高性能數字MEMS麥克風與BLACKFIN DSP的標準數字音頻接口

2020-11-27 電子產品世界

電路功能與優勢

圖1所示電路允許兩個數字MEMS麥克風通過單條數據線與一個DSP接口。ADMP441由一個MEMS麥克風元件和一個I2S輸出組成。這使得立體聲麥克風可以用於音頻系統中，麥克風與處理器之間無需編解碼器。ADI公司的MEMS麥克風具有高信噪比(SNR)和平坦的寬帶頻率響應，堪稱高性能、低功耗應用的絕佳選擇。最多兩個ADMP441麥克風可以通過單條數據線輸入到Blackfin®處理器ADSP-BF527。

圖1. MEMS麥克風與Blackfin DSP的連接（原理示意圖：未顯示所有連接）

電路描述

ADMP441麥克風連接到ADSP-BF527的SPORT數據輸入引腳。本電路需要的無源元件只有電容和電阻：每個ADMP441需要一個0.1 μF旁路電容；SD線路上需要一個大下拉電阻(100 kΩ)，用以在ADMP441的輸出驅動器處於三態時給電容放電。旁路電容應儘可能靠近ADMP441 VDD引腳（引腳7）放置。

麥克風的VDD與ADSP-BF527的2.25 V至3.3 V VDDEXT應由相同的電源供電。雖然ADMP441可以採用1.8 V至3.3 V的VDD工作，但ADSP-BF527的VDDEXT必須至少是2.25 V。

為實現I2S數據流，ADMP441與ADSP-BF527之間必須連接三個信號：幀時鐘、位時鐘和數據。ADSP-BF527為系統時鐘，並生成兩個I2S時鐘。

此電路展示麥克風連接到Blackfin的SPORT0單個數據輸入端。ADSP-BF527的兩個SPORT各具有兩組數據接收引腳，因此最多可提供八通道I2S音頻輸入。表1所示為使用ADSP-BF527的串口SPORT0時的連接情況。

將兩個ADMP441上的L/R引腳設為相反電平——其中一個拉至VDD，而另一個拉至GND。拉至GND時，麥克風在I2S流的左通道上輸出數據，而拉至VDD時，則在右通道上輸出數據。

ADMP441通過將CHIPEN引腳拉高而使能。此引腳既可以直接連接到麥克風的VDD，使麥克風在上電時始終保持使能狀態，也可以連接到ADSP-BF527的GPIO，以便Blackfin能夠使能和禁用麥克風。

ADMP441的靈敏度為−26 dBFS。在大多數應用中，麥克風輸出需要將一些增益增加到Blackfin的信號路徑中。如果將增益增加給DSP中的信號，則處理器的輸出仍必須限制在0 dBFS。

ADSP-BF527寄存器設置

以下是用於將ADSP-BF527設為I2S主機模式的SPORT寄存器設置。有關這些寄存器設置的詳細說明，請參考ADSP-BF52x Blackfin處理器硬體參考。

利用以下非默認設置來配置主接收配置寄存器SPORT_RCR1：

RCKFE：在RSCLK下降沿驅動內部幀同步

RFSR：每個數據字均需要RFS

IRFS：使用內部RFS

IRSCLK：選擇內部接收時鐘

利用以下非默認設置來配置輔助接收配置寄存器SPORT_RCR2：

RSFSE：使能接收立體聲幀同步

SLEN：32位字長度

將SPORT接收串行時鐘分頻器寄存器SPORT_RCLKDIV設為17 (0x0011)，並將SPORT_RFSDIV設為31 (0x001F)。這可設置適當的時鐘頻率，以實現48 kHz幀時鐘、3.072 MHz比特時鐘和120 MHz Blackfin系統時鐘(SCLK)。

此處介紹的寄存器設置可以應用於ADSP-BF527的SPORT0或SPORT1，具體取決於所用的串口。

常見變化

DSP

也可以用Blackfin系列中的其它器件代替ADSP-BF527來設置本電路。有關SPORT通道差異及其它變化的詳細信息，請參見相應的數據手冊。如需查看Blackfin系列產品頁面，請訪問：http://www.analog.com/zh/blackfin。

麥克風

只需移除一個ADMP441麥克風，就能設置一個使用單個ADMP441的單聲道麥克風電路。在單聲道配置中，其它連接保持不變。

其它ADMP441麥克風可以像第一對立體聲配置一樣，連接到ADSP-BF527的SPORT輸入端。

電路評估與測試

評估ADMP441 MEMS麥克風通過I2S連接到ADSP-BF527 Blackfin DSP的系統時，最簡單的方法是使用EVAL-ADMP441Z評估板和Blackfin SDP。這些電路板能夠互相配合，並包含使能數字音頻連接的代碼。連接到PC的USB埠時，該系統會被識別為標準USB音頻接口，能夠將立體聲音頻從麥克風傳輸到PC。

設備要求

所需的兩個評估套件包括如下內容：

EVAL-ADMP441Z：包含一個EVAL-ADMP441Z-FLEX板和一個接口PCB。

EVAL-SDP-CB1Z：包含SDP-B控制器板

為使SDP板正常工作，PC必須具有以下最低配置：

Windows XP Service Pack 2、Windows Vista（32位）或Windows 7（32位）。

USB 2.0埠

可以在接口板上連接第二個EVAL-ADMP441Z-FLEX來使能立體聲音頻採集。

開始使用

麥克風FLEX PCB通過ZIF接口J1和J2連接到接口板，EVAL-ADMP441Z通過120引腳接頭J3連接到SDP-B。

SDP-B控制器板和EVAL-ADMP441Z的文檔描述了具體系統設置並提供了電路板的完整原理圖。所需外部連接只有PC的USB連接和系統電源與ADMP441評估板之間的連接。

欲查看EVAL-ADMP441Z評估板的完整文檔，請參見UG-362用戶指南。

欲查看SDP-B控制器板的完整文檔，請參見SDP-B用戶指南UG-277。

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