【導(dǎo)讀】MAX9860音頻編解碼器為Skype®遠(yuǎn)端音頻信號(hào)采集和高質(zhì)量語音傳輸提供完美的解決方案。目標(biāo)應(yīng)用包括：Skype TV、機(jī)頂盒、揚(yáng)聲器等。通過提供靈活的可編程增益范圍和高達(dá)48kHz的采樣率，MAX9860能夠用于放大模擬麥克風(fēng)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為所需要的數(shù)字音頻信號(hào)。此外，MAX9860的兩路麥克風(fēng)輸入可以根據(jù)需要從兩個(gè)麥克風(fēng)或四個(gè)麥克風(fēng)陣列記錄信號(hào)，利用波束成形算法提高陣列的方向靈敏度并提供消噪聲功能。
簡介
MAX9860提供Skype語音采集所需的系統(tǒng)模塊和性能，在麥克風(fēng)輸入引腳和內(nèi)部模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)之間可選擇0dB至50dB之間的任何增益(1dB步長) (圖1)。ADC的輸出級(jí)可以選擇-12dB至+3dB的額外增益。器件的數(shù)字音頻接口輸出符合標(biāo)準(zhǔn)I²S、左對(duì)齊或TDM協(xié)議，用于系統(tǒng)應(yīng)用處理器之間的通信。所有設(shè)置通過2線I²C兼容接口編程。
圖1. MAX9860結(jié)構(gòu)圖，ADC通路。
推薦的麥克風(fēng)前置放大器電路
對(duì)于Skype應(yīng)用，推薦在MAX9860模擬輸入之前使用一級(jí)額外的前置放大器，確保提供足夠增益。可以使用單電源供電的雙通道、低噪聲運(yùn)算放大器，如MAX4253。確保外部運(yùn)算放大器的信噪比(SNR)大于MAX9860的SNR，這一點(diǎn)非常關(guān)鍵，由此可以獲得較好的整體SNR性能。外部運(yùn)算放大器電路也可用作低通濾波器，抑制高頻噪聲。
有兩種推薦的麥克風(fēng)配置用于遠(yuǎn)端Skype系統(tǒng)：四個(gè)麥克風(fēng)陣列和兩個(gè)麥克風(fēng)陣列。圖2和圖3所示為采用四個(gè)麥克風(fēng)陣列所推薦的輸入原理圖。當(dāng)采用兩個(gè)麥克風(fēng)陣列時(shí)，移除MK3、 MK4、FB3、FB4、C101、C102、R91和R101，同時(shí)，把R41和R42更改為0Ω。圖4和圖5所示為采用兩個(gè)麥克風(fēng)陣列時(shí)推薦的輸入原理圖。
圖2. 四路麥克風(fēng)輸入電路。
圖3. 四路麥克風(fēng)的放大器電路。
圖4. 兩路麥克風(fēng)輸入電路。
圖5. 兩路麥克風(fēng)的放大器電路。
通過把一個(gè)麥克風(fēng)信號(hào)連接到左聲道輸入、另一個(gè)麥克風(fēng)信號(hào)連接到右聲道輸入，MAX9860可支持兩個(gè)麥克風(fēng)陣列。把兩路麥克風(fēng)信號(hào)之和連接到左聲道輸入、其余兩路麥克風(fēng)信號(hào)之和連接到右聲道輸入，可以支持四麥克風(fēng)陣列。
器件設(shè)置
通過I²C寄存器0x03–0x07 (表1)選擇需要的時(shí)鐘速率和接口模式，將MAX9860按照Skype系統(tǒng)的需求進(jìn)行配置。MAX9860可采用10MHz至60MHz的任何系統(tǒng)時(shí)鐘作為主時(shí)鐘(MCLK)。支持8kHz至48kHz采樣速率范圍，包括所有常見的采樣速率(8kHz、16kHz、24kHz、 32kHz、44.1kHz和48kHz)。有關(guān)時(shí)鐘控制寄存器的詳細(xì)信息，請參考MAX9860數(shù)據(jù)資料。
表1. 推薦寄存器設(shè)置
將寄存器0x0E和0x0F設(shè)置為0x00，禁用AGC。雖然MAX9860內(nèi)置自動(dòng)增益控制(AGC)，在Skype應(yīng)用中最好關(guān)閉這一功能。Skype具有特殊的AGC算法，運(yùn)行在主機(jī)平臺(tái)。由Skype提供的應(yīng)用程序接口(API)控制增益，需通過更改寄存器0x0C設(shè)置增益。
為優(yōu)化啟動(dòng)性能，通過向寄存器0x0C寫入0x34選擇起始增益為0dB。隨后，通過寄存器0x83打開模擬錄音通道，啟動(dòng)器件工作。置位第1位和第0位分別打開左、右聲道ADC；置位第7位，啟動(dòng)MAX9860工作。
一旦器件開始工作，利用寄存器0x0C選擇麥克風(fēng)前置放大器增益和PGA增益，以更好滿足所預(yù)期的模擬輸入信號(hào)水平。所推薦的I²C編程順序如表2所示。
表2. 推薦編程順序
布局和接地
在Skype應(yīng)用中，合理的布局和接地有助于優(yōu)化性能。在設(shè)計(jì)MAX9860的PCB時(shí)，需要將MAX9860的模擬部分與數(shù)字部分分隔開，確保模擬音頻信號(hào)周圍沒有數(shù)字信號(hào)布線。推薦通過雙絞線把麥克風(fēng)信號(hào)連接到PCB輸入。麥克風(fēng)盡量靠近運(yùn)算放大器放置。
為了提高輸入電路的抗干擾能力，麥克風(fēng)輸入信號(hào)的負(fù)極(MICLN、MICRN)接交流地，接地端應(yīng)盡可能靠近運(yùn)算放大器的輸出(MIX_MICL、MIX_MICR，如圖3、圖5所示)。把MICLP和MICLN按照差分對(duì)方式連接到MAX9860，保證信號(hào)的正端和負(fù)端采用相同的走線長度、通過相同路徑。對(duì)MICRP和MICRN采用相同方法設(shè)計(jì)。
在PCB的專用層使用大面積的連續(xù)地層，以減少回路面積。使用盡可能短的走線把AGND、DGND和MICGND直接連接到接地層。合理的接地能夠提高音頻質(zhì)量，減少通道間的串?dāng)_，并可防止任何數(shù)字噪聲耦合到模擬音頻信號(hào)。
引腳REG、PREG和REF的旁路電容通過最短走線直接接地，確保以最短引線接至AGND和MICGND。AVDD直接旁路到AGND，MICBIAS直接旁路到MICGND。
把所有數(shù)字I/O端口連接到接地層，采用最短走線接至DGND；DVDD和DVDDIO直接旁路到DGND。
MAX9860采用薄型QFN封裝，下方帶有散熱裸焊盤。裸焊盤至PCB的直接導(dǎo)熱路徑改善散熱，該焊盤降低了封裝熱阻，把散熱裸焊盤連接至AGND。
評(píng)估板(EV kit)提供了一個(gè)MAX9860布局示例。利用MAX9860EVKIT軟件可快速設(shè)置MAX9860，通過軟件方便地控制所有內(nèi)部寄存器。
結(jié)論
MAX9860提供所有必要功能，在改善音頻質(zhì)量的同時(shí)可滿足不同系統(tǒng)需求。采用本文推薦的配置，很容易實(shí)現(xiàn)Skype應(yīng)用的原型開發(fā)。可申請獲得MAX9860評(píng)估板和評(píng)估軟件。
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