FM1182實(shí)現(xiàn)便攜式麥克風(fēng)系統(tǒng)

　　 引言

　　設(shè)法從噪聲污染的語(yǔ)音信號(hào)中濾除噪聲， 提高語(yǔ)音信號(hào)的信噪比就成為語(yǔ)音消噪研究中的一個(gè)重要方向?，F(xiàn)在大量技術(shù)被用于抑制信道中的噪聲干擾， 以提高通信的質(zhì)量。

??????? 該系統(tǒng)主要是用于對(duì)信源部分的背景噪聲進(jìn)行處理。采用了美國(guó)富迪公司的FM1182 為核心芯片， 以MAXIM 公司MAX9812L 芯片為輔助芯片。電路采用雙麥克風(fēng)作為輸入， 分別用于拾取純?cè)肼暫突煊斜尘霸肼暤恼Z(yǔ)音信號(hào)。兩路信號(hào)最終在FM1182 內(nèi)部的DSP 芯片處進(jìn)行處理， 得到消噪之后的信號(hào)。DSP 芯片具有穩(wěn)定性好，精度高的特點(diǎn)， 16 位處理器可以達(dá)到10- 5 的精度。此系統(tǒng)的供電電壓在3 V 左右， 功耗低， 可以采用一對(duì)7 號(hào)電池進(jìn)行供電， 充分地體現(xiàn)了便攜性的特點(diǎn)。

　　1 消噪方案的選擇

　　對(duì)于消噪麥克風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 曾考慮過(guò)3 種方案。

　　方案1: 采用麥克風(fēng)陣列技術(shù)。采用延時(shí)累加波束法， 通過(guò)延時(shí)控制補(bǔ)償從聲源到每個(gè)麥克風(fēng)的延時(shí)，對(duì)每個(gè)麥克風(fēng)接收到的信號(hào)進(jìn)行校正。此方法分為3 個(gè)部分， 即時(shí)間延遲估計(jì)、時(shí)間延遲補(bǔ)償及累加部分。但實(shí)際應(yīng)用中信噪比的增加與麥克風(fēng)的關(guān)系為10log10 M( M 為麥克風(fēng)數(shù)量)， 需要較多的麥克風(fēng)以獲得較高的消噪性能， 在便攜性以及能耗、成本等方面均不符合本設(shè)計(jì)的要求。

　　方案2: 采用雙麥克風(fēng)反向消噪原理。用麥克風(fēng)分別拾取帶有背景噪聲的語(yǔ)音信號(hào)和純?cè)肼曅盘?hào)， 2 個(gè)麥克風(fēng)相距1 m 以內(nèi)， 以保證噪聲的高相干性。先對(duì)信號(hào)分別進(jìn)行300~ 3 400 Hz 的前置濾波， 然后通過(guò)減法器電路， 做相消處理得到降噪信號(hào)。該系統(tǒng)采用 ±5 V穩(wěn)壓電源。但在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)， 由于較低的集成度， 過(guò)多的器件與走線， 導(dǎo)致內(nèi)部自激噪聲， 線路串?dāng)_噪聲等相互疊加， 最終使信號(hào)的質(zhì)量變得很差。 ±5 V 的供電使系統(tǒng)能耗較大， 并降低了靈活性。

　　方案3: 該方案由方案2 的改進(jìn)而來(lái)。為了提高電路的集成度， 采用較少的元件實(shí)現(xiàn)消噪功能。經(jīng)過(guò)對(duì)比性能以及價(jià)格、體積、能耗的綜合指標(biāo)， 最終選擇了FM1182 作為電路的核心芯片。同時(shí)在前置放大電路中， 采用了高信噪比、低能耗的MAX9812L 芯片。元件集成度的提高， 以及總體數(shù)量的減少， 大大提高了電路的可靠性， 減小了電路的體積， 增加了便攜性。同時(shí)采用低能耗的芯片， 使電路可采用3 V 左右的小電源低電流驅(qū)動(dòng)， 使用時(shí)間更長(zhǎng)， 靈活性大大提高。故最終選擇了方案3。

