ISD4004-16M è un sistema di registrazione/riproduzione vocale a chip singolo. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Utilizzando la tecnologia brevettata da Information Storage Devices (ISD; parte di Winbond Electronics Co. dal 1998), il segnale analogico che arriva all'ingresso corrispondente del chip ChipCorder può essere memorizzato nella sua forma naturale direttamente in una memoria EPROM e Flash standard non volatile cellule. La tecnologia della cosiddetta “falsa differenziazione” prevede che invece di memorizzare uno dei due valori in una cella - 0 o 1 - viene memorizzato uno dei 256 livelli di tensione. Ciò fornisce un vantaggio significativo in termini di capacità rispetto al metodo convenzionale di memorizzazione di un segnale digitalizzato. Inoltre, questa tecnologia per la registrazione e l'archiviazione del parlato non richiede la conversione da analogico a digitale, il che semplifica notevolmente la progettazione di un dispositivo completo basato su un microcircuito.

I chip ChipCorder per la registrazione/riproduzione vocale possono funzionare con alimentatori a basso consumo. Ciò li rende ideali per creare prodotti leggeri e portatili, compresi quelli alimentati a batteria.

Inoltre, come caratteristiche comuni della famiglia, possiamo citare la modalità AutoMute, che fornisce la riduzione del rumore durante le pause, una transizione automatica allo stato di standby al termine del ciclo di registrazione/riproduzione (consumo di corrente in modalità standby 0,5 mA), il utilizzo di memoria non volatile, durata di registrazione regolabile, piena capacità di indirizzamento tramite interfaccia SPI o Microwire.

Il circuito integrato ISD4004-16M campiona a una frequenza di campionamento di 4 kHz. I campioni vocali vengono archiviati direttamente nella memoria Flash non volatile sul chip senza la digitalizzazione e la compressione associate ad altri tipi di registrazione vocale. Il messaggio può essere conservato fino a 100 anni (tipico; testato utilizzando il metodo equivalente di progettazione accelerata) senza alimentazione. Inoltre, il dispositivo può essere riscritto oltre 100 volte. La memoria analogica diretta garantisce voce, musica ed effetti sonori dal suono naturale. La durata massima della registrazione è di 000 minuti.

Lo schema a blocchi dell'ISD4004-16M è mostrato in Fig. 1. Come puoi vedere, il microcircuito include un generatore di clock, un amplificatore per microfono, un filtro anti-alias, un array di memoria multilivello, un filtro anti-alias, un dispositivo di attenuazione del rumore di pausa e un amplificatore di uscita 3H.

Un'interfaccia periferica seriale (SPI) a quattro fili (SCLK, MOSI, MISO, SS) fornisce il controllo e l'indirizzamento. In un sistema a microcontrollore, il chip funge da dispositivo slave periferico. L'accesso in scrittura/lettura a tutti i registri interni viene fornito tramite l'interfaccia SPI. Il segnale di interruzione (INT) e il registro di stato interno vengono utilizzati solo per scopi di lettura e comunicazione.

Per ridurre al minimo il rumore, i circuiti analogici e digitali del dispositivo sono collegati a bus di alimentazione separati, rispettivamente Ucca e Uccd. La tensione di alimentazione nominale è 2,85...3,15 V. Le uscite dei cavi comuni ("masse") sono analogiche Anche le parti (Ussa) e digitali (Ussd) in ISD4004-16M sono realizzate separatamente. Il fondo del cristallo è collegato a Uss attraverso la resistenza del substrato. Nelle modifiche in miniatura (senza cornice), il cristallo è attaccato all'area associata all'Uss. oppure può rimanere "fluttuante".

Il segnale di ingresso analogico può essere fornito al dispositivo in modalità asimmetrica (Fig. 2, a) o differenziale (Fig. 2, b). Nel primo caso, il segnale è collegato all'ingresso analogico + (ANA IN+), e l'ingresso- (ANA IN-) è collegato al bus comune Ussa- tramite un condensatore di disaccoppiamento. Per una riproduzione di alta qualità, la doppia ampiezza del segnale di ingresso in questa modalità non deve superare i 32 mV, che corrispondono a 570 mV di uscita a doppia ampiezza. Il condensatore di accoppiamento all'ingresso ANA IN+, insieme alla sua impedenza di ingresso di 3 kΩ, determina la larghezza di banda a bassa frequenza.

