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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 ISD4004-16M은 단일 칩 음성 녹음/재생 시스템입니다. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 마이크로 컨트롤러 Information Storage Devices(ISD, 1998년부터 Winbond Electronics Co의 일부)가 특허를 받은 기술을 사용하여 ChipCorder 마이크로 회로의 해당 입력에서 수신된 아날로그 신호를 표준 비휘발성 EPROM(EEPROM) 및 플래시 메모리 셀에 직접 자연스러운 형태로 저장할 수 있습니다. 소위 "잘못된 차별화" 기술은 셀에 두 값(0 또는 1) 중 하나를 저장하는 대신 256개의 전압 레벨 중 하나가 저장된다는 사실에 있습니다. 이는 디지털화된 신호를 저장하는 기존 방식에 비해 상당한 용량 이점을 제공합니다. 또한 음성을 녹음하고 저장하는 이 기술은 아날로그에서 디지털로의 변환이 필요하지 않으므로 마이크로 회로를 기반으로 하는 전체 장치의 회로를 크게 단순화합니다. 음성 녹음/재생용 ChipCorder는 저전력 전원 공급 장치에서 작동할 수 있습니다. 따라서 배터리 전원을 사용하는 제품을 포함하여 경량 휴대용 제품을 만드는 데 이상적입니다. 또한 제품군의 공통 기능으로 일시 중지 중 소음 감소를 제공하는 자동 음소거 모드, 녹음/재생 주기가 끝날 때 대기 상태로 자동 전환(대기 모드에서 소비되는 전류는 0,5mA), 비휘발성 메모리 사용, 지속 시간 조절 가능, SPI 또는 마이크로와이어 인터페이스를 통한 완벽한 주소 지정. ISD4004-16M 칩은 4kHz의 샘플링 속도로 샘플링합니다. 음성 샘플은 다른 유형의 음성 녹음에 일반적으로 사용되는 디지털화 및 압축 없이 칩의 비휘발성 플래시 메모리에 직접 저장됩니다. 메시지는 전원 없이 최대 100년(일반; 가속연산 등가법으로 테스트) 동안 저장할 수 있다. 또한 장치를 100번 이상 덮어쓸 수 있습니다. 아날로그 다이렉트 메모리는 음성, 음악 및 음향 효과의 자연스러운 재생을 보장합니다. 최대 녹음 시간은 000분입니다. ISD4004-16M의 블록 다이어그램은 Fig. 1. 보시다시피 이 칩에는 클록 생성기, 마이크 증폭기, 안티 앨리어싱 필터, 다중 레벨 메모리 어레이, 안티 앨리어싱 필터, 무음 노이즈 감소 장치 및 3시간 출력 증폭기가 포함되어 있습니다. .
XNUMX선(SCLK, MOSI, MISO, SS) 직렬 주변 장치 인터페이스(SPI)는 제어 및 주소 지정을 제공합니다. 마이크로컨트롤러가 있는 시스템에서 칩은 주변 장치 슬레이브 역할을 합니다. 모든 내부 레지스터에 대한 쓰기/읽기 액세스는 SPI 인터페이스를 통해 이루어집니다. 인터럽트 신호(INT)와 내부 상태 레지스터는 읽기 및 통신 설정에만 사용됩니다. 노이즈를 최소화하기 위해 장치의 아날로그 및 디지털 회로는 각각 별도의 전원 버스인 Ucca 및 Uccd에 연결됩니다. 크리스탈의 바닥은 기판 저항을 통해 Uss에 연결됩니다. 미니어처 버전(프레임 없음)에서 크리스탈은 Uss와 관련된 영역에 부착됩니다. 또는 "플로팅" 상태로 남을 수 있습니다. 아날로그 입력 신호는 비대칭 모드(그림 2, a) 또는 차동 모드(그림 2, b)에서 장치에 공급될 수 있습니다. 첫 번째 경우 신호는 아날로그 입력+(ANA IN+)에 연결되고 입력-(ANA IN-)는 절연 커패시터를 통해 커먼 와이어 버스 Ussa-에 연결됩니다. 이 모드의 입력 신호는 출력에서 이중 진폭 32mV에 해당하는 570mV를 초과하지 않아야 합니다. ANA IN+ 입력의 디커플링 커패시터는 이 입력의 3kΩ 입력 임피던스와 함께 저주파 대역폭을 결정합니다.
