基带信号处理芯片
技术领域
本发明涉及一种基带信号处理芯片。
背景技术
对讲机是不需要任何基站的点对点或点对群的一种通讯装置,其所采用的频谱也是免费的,因此对讲机的用户能够享受免费的随时随地与组群里的任何人通讯的便利,进而导致对讲机的应用极为广泛。然而,目前使用的对讲机都是基于分立元件和小规模集成电路,因此形成的对讲机中常具有300-400个元件,导致对讲机体积大,同时元件和生产成本高,不利于对讲机的进一步普及,因此,如何解决现有对讲机存在的诸多问题,实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基带信号处理芯片,以在单一芯片上集成模拟与数字基带信号处理和控制功能。
为了达到上述目的,本发明提供的基带信号处理芯片,包括多个信号输入输出端、模拟信号处理模块、基带信号产生模块、基带信号处理模块、控制模块、及时钟模块。
所述模拟信号处理模块具有在信号输入端输入的待发射的信号和待处理的基带信号之间进行选择的选择器、用于对所述选择器所选择的信号进行滤波的抗混叠滤波器、及用于将所述抗混叠滤波器输出的信号进行模数转换的模数转换器;所述基带信号产生模块具有用于将所述模数转换器输出的待发射信号进行低通滤波的第一低通滤波器、对所述第一低通滤波器输出的信号能量进行检测的能量检测器、用于对所述第一低通滤波器输出的信号进行压缩的压缩器、用于滤除所述压缩器输出的信号中的噪声的第一高通滤波器、对所述高通滤波器输出的信号进行加密的加密单元、对所述加密单元输出的信号进行预加重的预加重滤波器、用于对所述预加重滤波器输出的信号进行增益粗调的发射增益粗调单元、用于限制所述发射增益粗调单元输出的信号的幅度的限幅器、用于滤除所述限幅器产生的高频信号的第二低通滤波器、用于对所述第二低通滤波器输出的信号进行增益细调的发射增益细调单元、用于将所述发射增益细调单元输出的信号及静音控制信号相叠加的叠加器、用于将所述叠加器输出的信号进行数模转换以供信号输出端输出的第一数模转换器、及分别用于在所述压缩器之前和预加重滤波器之后插入信号的两信号插入单元;所述基带信号处理模块具有用于将所述模数转换器输出的待处理的基带信号进行低通滤波的第三低通滤波器、用于将所述第三低通滤波器输出的信号进行高通滤波的第二高通滤波器、用于将所述第二高通滤波器输出的信号进行去加重的去加重滤波器、用于将所述去加重滤波器输出的信号进行解密的解密单元、用于将所述解密单元输出的信号进行扩展的扩展器、用于将所述扩展器输出的信号进行增益控制的增益控制单元、用于将所述增益控制单元输出的信号进行数模转换以供信号输出端输出的第二数模转换单元、用于将所述第三低通滤波器输出的信号进行亚音频低通滤波的第四低通滤波器、用于将所述第四低通滤波器进行带通滤波的带通滤波器、及用于替换所述扩展器输出的信号以供所述增益控制单元处理的信号替换单元;所述控制模块具有用于产生双音多频信号以供相应信号插入单元插入及供所述信号替换单元替换的插入替换信号产生单元、用于产生静音控制信号的静音信号产生单元、用于对所述第三低通滤波器输出的信号进行解调的第一解调单元、用于对所述第四低通滤波器输出的信号进行解调的第二解调单元、用于对所述带通滤波器输出的信号进行解调的第三解调单元、存储单元,所述控制模块还用于通过读取所述存储单元的数据来对所述选择器的选择、抗混叠滤波器的增益、第一低通滤波器的频率转折点、两信号插入单元和信号替换单元的插入替换点、压缩器和扩展器的压扩时间参数、参考信号和控制位、加密单元和解密单元的加密解密与否、预加重滤波器和去加重滤波器的滤波形状、发射增益粗调单元的粗调范围、发射增益细调单元细调范围、第二低通滤波器的频率转折点、第一数模转换单元的满幅、第四低通滤波器的频率转折点、带通滤波器的系数、增益控制单元的增益、第二数模转换单元进行控制;所述时钟模块用于提供所述控制模块所需的时钟信号,其包括用于与外部石英晶体振荡器相连接以提供第一时钟信号的振荡器电路及用于将所述第一时钟信号作为参考信号以产生第二时钟信号的数字锁相环。