In modalità differenziale vengono utilizzati entrambi gli ingressi (ANA IN+ e ANA IN-). Per ottenere una qualità ottimale, la doppia ampiezza del segnale su ciascuno degli ingressi in questo caso non deve superare i 16 mV. L'impedenza dell'ingresso ANA IN è 56 kΩ.

Dal pin 13 (Fig. 1) viene rimosso il segnale audio registrato nella memoria ISD4004-16M. Si consiglia di collegare questo pin al carico tramite un condensatore di disaccoppiamento. L'impedenza di carico deve essere almeno 5 kOhm. In modalità operativa (accensione), il pin AUD OUT è 1,2 V CC. Durante la registrazione, il pin AUD OUT è collegato a una sorgente interna da 850 V riferita a terra analogica tramite un resistore da circa 1,2 kΩ. Il carico può essere collegato in questa modalità, ma la tensione CC all'uscita del dispositivo non deve diminuire.

Il pin SS (Slave Select) viene utilizzato per selezionare un dispositivo slave. Quando viene applicato un segnale di basso livello a questo pin, l'ISD4004-16M viene selezionato come master per funzionare insieme al microcontrollore.

MOSI è un ingresso seriale attraverso il quale i dati vengono trasferiti dal microcontrollore. I dati nella linea MOSI vengono impostati mezzo periodo prima dell'arrivo del fronte del clock, anch'esso proveniente dal BISD4004-16M.

L'uscita MISO è un'uscita seriale dal dispositivo. Se il dispositivo non è selezionato (SS = 1), l'uscita è in uno stato di alta impedenza.

Per ricevere gli impulsi di clock dal microcontrollore necessari per sincronizzare il trasferimento dei dati al (e dal) dispositivo tramite i bus MOSI e MISO, viene utilizzato il pin SCLK. I dati vengono scritti sull'ISD4004-16M durante l'azione del fronte dell'impulso di clock e quando cade l'informazione viene spostata al bit successivo.

Il pin INT (Interrupt) viene abbassato e rimane basso (0 logico) se si verifica un overflow (OVF) o il marker ha rilevato una "Fine del messaggio" (EOM). Questo pin è un'uscita a drain aperto. Ogni operazione che termina con un overflow o ha una "Fine del messaggio" genera un'interruzione, incluso un comando per richiamare i cicli di messaggi. La prossima volta che l'interruzione verrà cancellata sarà quando verrà avviato un nuovo ciclo SPI. Lo stato dell'interrupt può essere letto con il comando RINT.

Il flag di overflow OVF indica che la memoria analogica ha raggiunto la fine durante un'operazione di scrittura o riproduzione e la fine del messaggio (EOM) viene impostata in modalità di riproduzione solo quando viene rilevato il segnale EOM. Ci sono otto opzioni per la posizione del flag di fine messaggio su una riga (ovvero, su di essa possono essere scritti otto messaggi diversi).

Anche l'uscita RAC (sincronizzazione della linea di indirizzo) è a drain aperto. Durante la registrazione, gli viene fornito un segnale con un periodo di 400 ms, quando il segnale viene campionato ad una frequenza di 4 kHz. Durante il periodo specificato, viene scritta solo una riga di memoria (ci sono 2400 righe di questo tipo in totale). Di conseguenza, la registrazione viene eseguita per 350 ms quando il segnale RAC è alto. Quando viene raggiunta la fine della linea, il segnale RAC diventa basso per un periodo di 50 ms. Il ciclogramma di registrazione di una riga è mostrato in Fig. 3.

Nella modalità "Message Call" (vedi sotto), il livello alto sul pin RAC viene mantenuto per 218,76 μs e il livello basso per 31,26 μs. I valori tipici dei livelli di clock RAC sono riportati nella tabella dei parametri AC della documentazione aziendale.

Quando viene avviato per la prima volta un comando di scrittura, il pin RAC rimane alto per un ulteriore periodo TRACL0. Ciò è necessario per scaricare un campione e riparare i sistemi interni del dispositivo. Il pin RAC può essere utilizzato per controllare la tecnica del messaggio.