차동 모드에서는 두 입력(ANA IN+ 및 ANA IN-)이 모두 사용됩니다. 최적의 품질을 위해 이 경우 각 입력의 피크 대 피크 신호는 16mV를 초과하지 않아야 합니다. ANA IN- 입력의 임피던스는 56kΩ입니다. 핀 13(그림 1)에서 ISD4004-16M 메모리에 기록된 사운드 신호가 제거됩니다. 디커플링 커패시터를 통해 이 출력을 부하에 연결하는 것이 좋습니다. 부하 임피던스는 최소 5kOhm이어야 합니다. 작동 중(전원이 켜진 상태) AUD OUT 핀은 1,2V DC이며, 녹음 시 AUD OUT은 약 850kΩ의 저항을 통해 아날로그 접지에 대한 내부 1,2V 공급 장치에 연결됩니다. 이 모드의 부하는 연결할 수 있지만 장치 출력의 정전압이 감소해서는 안됩니다. SS(Slave Select) 핀은 슬레이브 장치를 선택합니다. 이 핀에 낮은 신호가 적용되면 ISD4004-16M이 마이크로 컨트롤러와 함께 작동하는 마스터로 선택됩니다. MOSI는 데이터가 마이크로컨트롤러에서 전송되는 직렬 입력입니다. MOSI 라인의 데이터는 BISD4004-16M에서 수신한 클록 에지가 도착하기 반 주기 전에 설정됩니다. MISO 핀은 장치의 직렬 출력입니다. 장치가 선택되지 않은 경우(SS = 1) 출력은 높은 임피던스 상태입니다. SCLK 핀은 MOSI 및 MISO 버스를 통해 디바이스와 데이터 전송을 동기화하기 위해 마이크로컨트롤러에서 클록을 수신하는 데 사용됩니다. 클록 펄스의 상승 에지 동안 ISD4004-16M에 데이터가 기록되고 하강 시 정보가 다음 비트로 이동합니다. 오버플로우(OVF)가 발생하거나 마커가 "메시지 끝"(EOM)을 감지하면 INT(인터럽트) 핀이 로우가 되고 로우(로그 0)를 유지합니다. 이 핀은 오픈 드레인 출력입니다. 오버플로로 끝나거나 "메시지 끝"이 있는 모든 작업은 메시지 루프를 호출하는 명령을 포함하여 인터럽트를 생성합니다. 다음번에 인터럽트가 지워질 때는 새로운 SPI 주기가 시작될 때입니다. RINT 명령으로 인터럽트 상태를 읽을 수 있습니다. 오버플로 플래그 OVF는 녹음 또는 재생 작업 중 아날로그 메모리가 끝에 도달했음을 나타내며 "EOM(메시지 끝)"은 EOM 신호가 감지될 때 재생 모드에서만 설정됩니다. 한 줄에 "End of Message" 플래그 위치에 대한 XNUMX가지 옵션이 있습니다(즉, XNUMX가지 다른 메시지를 작성할 수 있음). RAC 출력(주소 라인 동기화)도 오픈 드레인입니다. 녹음시 신호가 400kHz의 주파수로 샘플링되면 4ms의 주기로 신호가 적용됩니다. 지정된 기간 동안 한 줄의 메모리만 기록됩니다(총 2400줄). 따라서 RAC 신호가 높을 때 350ms 동안 기록한다. 라인 끝에 도달하면 RAC 신호가 50ms 동안 낮아집니다. 한 줄을 기록하기 위한 사이클로그램이 그림에 나와 있습니다. 삼.
