概述
随着集成电路制造技术的发展,语音处理器已层出不穷,并且性能越来越高,应用范围也越来越广,可用于微型录音机、通讯、电话、车船、飞机黑匣子、有声电子信函、语音信箱、高级玩具等,应用前景十分广泛。美国ISD公司利用本公司的专利“直接模拟存储技术”(DAST),把模拟数据成功的存入半导体存储器中。这种突破性的EEPROM存储方法可以在每次取样后,将数据暂存在取样保持电路中,并最终将数据写入EEPROM存储单元,而不需要A/D或D/A的转换。这种技术产生的效果:①比同等的数字存储方式增加了集成度。②模拟数据的存储是不挥发的,因此可多次进行录放。在机车随车质量状态诊断报警装置中,采用了ISD公司的ISD4003系列语音芯片,用于对司机进行随车故障定点定性报警和应急故障处理提示。
ISD语音芯片
图1为ISD系列产品的基本框图。在一块芯片上集成有麦克风前置放大器、自动增益控制电路、抗混淆和平滑滤波器、模拟存储阵列、扬声器驱动器、控制接口和内部精确的参考时钟。其外部元件包括:麦克风、扬声器、开关和少数几个电阻、电容,再加上电源或电池,就可构成一个完整的语音录放系统。在只需要播放语音信息的应用系统中,可直接外接扬声器,而无需外接其它器件。
录音过程中,ISD系列器件在进行存储操作之前,要分几个阶段对信号进行调整。首先要输入信号放大到存储电路动态范围的最佳电平,这个阶段由前置放大器、放大器和自动增益控制部分来完成。
信号的调整至此已告完成。然后将输入波形通过模拟收发器写入模拟存储阵列中。由8KHz取样时钟取样,并且经过电平移位而产生不挥发写入过程所需要的高电压,同时补偿与Fowler-Nordheim隧道效应相关的一些实际因素。取样时钟也用于存储阵列的地址译码,以便输入信号顺序的写入存储阵列。
放音时,录入的模拟电压在取样时钟的控制下顺序地从存储阵列中读出,恢复成原来的取样波形。输出通道上的平滑滤波器去掉取样频率分量并恢复原始波形。平滑滤波器的输出通过一个模拟多路开关连接到输出功率放大器。两个输出管脚直接驱动扬声器。
ISD系列器件的线路设计基于每个EEPROM存储单元等效于8位存储器。信息写入存储单元采用闭环方式。取样保持电路在编程周期内保持数据并将存储的模拟电压提供给比较器的一个输入端。比较器的另一个输入是存储单元本身的输出。在多次写入中,电子被“泵入”存储单元,并使存储电平反馈到比较器,当比较器的信号(也就是存储单元的输出电压)等于取样保持电平时,该存储单元的编程停止。
开发装置
ISD语音芯片应用
在“机车随车质量状态诊断报警装置”中,我们应用了ISD公司的ISD4003-8M(8分钟)的语音芯片,用于车载定点定性的语音报警和故障应急处理提示。
硬件接口示于图3。
ISD串行语音芯片的录放过程示于图4和图5。
结语
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