　　2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　FM1182 是美國(guó)富迪科技公司最新推出的低功耗高性能的芯片。FM1182 為語(yǔ)音接口市場(chǎng)提供了一個(gè)最優(yōu)化的方案。應(yīng)用包括車載具有典型應(yīng)用時(shí)30~35 mW的極低功耗。通過(guò)兩條途徑達(dá)到低功耗： 首先，集成硬件加速器幫助主數(shù)字信號(hào)處理器卸載高強(qiáng)度處理， 允許芯片工作在最佳的速度; 其次， FM1182 采用富迪科技的專利AMBIN 語(yǔ)音處理算法， 確保最高的效率。對(duì)于功率有限的便攜設(shè)備， FM1182 提供一個(gè)合適的有回聲消除和噪聲抑制的方案， 它具有高度集成度單芯片， 極低功耗( 30~ 35 mW) , 強(qiáng)大的AEC ( 聲學(xué)回聲消除) ( 60 dB) , 出色的全雙工性能， 差分輸入/ 輸出減少射頻( RF) 干擾， 提高抗擾能力， 動(dòng)態(tài)范圍控制( DRC) 提高聲音的可懂度， 側(cè)音消除25~ 35 dB, 消除聲學(xué)回聲尾長(zhǎng)度覆蓋： 64~ 100 ms, 小尺寸的特點(diǎn)。因此非常符合本電路便攜、低耗、高性能、低價(jià)的設(shè)計(jì)初衷。

　　一般數(shù)字消噪過(guò)程分為： 拾音、放大、抗混疊濾波、模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換， DSP 處理。此設(shè)計(jì)采用FM1182 為核心處理芯片， MAX9812L 作為輔助芯片。整個(gè)工作過(guò)程：

　　首先， 含有背景噪聲的語(yǔ)音信號(hào)由Mic0 拾取，經(jīng)過(guò)由MAX9812L 芯片構(gòu)成的高信噪比低功耗放大電路之后， 通過(guò)Line_In 接口被輸送給FM1182 芯片。而純?cè)肼曅盘?hào)由Mic1 吸取， 通過(guò)Mic_In 接口進(jìn)入FM1182 芯片， 兩路信號(hào)通過(guò)模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換之后進(jìn)入DSP 芯片。消噪算法的代碼存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中， DSP 芯片由存儲(chǔ)器中的消噪算法代碼控制進(jìn)行運(yùn)算。經(jīng)過(guò)硬件加速器的助推后， 能夠在較小能耗的代價(jià)下使DSP 芯片運(yùn)算速度大幅度提高。經(jīng)過(guò)DSP 芯片處理后的信號(hào)為最終信號(hào)， 通過(guò)數(shù)/ 模轉(zhuǎn)化芯片輸出， 以供后續(xù)使用， 可用于有線或者用于無(wú)線通信。便攜消噪麥克風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

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　　圖1 便攜消噪麥克風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　2. 1 前置麥克風(fēng)放大電路

　　麥克風(fēng)前置放大電路采用MAX9812L 芯片制作，內(nèi)置單個(gè)20 dB 固定增益放大器， 尺寸小， 具有業(yè)界頂級(jí)水平的100 dB 電源抑制比， 極低的THD + N( 0. 015% ) , 230μ A 工作電流。處于關(guān)閉模式時(shí)， 可將電源電流及偏置電流總和降低至100 nA，并且可以在2. 7~ 3. 6 V的電壓范圍下工作， 為本產(chǎn)品提供了高信噪比、低能耗、便攜的解決方案。IN 引腳是信號(hào)輸入引腳， 聲音通過(guò)迷你麥克風(fēng)轉(zhuǎn)變成微弱的電流， 芯片通過(guò)IN 引腳接收。BIAS 引腳為電壓補(bǔ)償引腳， 能確保在多種供電電壓下正常驅(qū)動(dòng)麥克風(fēng)工作， 并降低電壓的波動(dòng)對(duì)信號(hào)處理的影響。

引腳用來(lái)控制控制電路的運(yùn)行狀態(tài)， 當(dāng)將

引腳與VCC 連接時(shí)， 電路正常工作; 當(dāng)將

與GND 連接時(shí)， 電路處于關(guān)閉狀態(tài)。此處， 將

接到電源置高電平。OUT 為輸出引腳， 經(jīng)過(guò)MAX9812L 放大的信號(hào)， 由此接口輸出， 供下一級(jí)電路處理。此處連接到FM1182 芯片。麥克風(fēng)前置放大電路如圖2 所示。

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　　圖2 麥克風(fēng)前置放大電路