较佳地,所述控制模块还配置有大容量的OTP或mask ROM、大容量的RAM、通用输入输出端口、复用的模数转换单元、复用的数模转换单元、LCD驱动阵列、通用异步收发器接口、看门狗电路、和多个可编程定时器。
较佳地,所述基带信号处理芯片为对讲机用的基带信号处理芯片;所述插入替换信号产生单元产生的插入替换信号为频移键控数据和双音多频信号;所述静音信号产生单元产生的静音信号为亚音频信号;所述第一解调单元解调出的信号为频移键控数据;所述第二解调单元解调出的信号为DCS亚音频信号;所述第三解调单元解调出的信号为CTCSS亚音频信号。
较佳地,所述基带信号处理芯片还可包括用于产生偏压以向外部提供相应电压的偏压产生器。
综上所述,本发明的基带信号处理芯片通过将基带产生模块和基带处理模块集成在同一芯片,并通过控制模块控制所述基带产生模块和基带处理模块,可实现在单一芯片上集成模拟与数字基带信号处理和控制功能。
附图说明
图1为本发明的基带信号处理芯片的基本架构示意图。
图2为本发明的基带信号处理芯片的发射信号流示意图。
图3为本发明的基带信号处理芯片的接收信号流示意图。
图4为本发明的基带信号处理芯片的控制模块中的存储单元地址分配示意图。
图5为本发明的基带信号处理芯片的时钟模块的时钟输入输出示意图。
具体实施方式
请参阅图1,本发明的基带信号处理芯片主要包括模拟信号处理模块(即Analog SingalProcessing Block)、基带信号产生模块、基带信号处理模块、控制模块(即MCU)、时钟模块、及偏压产生器(即Bias Generator),此外,所述基带信号处理芯片还配置有多个信号输入输出端,例如若所述基带信号处理芯片作为对讲机用的基带信号处理芯片时,所述信号输入端包括音频信号输入端(即MICIN端)和基带信号输入端(即DEMOD端),所述信号输出端容后陈述。
所述模拟信号处理模块具有在MICIN端输入的待发射的信号和DEMOD端输入的待处理的基带信号之间进行选择的选择器(即MUX)、用于对所述选择器所选择的信号进行滤波的抗混叠滤波器(即AAF)、及用于将所述抗混叠滤波器输出的信号进行模数转换的模数转换器(ADC_BB)。
请参见图2,其为发射信号流(即TX Signal Path)示意图,当所述选择器由所述控制模块控制选择所述MICIN端输入的待发射的信号(即语音信号)后,所述语音信号依次经过模拟电路的AAF和ADC_BB处理,其中,所述AAF可过滤掉语音中的高频部分,以防止采样过程中高频信号混叠回有效信号基频段,造成信号混淆,其增益可由所述控制模块通过设置AAF_G来调节(容后详细陈述),所述ADC_BB语音信号从模拟域转换到数字域,通常可采用Sigma-DeltaADC,所述Sigma-DeltaADC对于工艺的要求比较低,以时间来换取精度,对于低信号带宽的对讲机系统就非常适合,同时其也能使前级的AAF非常容易实现,在功耗、面积及性能中取得比较好的折中。
再请参见图3,其为接收信号流(即RX Signal Path)示意图,当所述选择器由所述控制模块控制选择DEMOD端输入的待处理的基带信号后,所述基带信号同样依次经过模拟电路的AAF和ADC_BB处理以滤除基带信号中的高频部分,同时将基带信号转换至数字域以供后续处理。
由上可见,所述AAF和ADC_BB在发射和接收路径中是复用的。
所述基带信号产生模块具有用于将所述模数转换器输出的待发射信号进行低通滤波的第一低通滤波器(LPF_TX)、对所述第一低通滤波器输出的信号能量进行检测的能量检测器(VOX)、用于对所述第一低通滤波器输出的信号进行压缩的压缩器(Compressor)、用于滤除所述压缩器输出的信号中的噪声的第一高通滤波器(HPF_TX)、对所述高通滤波器输出的信号进行加密的加密单元(Encryption)、对所述加密单元输出的信号进行预加重的预加重滤波器(Pre-emphasis)、用于对所述预加重滤波器输出的信号进行增益粗调的发射增益粗调单元(TX_GAIN)、用于限制所述发射增益控制单元输出的信号的幅度的限幅器(Limiter)、用于滤除所述限幅器产生的高频信号的第二低通滤波器(LPF)、用于对所述第二低通滤波器输出的信号进行增益细调的发射增益细调单元(MOD_GAIN)、用于将所述发射增益细调单元输出的信号及静音控制信号相叠加的叠加器(ADDER)、用于将所述叠加器输出的信号进行数模转换以供信号输出端(MOD)输出的第一数模转换器(DAC_TX)、及分别用于在所述压缩器之前和预加重滤波器之后插入信号的两信号插入单元(MUX1和MUX3)其中,所述插入替换信号产生单元产生的插入替换信号为频移键控数据和双音多频信号。