메시지 호출 모드(아래 참조)에서 RAC 핀은 218,76µs 동안 높게 유지되고 31,26µs 동안 낮게 유지됩니다. 일반적인 RAC 클록 레벨은 회사 문서의 AC 매개변수 표를 참조하십시오. 쓰기 명령이 처음 시작되면 RAC 핀은 TRACL0의 추가 기간 동안 높게 유지됩니다. 이것은 샘플을 다운로드하고 장치의 내부 시스템을 수정하는 데 필요합니다. RAC 핀을 사용하여 메시지 기술을 제어할 수 있습니다. 외부 클록 입력에는 내부 정합 장치가 있습니다. ISD4004-16M 기기는 사양의 ±1% 허용 오차로 중앙 클록 주파수에서 입력 신호를 내부적으로 샘플링하도록 공장에서 구성됩니다. 공차 내 주파수는 적절한 AC 정격 표에 정의된 작동 전압 범위 내에서 뿐만 아니라 확장된 산업 온도 범위 내에서 모든 값으로 유지됩니다. 산업 온도 범위에서 작동할 때는 조정된 전원 공급 장치를 권장합니다. 높은 정확도가 필요한 경우 4kHz 주파수에서 샘플링하려면 XCLK 핀을 통해 512kHz 반복 속도의 클록을 장치에 적용해야 합니다. 내장형 앤티앨리어싱 필터가 고정 주파수에서 제대로 작동하려면 클록 주파수가 충분히 안정적이어야 합니다. 클록 펄스의 듀티 사이클은 주파수가 즉시 2로 나뉘기 때문에 중요하지 않습니다. XCLK 입력이 사용되지 않는 경우 핀 26을 공통 와이어에 연결해야 합니다. AM ATS 핀은 자동 노이즈 감소를 제어하는 데 사용됩니다. 후자는 설정된 임계값 아래로 떨어지면 신호 레벨을 6dB 줄입니다(대형 신호에는 노이즈 감소가 활성화되지 않음). 노이즈 감소 시스템의 정상적인 작동을 위해 AM ATS 출력은 1μF 커패시터를 통해 공통 와이어에 연결됩니다. 이 커패시터는 신호의 진폭(피크 값)에 응답하는 내부 피크 센서의 요소가 됩니다. 피크 레벨은 설정된 임계값과 비교되어 노이즈 감소가 활성화되는 시기를 결정합니다. 커패시터는 또한 신호 진폭의 함수로서 어택 시간 동안 노이즈 감소가 변경되는 속도에 영향을 미칩니다. AM CAP 출력을 Ucca 버스에 연결하면 노이즈 감소가 비활성화됩니다. 언급한 바와 같이 ISD4004-16M은 직렬 SPI 인터페이스를 사용합니다. 데이터 전송 프로토콜은 마이크로컨트롤러의 시프트 레지스터가 SCLK 신호 하강 시 동기화된다고 가정합니다. ISD4004-16M에서 데이터는 클록의 상승 에지에서 MOSI 핀에 래치됩니다. 클록 펄스의 하강에 의해 MISO 출력으로부터 데이터를 수신합니다. 1. 모든 직렬 데이터 전송은 SS 핀의 하강 신호로 시작됩니다. 2. 이 핀은 직렬 통신 기간 동안 로우 상태를 유지하고 명령 사이에 하이 상태가 됩니다. 3. 입력 데이터는 클럭 펄스의 상승 에지에서 캡처되고 출력 데이터는 폴오프에서 캡처됩니다. 4. ISD4004-16M 장치에 해당 연산 코드와 주소가 공급되면 SS 핀에서 낮은 수준으로 재생 및 녹음이 수행됩니다. 5. 오퍼레이션 코드와 주소 필드는 16개의 서비스 비트와 XNUMX개의 주소 비트로 표현됩니다. 6. EOM(End of Message) 또는 오버플로 신호로 끝나는 각 작업은 Call Message Loop 명령을 포함하여 인터럽트를 생성합니다. 다음에 새 SPI 주기가 입력되면 인터럽트가 지워집니다. 7. MISO에 어드밴스 비트를 저장하지 않고 인터럽트 데이터를 이동시키므로 제어 데이터와 MOSI 핀의 주소가 동시에 이동된다. 이동된 데이터는 현재 시스템 운영과 호환될 수 있으므로 주의하시기 바랍니다. 동일한 SPI 사이클 내에서 인터럽트 데이터를 읽고 새로운 작업을 시작할 수 있습니다. 8. 운전은 Run 비트(RUN)가 설정된 상태에서 시작하여 리셋된 상태에서 끝납니다. 9. 모든 동작은 SS 핀의 상승 에지에서 시작됩니다. 관심 있는 사람의 실제 위치를 알 수 없는 경우 사용자가 메시지를 통해 "점프"할 수 있는 메시지 호출 명령은 재생 중에 사용됩니다. 이 모드에서는 통과 속도가 일반 재생보다 1600배 빠릅니다. 마커가 "메시지 끝"을 나타내면 중지됩니다. 그러면 내부 주소 카운터가 다음 메시지를 가리킵니다. 메시지 호출(MC) 명령을 사용하는 경우 다음 절차를 따라야 합니다. 그렇지 않으면 호출이 정확하지 않을 수 있습니다. 메시지를 올바르게 호출하는 절차는 다음과 같습니다. "메시지 호출" 명령(각각 MC 또는 SETMC)을 실행하거나 설정하기 전에 하나의 "유휴"(더미) 정지 명령을 장치로 전송해야 합니다. 이러한 명령은 일련의 서비스 비트로 구성됩니다. "통과" = 0, "재생/녹음" = 0, PU("전원 켜기") = 1, IAB("스킵 주소") = 1, MC("메시지 호출") ") = 0. 즉, 디바이스에서 30진수 1을 명령어로 사용합니다. "더미" 정지 명령이 입력된 후 하나 이상의 MC 명령 또는 SETMC 명령이 실행될 수 있습니다. 다음 재생 작업이 끝나기 전에 "유휴" 중지 명령을 반복할 필요가 없습니다. 작동 코드는 표에 나와 있습니다. XNUMX.