L'ingresso dell'orologio esterno ha un dispositivo di corrispondenza interno. L'ISD4004-16M è configurato in fabbrica per campionare internamente il segnale di ingresso alla frequenza del clock centrale entro ±1% delle specifiche. La frequenza viene mantenuta entro la tolleranza a qualsiasi valore all'interno dell'intervallo esteso di temperatura industriale, nonché all'interno dell'intervallo di tensione operativa definito nella tabella dei valori nominali CA appropriata. Quando si opera in intervalli di temperatura industriali, si consiglia un alimentatore stabilizzato.

Se è richiesta un'elevata precisione, per il campionamento con una frequenza di 4 kHz, è necessario fornire al dispositivo un impulso di clock con una frequenza di ripetizione di 512 kHz tramite il pin XCLK. Per il normale funzionamento dei filtri anti-aliasing integrati a una frequenza fissa, la frequenza del clock deve essere sufficientemente stabile. Il duty cycle degli impulsi di clock non è critico, poiché la loro frequenza viene immediatamente divisa per 2. Se l'ingresso XCLK non viene utilizzato, il pin 26 deve essere collegato al filo comune.

Il pin AM dell'ACS viene utilizzato per controllare la riduzione automatica del rumore. Quest'ultimo riduce il livello del segnale di 6 dB se scende al di sotto della soglia impostata (per segnali grandi, la riduzione del rumore non è attivata).

Per il normale funzionamento del sistema di riduzione del rumore, il terminale AM ​​dell'ATS è collegato al filo comune tramite un condensatore da 1 µF. Questo condensatore diventa un elemento sensore di picco interno che risponde all'ampiezza (valore di picco) del segnale. Il livello di picco viene confrontato con una soglia impostata per determinare quando inizierà la riduzione del rumore. Il condensatore influenza anche la velocità con cui la riduzione del rumore varia nel tempo di attacco a seconda dell'ampiezza del segnale. Quando si collega il pin AM dell'ATS al bus Ucca, la riduzione del rumore viene disattivata.

Come notato, l'ISD4004-16M utilizza un'interfaccia SPI seriale. Il protocollo di trasferimento dati presuppone che i registri a scorrimento del microcontrollore siano sincronizzati dalla caduta del segnale SCLK. Nell'ISD4004-16M, i dati vengono catturati sul pin MOSI al limite dell'impulso di clock. I dati vengono ricevuti dal pin MISO quando l'impulso di clock diminuisce.

1. Tutti i trasferimenti di dati seriali iniziano alla caduta del segnale sul pin SS.

2. Questo pin viene mantenuto basso durante la comunicazione seriale e diventa alto tra i comandi.

3. I dati di ingresso vengono acquisiti sul fronte di salita dell'impulso di clock e i dati di uscita vengono acquisiti sul falloff.

4. La riproduzione e la registrazione vengono eseguite a un livello basso sul pin SS quando il codice operativo e l'indirizzo appropriati vengono forniti al dispositivo ISD4004-16M.

5. I codici operativi e i campi indirizzo sono rappresentati da otto bit di servizio e 16 bit di indirizzo.

6. Ogni operazione che termina con un segnale di fine messaggio (EOM) o di overflow genera un'interruzione, incluso il comando Call Message Loop. L'interruzione viene cancellata la volta successiva introducendo un nuovo ciclo SPI.

7. Poiché i dati di interruzione vengono spostati senza memorizzare i bit push in MISO, i dati di controllo e gli indirizzi sul pin MOSI vengono spostati contemporaneamente. Si consiglia cautela poiché i dati spostati potrebbero essere compatibili con l'attuale funzionamento del sistema. È possibile leggere i dati di interruzione e avviare una nuova operazione all'interno dello stesso ciclo SPI.

8. L'operazione inizia con il bit RUN impostato e termina con il suo reset.

9. Tutte le operazioni iniziano sul fronte di salita del pin SS.

Durante la riproduzione viene utilizzato il comando "Richiama messaggio", che consente all'utente di "saltare" tra i messaggi se non si conosce la posizione effettiva di quello di interesse. In questa modalità, la velocità di riproduzione è 1600 volte più veloce rispetto alla modalità di riproduzione normale. L'arresto avviene quando il marcatore indica "Fine del messaggio". Il contatore dell'indirizzo interno punterà quindi al messaggio successivo. Se si utilizza il comando Chiama Messaggio (MC) è necessario seguire la procedura seguente, altrimenti la chiamata potrebbe non essere precisa.