如图2所示,由所述ADC_BB输出的语音信号输入所述LPF_TX(发射路径低通滤波器),所述LPF_TX过滤掉音频波段外信号成分,其低通频率转折点可设置为3kHz。经过低通滤波器后的信号分为两路:一路至能量检测器,另一路至压缩器,其中,所述VOX检测到发射通道的信号并记录下数据后,将记录的数据存入所述控制模块中;所述压缩器通过衰减大信号和增强小信号来减少动态信号范围,其由所述控制模块来控制其压扩时间参数、参考信号和控制位等。从所述压缩器输出的语音信号接着被输入至HPF_TX(发射路径高通滤波器),所述HPF_TX的频率转折点可设置为300Hz,以便能过滤掉300Hz以下的噪音及亚音频信号。接着为了安全保密,可将所述HPF_TX输出的语音信号进行加密,所述加密单元可通过简单倒频来实现信号的加密,此外,也可在无需加密时由所述控制模块关闭所述加密单元的加密功能。接着信号进入预加重滤波器进行预加重处理以提高信号的高频部分,所述预加重滤波器的滤波器形状可由所述控制模块进行控制。接着信号进入所述TX_GAIN进行粗调,在本实施例中,其可进行8阶粗调,每一阶粗调的增益可由所述控制模块来控制。接着信号进入所述Limiter,其可限制从所述TX_GAIN的发射信号幅度不能大于0db(775mVpp)。接着信号进入所述LPF以滤除所述Limiter产生的高次谐波,所述LPF的低通频率转折点可根据宽窄带调频不同而不同,宽带可设置为3kHz,窄带是2.55kHz。接着信号进入所述MOD_GAIN进行增益的细调,在本实施例中,其可进行256阶细调,每一阶的增益调节可由控制模块控制。接着信号进入叠加器以便与静音控制信号相叠加,所述静音控制信号由控制模块所产生(容后陈述)。接着叠加有静音控制信号的信号输入至所述DAC_TX,所述DAC_TX将数字信号转化成模拟信号,同时滤除数字电路产生的高频噪声,以满足系统应用要求,其满幅可由控制模块控制。经过DAC之后的信号可以输出至芯片外部作为TX模式下的输出信号。
所述基带信号处理模块具有用于将所述模数转换器输出的待处理的基带信号进行低通滤波的第三低通滤波器(LPF_RX)、用于将所述第三低通滤波器输出的信号进行高通滤波的第二高通滤波器(HPF_RX)、用于将所述高通滤波器输出的信号进行去加重的去加重滤波器(De_emphasis)、用于将所述去加重滤波器输出的信号进行解密的解密单元(Decryption)、用于将所述解密单元输出的信号进行扩展的扩展器(Expander)、用于将所述扩展器输出的信号进行增益控制的增益控制单元(VOL_CTRL)、用于将所述增益控制单元输出的信号进行数模转换以供信号输出端输出的第二数模转换单元、用于将所述第三低通滤波器输出的信号进行亚音频低通滤波的第四低通滤波器(LPF_PLT)、用于将所述第四低通滤波器进行带通滤波的带通滤波器(BPF_PLT)、及用于替换所述扩展器输出的信号以供所述增益控制单元处理的信号替换单元(MUX2)。
如图3所示,由所述ADC_BB输出的基带信号输入所述LPF_RX以过滤掉音频外的频率成分,其低通频率转折点可设定为3kHz。接着其输出的信号分为两路,一路经过LPF_PLT去进行解码,另一路通过HPF_RX及其后续处理进行声音恢复,其中,所述LPF_RX输出的信号也能被存储于所述控制模块的存储器中。一路输入至所述LPF_PLT的信号经过滤波后提取信号中的亚音频信号并去除音频信号,对于DCS(Digital Controlled Squelch)亚音频信号,所述LPF_PLT的低通频率转折点可设置为150Hz,对于CTCSS(Continuous Tone ControlSquelch)亚音频信号,所述LPF_PLT的低通频率转折点可设置为250Hz,其频率转折点可由所述控制模块所控制。