파워업 시퀀스. ISD4004-16M은 TPUD 시간(4kHz 샘플 속도의 일반적인 값은 약 50ms) 후에 작동 준비가 됩니다. 작동 명령을 내리기 전에 이 시간을 기다려야 합니다. 예를 들어 주소 00에서 재생하려면 다음 프로그램 루프가 사용됩니다. 1. 전원을 켜기 위해 POWERUP 명령이 전송됩니다. 2. TPUD(전원 켜기 지연)를 위해 일시 중지합니다. 3. 주소가 00인 SETPLAY 명령이 발행됩니다. 4. PLAY 명령이 전송됩니다. 결과적으로 장치는 주소 00부터 재생을 시작하고 "End of Message"가 발생하면 인터럽트를 발생시킵니다. 그 후 재생이 중지됩니다. 쓰기 모드를 구현하는 루프: 1. POWERUP 명령이 전송됩니다. 2. TPUD(전원 켜기 지연)를 위해 일시 중지합니다. 3. POWERUP 명령이 발행됩니다. 4. SETREC 명령은 주소 00으로 전송됩니다. 5. REC 명령이 전송됩니다. 장치는 주소 00에서 메시지 쓰기를 시작하고 오버플로가 발생하면(메모리 배열의 끝) 인터럽트를 생성한 후 기록이 중지됩니다. 관련된 제어 비트의 설명 및 표시와 함께 SPI 포트의 단순화된 블록 다이어그램이 그림 4에 나와 있습니다. XNUMX, 가와 나.
SPI 제어 레지스터는 재생, 녹음, 메시지 호출, 전원 켜기 및 끄기, 시작 및 중지 작업, 주소 건너뛰기와 같은 장치 기능의 제어를 제공합니다. 테이블에서. 2는 SPI 제어 레지스터의 비트 값과 해당 기능을 보여줍니다.
제어 명령(4004비트)과 주소(16비트)가 8비트 형식으로 제공될 때 ISD16-24M 칩의 작동 타이밍 다이어그램이 그림 5에 나와 있습니다. XNUMX.
그림의 다이어그램. 도 6은 기록/재생 및 정지 주기를 도시한다.
모든 타이밍은 이미 언급한 AC 매개변수 표에서 찾을 수 있습니다. 무화과. 도 7은 ISD4004-16M 칩을 공통 PIC16C62A 마이크로컨트롤러 및 LM3M 4860H 통합 전력 증폭기에 연결하기 위한 가능한 옵션의 다이어그램을 보여준다.
ISD4004-16M을 사용하여 장치를 개발할 때 안정적이고 문제 없는 작동을 위해 2,85를 넘지 않는 안정화된 전압으로 전원을 공급해야 한다는 점을 기억해야 합니다. USSA 아날로그 접지 핀은 임피던스가 가장 낮은 선으로 공통 전원 공급 장치에 연결해야 하며 USSD 디지털 접지 핀은 별도의 저임피던스 버스에 연결해야 합니다. 아날로그 및 디지털 입력을 전원 공급 장치의 공통 와이어에 연결하는 버스바는 최소 전압 강하를 보장할 수 있을 만큼 충분히 커야 합니다. 이 경우 타이어의 임피던스 차이는 3옴을 넘지 않아야 합니다. 저자: A.Shitikov
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