合，否則回聲會(huì)增大。揚(yáng)聲器應(yīng)充分固定，在揚(yáng)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(yīng)用中，應(yīng)該使麥克風(fēng)拾取遠(yuǎn)端(FE)的聲音即回聲與近端(NE)講話的信號(hào)差值盡量小。設(shè)定麥克風(fēng)拾取的近端講話信號(hào)(signal of near end)SN為10mVpp時(shí)，麥克風(fēng)拾取的回聲信號(hào)(signal of echo)SE為40mVpp，回路增益為20dB，線路輸出的幅度為100mVpp，在沒(méi)有回聲消除的情況下回聲將達(dá)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(hào)小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，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(hào)。采用FM1083和兩個(gè)陣列麥克風(fēng)的系統(tǒng)最大可以消除65dB的回聲，使通信清晰流暢。對(duì)于兩個(gè)麥克風(fēng)的應(yīng)用，應(yīng)該使主麥克風(fēng)M1、參考麥克風(fēng)M2所拾取遠(yuǎn)端(FE)的聲音即回聲保持一定差值，M1、M2拾取回聲與近端(NE)講話的信號(hào)有一定的差值，M1、M2所拾取的近端(NE)講話的信號(hào)差值應(yīng)盡量小。M1和M2拾取的回聲的頻譜在帶內(nèi)不能重合。

FM1083的主要功能及特點(diǎn)
FM1083專為移動(dòng)手持設(shè)備設(shè)計(jì)，內(nèi)置的兩個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)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(shù)字電路部分支持1.8～3.6V的寬電壓，內(nèi)置D類功放，差分輸出可直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。多媒體編解碼接口(CODEC Host Interface)直接與藍(lán)牙1.1和1.2接口連接。具有兩個(gè)麥克風(fēng)輸入，內(nèi)置可編程增益輸入輸出放大器(-6dB～+26dB)，適應(yīng)不同靈敏度的麥克風(fēng)。遠(yuǎn)端拾取時(shí)，麥克風(fēng)與使用者的距離是0.6m，最大可以達(dá)到5m。模擬信號(hào)支持直通模式，以提高保真度?；芈曄秶鸀?5～60dB，支持動(dòng)態(tài)范圍壓縮和非線性回聲消除，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(yáng)聲器之間最小距離可以達(dá)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(jì)算機(jī)傳送音頻數(shù)據(jù)，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(shù)。
音頻數(shù)據(jù)編解碼接口支持主模式和從模式，可以選擇內(nèi)部和外部時(shí)鐘源，當(dāng)選擇內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，幀頻為8kHz，數(shù)據(jù)編碼格式為16位線性PCM(Pulse Code Modulation，脈沖編碼調(diào)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(duì)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(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

信號(hào)流程
主麥克風(fēng)1和參考麥克風(fēng)2拾取的信號(hào)經(jīng)可編程增益放大器放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換和高通濾波后，送語(yǔ)音處理器處理(線性回聲消除，非線性回聲消除，VAD檢測(cè)，噪聲抑制處理，然后進(jìn)行麥克風(fēng)自動(dòng)增益控制，消側(cè)音和麥克風(fēng)音量設(shè)定)，輸出的16位語(yǔ)音數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后將麥克風(fēng)信號(hào)從線路輸出端進(jìn)行單端輸出。
遠(yuǎn)端話音信號(hào)從線路輸入端單端輸入，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換和高通濾波后轉(zhuǎn)換成16位語(yǔ)音數(shù)據(jù)，送語(yǔ)音處理器處理(消側(cè)音，自動(dòng)增益控制，回聲參考信號(hào)提取，動(dòng)態(tài)范圍控制)，輸出信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后推動(dòng)內(nèi)置的D類功放，用差分方式直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。
在USB應(yīng)用時(shí)，USB的輸入信號(hào)作為線路輸入的信號(hào)，經(jīng)語(yǔ)音處理器處理后直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。麥克風(fēng)輸入信號(hào)經(jīng)語(yǔ)音處理器處理后，通過(guò)USB送計(jì)算機(jī)，過(guò)程與模擬信