接着信号进一步通过所述BPF_PLT以进行带通滤波,所述BPF_PLT的系数由所述控制模块控制。另一路输入至所述HPF_RX以过滤掉信号中亚音频部分。接着信号输入至所述去加重滤波器以衰减信号中的高频成分,其控制位也和所述预加重滤波器一样由所述控制模块所控制。接着信号进入解密单元以进行解密,是否需要解密也和所述加密单元一样由所述控制模块所控制。随后信号进入所述扩展器以衰减小信号和增强大信号,所述扩展器和所述压缩器相会对应,其压扩时间参数、参考信号和控制位也由控制模块控制。接着信号进入所述VOL_CTRL进行增益调节,所述VOL_CTRL的增益由控制模块所控制。接着信号进入第二数模转换单元,有两种方法可将数字信号转换成模拟信号,一种方式是采用D类音频功放将数字信号转换成模拟信号并直接推动扬声器;另一种方式是采用DAC_RX,以将数字信号转换成模拟信号,并通过外部音频功率放大来推动扬声器(也叫做LINEOUT输出),或者采用AB类全差分结构的推挽放大器形成的音频功放经过差分输出端口PAOUTP,PAOUTM直接推动扬声器。
所述控制模块(MCU)具有用于产生双音多频信号以供相应信号插入单元插入及供所述信号替换单元替换的插入替换信号产生单元(DTMF/FSK Generator)、用于产生静音控制信号的静音信号产生单元(CTCSS/DCS Generator)、用于对所述第三低通滤波器输出的信号进行解调的第一解调单元(FSK Receiver)、用于对所述第四滤波器输出的信号进行解调的第二解调单元(DCS Decoder)、用于对所述带通滤波器输出的信号进行解调的第三解调单元(CTCSSDecoder)、存储单元,所述控制模块还用于通过读取所述存储单元的数据来对所述选择器的选择、抗混叠滤波器的增益、第一低通滤波器的频率转折点、两信号插入单元和信号替换单元的插入替换点、压缩器和扩展器的压扩时间参数、参考信号和控制位、加密单元和解密单元的加密解密与否、预加重滤波器和去加重滤波器的滤波形状、发射增益粗调单元的粗调范围、发射增益细调单元细调范围、第二低通滤波器的频率转折点、第一数模转换单元的满幅、第四低通滤波器的频率转折点、带通滤波器的系数、增益控制单元的增益、第二数模转换单元进行控制,其中,在本实施例中,所述插入替换信号产生单元产生的插入替换信号为频移键控数据和双音多频信号,所述静音信号产生单元产生的静音信号为亚音频信号,所述第一解调单元解调出的信号为频移键控数据(FSK),所述第二解调单元解调出的信号为DCS亚音频信号,所述第三解调单元解调出的信号为CTCSS亚音频信号。
请参见图4,其为所述控制模块的存储单元的地址分配示意图,其中,所述存储单元的地址空间可以分为四个部分:00H~7FH用于专用寄存器(Special Register),080H~27FH用于一般用途的寄存器(General Purpose Register),0280H~7FFFH保留(Reserved),8000H~FFFFH用于ROM。更为详细地说,地址为25H的bit1的空间为TRS控制位,当TRS=0时,所述控制模块控制所述选择器选择DEMOD端的基带信号作为输入信号,当TRS=1时,所述控制模块控制所述选择器选择MICIN端的音频信号作为输入信号。地址为27H的bit2~bit0的空间为AAF_G增益控制位,用于控制所述AAF的增益。地址为26H的bit7为CH_SEL控制位,用于控制所述LPF_TX的频率转折点。地址为25H的bit2和2FH的bit3分别为DTMF_EN和FSK_EN控制位,在发射时,当FSK_EN=0且DTMF_EN=1时,所述DTMF Generator产生的信号被信号插入单元(MUX1)插入到压缩器之前;当FS_EN=1且DTMF_EN=1时,所述DTMF Generator产生的信号被信号插入单元(MUX1)插入到预加重滤波器之后;当DTMF_EN=0时,所述DTMF Generator产生的信号被禁用;在接收时,若DTMF_EN置高,则MCU产生的DTMF信号将替代接收路径中的音频信号。