音頻精確延時系統(tǒng)及其實現(xiàn)
摘要： 使用CPLD與音頻專用數(shù)模/模數(shù)集成電路實現(xiàn)音頻精確延時系統(tǒng),詳細闡述了設(shè)計思路并給出了系統(tǒng)自頂向下的設(shè)計過程。
關(guān)鍵詞： CPLD;音頻A/D、D/A;延時
引言
音頻的時間延遲傳統(tǒng)上使用延遲線或電荷耦合器件實現(xiàn),這在民用設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。最常見的是卡拉OK機的混響系統(tǒng),它使用延遲一定時間的信號產(chǎn)生回聲的效果。某些專用的BBE器件,如三菱的M58000系列,內(nèi)部采用了數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù),內(nèi)置動態(tài)RAM存儲數(shù)據(jù),某些芯片可以通過調(diào)整其時鐘頻率或有專用引腳調(diào)整延時量�？烧{(diào)范圍在數(shù)百毫秒量級,誤差在毫秒量級。這些芯片普遍采用較低的采樣速率,僅對輸入信號的低頻分量進行處理,采樣位數(shù)也多為8位以下。這在一般應(yīng)用中,特別是卡拉OK機這類對音頻指標要求較低的應(yīng)用中完全足夠了。而在“調(diào)頻同步廣播”項目中,涉及多個發(fā)射臺干涉區(qū)的準確同步問題,要求延遲量精確到微秒數(shù)量級并且能依據(jù)兩發(fā)射臺間的距離做調(diào)整,幾個微秒的時延誤差就會對干涉區(qū)的收聽質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響,甚至不能正常收聽。并且調(diào)頻廣播對音質(zhì)有較高的要求,所以設(shè)計出來的系統(tǒng)必須達到廣播級的音頻指標,左右聲道的延時應(yīng)該同步調(diào)節(jié),以滿足立體聲分離度的要求。很明顯,前述的各類現(xiàn)有器件遠不能滿足需要。
受到新型數(shù)字混響器件原理的啟發(fā),設(shè)想采用高指標的數(shù)模模數(shù)集成電路實現(xiàn)這樣一個系統(tǒng)。隨著數(shù)字集成電路技術(shù)特別是大規(guī)模可編程邏輯器件技術(shù)的發(fā)展,一個數(shù)字系統(tǒng)已可以集成在一片可編程芯片上,因此采用CPLD設(shè)計時序及邏輯電路是最佳方案,考慮音頻采樣頻率達到48KHz即可滿足要求,存儲器可以采用通用的RAM,速度在150ns的也可滿足需要。理論及實踐證明,以上方案是完全可行的。
系統(tǒng)設(shè)計
圖1 系統(tǒng)框圖
系統(tǒng)方框圖如圖1。前級來的音頻模擬信號首先進入A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號,由CPLD產(chǎn)生存儲器的讀寫時序并把音頻數(shù)據(jù)依次存入存儲器中。也由CPLD產(chǎn)生存儲器讀時序,把數(shù)據(jù)依次讀出并送到D/A轉(zhuǎn)換器恢復(fù)成模擬的音頻信號,經(jīng)低通濾波器輸出。存儲器的地址由一個循環(huán)計數(shù)器產(chǎn)生,控制寫入和讀出的地址(地址間隔),就可實現(xiàn)定量延時。考慮到當前大部分音頻專用A/D、D/A芯片采用串行數(shù)字接口,特別是在音頻領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的Σ-Δ類型的芯片,這樣的設(shè)計應(yīng)由以下幾部分組成：
*串并轉(zhuǎn)換部分,用以把A/D來的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成存儲器RAM的并行數(shù)據(jù);
*存儲器時序產(chǎn)生部分,用以產(chǎn)生存儲器的讀和寫兩個地址信號;
*延時調(diào)整部分,用DIP撥動開關(guān)預(yù)置讀和寫兩種情況下的地址之差;
*并串轉(zhuǎn)換部分,用來把RAM的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成D/A需要的標準串行數(shù)據(jù)流;
*左右聲道校正部分,保證左右聲道讀出的順序;
*晶體振蕩器,產(chǎn)生系統(tǒng)所需的時鐘信號,保證系統(tǒng)時鐘的準確和穩(wěn)定。延時量的準確性和穩(wěn)定性由它保證(使用外頻標可以進一步提高其準確度);
*一些輔助電路,用來校正由于門電路的延遲造成的時序和邏輯錯誤。
采用自頂向下,逐步細化的設(shè)計方法,頂層用電路示于圖2a和2b。
圖2a 延時量預(yù)置、RAM地址和左右聲道同步
