CN107391077A - 一种可编程音频模数转换芯片及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种可编程音频模数转换芯片及其实现方法，其中，音频模数转换芯片包括数字信号处理单元和与数字信号处理单元相连的可配置接口，芯片通过可配置接口在其进入工作状态之前，将符合应用场景需要的音频模数转换芯片的运算程序配置到数字信号处理单元内，实现音频处理过程的可编程操作，解决现有音频数模转换器在音频处理上的数字信号处理程序不能比较好地契合应用场景需要的局限性。

Description

一种可编程音频模数转换芯片及其实现方法
技术领域
本发明涉及一种音频模数转换器(ADC)，尤其是涉及一种音频处理过程可编程操作的音频模数转换芯片及其实现方法。
背景技术
随着集成电路技术的高速发展，现在可以使用强大、灵活可靠、复杂的数字信号处理技术来对模拟信号的数字形式进行处理，来满足用户多种多样的需求。音频模数转换器(ADC)作为将模拟域音频信号转换成数字域音频信号的一种功能部件，在这种趋势下自然也得到了迅速发展，被广泛应用到各种多媒体系统中作为音频处理的前端部件。
delta-sigma数模转换器实现方法具有资源开销小，信噪比高等特点，广泛应用于低速的音频ADC实现领域。对于采用delta-sigma方法实现的音频ADC芯片，为了消除和抑制高频采样和量化引入的谐波和噪声，通常这种类型的音频ADC芯片内部都包含相应的滤波器，并且这些滤波器的实现一般都是针对特定频率范围的采样频率才具有较好的滤波效果。
这种面向特定频率范围的音频ADC对于一般音频处理需求是满足的，但是具有下面缺点：1、当音频的采样频率为比较低的频率时，由于不是针对这种频率实现的滤波器，最后的滤波效果不理想；2、当音频应用环境中包含一些若干波段的噪声时，滤波效果不理想。
针对上面的缺点，现有一些音频ADC产品也有做一些改进和弥补工作：通过将其中的滤波器的一些系数引入到芯片的配置寄存器中，然后在应用中根据需要设定相应的滤波器系数，从而达到改善滤波器效果的目的。但是，这种引入滤波器系数可配置的方法也存在局限性，比如内部滤波器的个数、类型、阶数、频段都是实现的时候就确定好的，不能通过重新配置寄存器的方式得以改变；在一些应用中，这种确定性又限制了音频ADC最终的处理效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可编程音频模数转换芯片及其实现方法，其根据芯片的音频实际应用场景，通过给芯片加载适合该应用场景的芯片运算处理程序，从而使得所实现的芯片能够更好契合当前的应用场景。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种可编程音频模数转换芯片，包括位于音频模数转换芯片内的数字信号处理单元和可配置接口，所述可配置接口与数字信号处理单元相连，且所述可配置接口还与芯片外的主控处理器相连，所述主控处理器在芯片进入工作状态之前通过所述可配置接口，将音频模数转换芯片适用场景的运算程序代码配置到所述数字信号处理单元内。
优选地，所述数字信号处理单元包括DSP运算程序存储单元和DSP运算控制逻辑单元，所述DSP运算程序存储单元选择相应的通路与所述可配置接口或DSP运算控制逻辑单元相连。
优选地，所述DSP运算程序存储单元在芯片处于复位状态中时选择与可配置接口相连，接收外部所述主控处理器对其适用场景的运算程序配置；所述DSP运算程序存储单元在芯片处于正常工作状态中时选择与DSP运算控制逻辑单元相连，所述DSP运算控制逻辑单元根据DSP运算程序存储单元接收的所述运算程序配置进行数据运算。
优选地，所述数字信号处理单元还包括一与DSP运算程序存储单元相连的多路选择器，所述多路选择器通过所述多路选择器选择相应的通路与所述可配置接口或DSP运算控制逻辑单元相连。
优选地，所述主控处理器还配置用于通过可配置接口直接对数字信号处理单元中的DSP运算程序存储单元进行读写操作。
优选地，还包括参考电压电流产生器、多位Δ-∑调节器、时钟复位单元、芯片状态机和音频串行接口。本发明还提供了另外一种技术方案：一种可编程音频模数转换芯片的实现方法，包括：在芯片进入工作状态之前，芯片外部的主控处理器通过可配置接口，将符合应用场景需要的音频模数转换芯片的运算程序配置到所述数字信号处理单元内。
优选地，所述主控处理器在芯片处于复位状态中时将符合应用场景需要的音频模数转换芯片的运算程序配置到所述数字信号处理单元内。
优选地，配置操作完成后，所述主控处理器对音频模数转换芯片进行接复位操作，芯片跳转到初始化状态，在初始化状态下芯片完成模拟和数字的初始化动作。
优选地，芯片初始化工作完成之后，芯片跳转到正常工作状态。
本发明在芯片进入工作状态之前，通过可配置接口给内部DSP处理部件加载符合应用场景需要的运算处理程序的方式，达到音频处理过程的可编程操作，解决现有音频数模转换器在音频处理上的数字信号处理程序不能比较好地契合应用场景需要的局限性。
附图说明
图1是本发明模数转换(ADC)芯片及应用场景的结构框图；
图2是本发明芯片状态机的状态示意图；
图3是本发明数字信号处理单元的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明所揭示的一种可编程音频模数转换芯片及其实现方法，通过芯片内的可配置接口，将适合芯片应用场景的内部滤波器运算处理控制程序配置到芯片中，达到音频处理过程的可编程操作，从而满足应用的具体需求。