La procedura per richiamare correttamente un messaggio è la seguente. Prima di eseguire o impostare il comando Call Message (rispettivamente MC o SETMC), è necessario inviare al dispositivo un comando di Stop “idle” (fittizio). Tale comando è costituito da una serie di bit di servizio: “Esegui” = 0, “Riproduzione/Registrazione” = 0, PU (“Accensione”) = 1, IAB (“Salta indirizzo”) = 1, MS (“Chiamata messaggio ”) = 0. In altre parole, il numero esadecimale 30 viene utilizzato come comando nel dispositivo. Una volta immesso il comando Stop fittizio, è possibile eseguire uno o più comandi MC o un comando SETMC. Non è necessario ripetere il comando Stop "inattivo" fino alla fine della successiva operazione di riproduzione. I codici operativi sono presentati nella tabella. 1.

Sequenza di accensione. L'ISD4004-16M è pronto per il funzionamento dopo il tempo TPUD (valore tipico con frequenza di campionamento di 4 kHz - circa 50 ms). È necessario attendere questo tempo prima di impartire un comando operativo. Ad esempio, per riprodurre dall'indirizzo 00 verrebbe utilizzato il seguente ciclo di programma:

1. Viene inviato un comando POWERUP per accendere l'alimentazione.

2. Pausa per TPUD (Power On Delay).

3. Viene emesso il comando SETPLAY con indirizzo 00.

4. Viene inviato il comando PLAY

Di conseguenza, il dispositivo inizia la riproduzione dall'indirizzo 00 e quando si verifica la "Fine del messaggio" genera un'interruzione. Successivamente, la riproduzione si interrompe.

Ciclo per implementare la modalità di scrittura:

1. Viene inviato un comando POWERUP.

2. Pausa per TPUD (Power On Delay).

3. Viene emesso il comando POWERUP.

4. Il comando SETREC viene inviato con l'indirizzo 00.

5. Viene inviato il comando REC.

Il dispositivo inizia a registrare un messaggio dall'indirizzo 00 e quando si verifica un overflow (fine dell'array di memoria) genera un'interruzione, dopodiché la registrazione si interrompe.

Uno schema a blocchi semplificato della porta SPI con la descrizione e l'indicazione dei bit di controllo ad essa associati è presentato in Fig. 4, aeb.

Il registro di controllo SPI fornisce il controllo delle funzioni del dispositivo come riproduzione, registrazione, richiamo di messaggi, accensione/spegnimento, operazioni di avvio/arresto e salto di indirizzi. Nella tabella La Figura 2 mostra i valori nei bit del registro di controllo SPI e le funzioni corrispondenti.

I diagrammi temporali del funzionamento del microcircuito ISD4004-16M quando si inviano comandi di controllo (8 bit) e indirizzi (16 bit) in un formato a 24 bit sono mostrati in Fig. 5.

(clicca per ingrandire)

Diagrammi in fig. 6 illustrano una registrazione/riproduzione e un ciclo di arresto.

(clicca per ingrandire)

Tutti gli indicatori temporali possono essere trovati nella già citata tabella dei parametri per la corrente alternata.

Nella fig. La Figura 7 mostra uno schema di una possibile opzione di connessione del microcircuito ISD4004-16M al microcontrollore comune PIC16C62A e all'amplificatore di potenza integrato 3H LM4860M.

(clicca per ingrandire)

Quando si sviluppano dispositivi che utilizzano ISD4004-16M, è necessario ricordare che per un funzionamento affidabile e senza problemi è necessario alimentarli con una tensione stabilizzata non superiore a 2,85...3,15 V. Si consiglia di posizionare i pin di alimentazione UCCA e UCCD, come quanto più possibile, in prossimità della fonte di alimentazione.

Il pin di terra analogico USSA deve essere collegato al comune di alimentazione tramite una linea con l'impedenza più bassa possibile e il pin di terra digitale USSD deve essere collegato a un bus separato a bassa impedenza. Le sbarre che collegano gli ingressi analogici e digitali al filo comune dell'alimentazione devono essere sufficientemente grandi da garantire una caduta di tensione minima ai loro capi. In questo caso la differenza nell'impedenza del bus non deve superare i 3 ohm.

Autore: A.Shitikov

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