地址为26H的bit4为COMP_DIS控制位,用于控制所述压缩器和扩展器的控制位,地址为2AH的bit7~bit4为COMP_T控制位,用于控制所述压缩器和扩展器的压扩时间参数,地址为2BH的bit2~bit0为COMP_CTRL控制位,用于控制所述压缩器和扩展器的参考信号。地址为26H的bit3~bit0为SRM控制位,用于控制所述加密单元和解密单元的加密和解密与否。地址为28H的存储空间为SIG_D控制位,在发射时用于存储所述VOX记录的数据,在接收时,用于存储所述BPF_PLT带通滤波后的结果。地址为2BH的bit4为EMP_SHAPE控制位,用于控制所述预加重滤波器和去加重滤波器的滤波形状,地址为2BH的bit3为EMP_DIS控制位,用于控制所述预加重滤波器和去加重滤波器的关闭与否。地址为29H和3DH的存储空间分别为TN和TN_G控制位,用于控制所述CTCSS Generator。地址为3BH的bit3~bit1和34H分别为TX_G和FEG_TX控制位,用于控制所述TX_GAIN的增益。地址为3EH的存储空间为MOD_G控制位,用于控制所述MOD_Gain的增益。地址为2FH的bit7~bit6为DAC_FS控制位,用于控制所述DAC_TX和所述DAC_RX的满幅。地址为25H的bit0为DCS_CTC控制位,用于控制所述LPF_PLT的频率转折点。地址为5DH、5EH、及5FH的存储空间为COEF_CTC控制位,用于控制选择所述CTCSS的频率。地址为25H的bit7为PILOT_S控制位,用于存储所述LPF_PLT滤波后的信号的极性。地址为2CH的存储空间为DTMF_D控制位,用于控制所述DTMF Generator。地址为27H的bit7~bit5和3CH分别为VOL_CTRL和FNG_RX控制位,用于控制所述VOL_CTRL的增益。PA_MUX用于选择D-类数字功放或DAC,PDN_PA用于关掉或打开模拟信号处理器。
所述时钟模块用于提供所述控制模块所需的时钟信号,其包括用于与外部石英晶体振荡器相连接以提供第一时钟信号的振荡器电路及用于将所述第一时钟信号作为参考信号以产生第二时钟信号的数字锁相环,请参见图5,其为时钟输入输出结构示意图,所述时钟模块提供双时钟选择,其中,一个时钟来自石英晶体振荡器(XTAL,32.768kHz),另一个来自数字锁相环(PLL),锁相环的时钟频率也是可选的,所述MCU的系统时钟可通过软件编程,并由寄存器OSC_CRTL来控制,晶体振荡器电路(即SRT3210)可以结合外部的晶体,产生32.768KHz频率的方波信号,以供给内部数字电路作时钟信号。PLL则以32.768KHz的信号作为参考频率,产生8M时钟信号以供MCU作时钟信号。MCU可以根据工作模式的不同切换两种不同的信号作为自己的时钟信号。
此外,为扩展所述基带信号处理芯片的功能,还可使所述控制模块配置其它部件,例如,可配置大容量的OTP或mask ROM、大容量的RAM、通用输入输出端口、复用的模数转换单元、复用的数模转换单元、LCD驱动阵列、通用异步收发器接口、看门狗电路、和多个可编程定时器等。
再有,也可在所述基带信号处理芯片上增设一用于产生偏压以向外部提供相应电压的偏压产生器(Bias Generator)。
综上所述,本发明的基带信号处理芯片在单一芯片具有以下优点:
1.在所述芯片上集成所有对讲机模拟与数字基带信号处理和控制功能。
2.在模拟调频系统中应用数字信号处理技术来提提高语音质量。
3.利用高性能的数字滤波器实现音频和亚音频的分离。
4.利用数字方法精确地控制去加重滤波器与在发射路径中的预加重滤波器。
5.利用数字方法精确地控制频道选择滤波器以及限幅器后的低通滤波器。
6.集成加密器与解密器。
7.集成扩展器与压缩器相。
8.内置的MCU实现所有基带和系统控制功能。
9.通过控制在发射和接收路径中复用AAF和ADC_BB。
10.内部电路可以根据工作模式切换不同的时钟信号。
11.MCU及软件实现FSK(频移键控)数据和DTMF(双音多频)信号产生及解码。
MCU及软件实现CTCSS和DCS信号的产生及解码。