如图1所示，本发明所揭示的一种可编程音频模数转换芯片包括：参考电压电流产生器、多位Δ-∑调节器、时钟复位单元、芯片状态机、数字信号处理单元、可配置接口、音频串行接口。
其中，结合图2所示，芯片状态机中包含多种工作状态(chip_state)：复位状态(即工作电压建立状态)、正常工作状态，另外芯片在复位状态之后，进入正常工作状态之前，还包括多个完成芯片初始化的初始化状态。具体地，芯片上电启动后，芯片处于复位状态，之后芯片工作电压逐步由初始化状态跳转到正常工作电压。
可配置接口与芯片外的主控处理器(主控CPU)相连，其配置用于接收外部主控CPU发送过来ADC芯片工作所需要的配置信息，配置信息包括芯片状态控制，时钟控制，复位控制和数字信号处理单元所需要运算控制程序代码等。
数字信号处理单元和可配置接口相连，音频ADC芯片的数字信号处理单元，其实际为一个定制的音频数字信号处理器(DSP)，其主要用于完成音频采样信号的抽样滤波、增益控制、音量调整等信号处理，且其主要执行加减法运算、移位运算、乘法运算、数据搬移操作等。
具体地，如图3所示，本实施例中，数字信号处理单元包括DSP运算逻辑单元、DSP运算程序存储单元、DSP运算控制逻辑单元和多路选择器(MUX)，其中，DSP运算程序存储单元中装载有不同的程序，用于DSP芯片执行不同的运算处理。DSP运算程序存储单元与多路选择器相连，通过多路选择器选择通过分支通路①与可配置接口相连，或选择通过分支通路②与DSP运算控制逻辑单元相连。
结合图2和图3所示，在芯片复位状态中，DSP运算程序存储单元通过MUX选择分支通路①与可配置接口相连，此时DSP运算程序存储单元经由可配置接口，接受外部主控CPU的读写操作，本发明的音频ADC芯片正是通过此种方式，将音频ADC适配应用场景的运算程序编程到DSP运算程序存储单元中。作为一种实施例，外部CPU与芯片的可配置接口可选择I2C协议接口进行相连，可配置接口将外部CPU的I2C读写操作命令转换为DSP运算程序存储器的读写操作命令，从而完成外部CPU对DSP运算程序存储器的读写编程操作。
外部主控CPU完成芯片参数配置和DSP运算处理程序的配置之后，主控CPU对音频ADC进行解复位操作，芯片工作状态跳转到模拟数字初始化状态，在此状态下芯片完成模拟和数字一些初始化动作；芯片初始化完成之后，芯片工作状态则跳转到正常运行工作状态。
在正常工作状态中，DSP运算程序存储单元通过MUX选择分支通路②与DSP运算控制逻辑单元相连，DSP计算控制逻辑单元依据DSP运算程序存储单元存储的运算程序指令，对输入给数字信号处理单元的数据进行一系列的运算，并将运算结果送给音频串行接口单元，最后送出芯片。
另外，外部主控CPU还可通过芯片的可配置接口直接对DSP运算程序存储单元进行读写操作，以便在芯片正常工作之前，对DSP处理单元进行编程操作。
另外，上述参考电压电流产生器、多位Δ-∑调节器、时钟复位单元和音频串行接口可采用现有结构应用于本发明，这里便不再赘述。
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种可编程音频模数转换芯片，其特征在于，包括位于音频模数转换芯片内的数字信号处理单元和可配置接口，所述可配置接口与数字信号处理单元相连，且所述可配置接口还与芯片外的主控处理器相连，所述主控处理器在芯片进入工作状态之前通过所述可配置接口，将音频模数转换芯片适用场景的运算程序代码配置到所述数字信号处理单元内。
2.根据权利要求1所述的可编程音频模数转换芯片，其特征在于，所述数字信号处理单元包括DSP运算程序存储单元和DSP运算控制逻辑单元，所述DSP运算程序存储单元选择相应的通路与所述可配置接口或DSP运算控制逻辑单元相连。
3.根据权利要求2所述的可编程音频模数转换芯片，其特征在于，所述DSP运算程序存储单元在芯片处于复位状态中时选择与可配置接口相连，接收外部所述主控处理器对其适用场景的运算程序配置；所述DSP运算程序存储单元在芯片处于正常工作状态中时选择与DSP运算控制逻辑单元相连，所述DSP运算控制逻辑单元根据DSP运算程序存储单元接收的所述运算程序配置进行数据运算。
4.根据权利要求2所述的可编程音频模数转换芯片，其特征在于，所述数字信号处理单元还包括一与DSP运算程序存储单元相连的多路选择器，所述多路选择器通过所述多路选择器选择相应的通路与所述可配置接口或DSP运算控制逻辑单元相连。
5.根据权利要求2所述的可编程音频模数转换芯片，其特征在于，所述主控处理器还配置用于通过可配置接口直接对数字信号处理单元中的DSP运算程序存储单元进行读写操作。
6.根据权利要求1所述的可编程音频模数转换芯片，其特征在于，还包括参考电压电流产生器、多位Δ-∑调节器、时钟复位单元、芯片状态机和音频串行接口。
7.一种音频模数转换芯片的实现方法，其特征在于，包括：在芯片进入工作状态之前，芯片外部的主控处理器通过可配置接口，将符合应用场景需要的音频模数转换芯片的运算程序配置到所述数字信号处理单元内。
8.根据权利要求7所述的实现方法，其特征在于，所述主控处理器在芯片处于复位状态中时将符合应用场景需要的音频模数转换芯片的运算程序配置到所述数字信号处理单元内。
9.根据权利要求8所述的实现方法，其特征在于，配置操作完成后，所述主控处理器对音频模数转换芯片进行接复位操作，芯片跳转到初始化状态，在初始化状态下芯片完成模拟和数字的初始化动作。
10.根据权利要求9所述的实现方法，其特征在于，芯片初始化工作完成之后，芯片跳转到正常工作状态。
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