引言

　　隨著通信產(chǎn)品的不斷小型化，對(duì)系統(tǒng)的成本和空間限制也越來越多。揚(yáng)聲器的體積變得越來越小，麥克風(fēng)與揚(yáng)聲器之間的距離不斷縮短，使得回聲愈發(fā)難以消除。在商業(yè)區(qū)、汽車內(nèi)、地鐵等復(fù)雜的使用環(huán)境中，環(huán)境噪聲嚴(yán)重影響了通話質(zhì)量。如何在PDA、筆記本電腦、免提手機(jī)等小型系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)全雙工免提功能，并保證足夠大的音量，已經(jīng)成為難題。

　　FM1083是美國(guó)富迪科技（Fortemedia）公司推出的用于回聲消除、噪聲抑制、遠(yuǎn)端拾取聲音信號(hào)的低功率芯片，本文將介紹小型免提通信產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、FM1083主要功能和典型應(yīng)用。

　　設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　模具外殼、麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的免提性能。回聲的產(chǎn)生有聲學(xué)傳播和機(jī)械振動(dòng)兩種方式，從頻譜的連續(xù)性來看，回聲又分線性和非線性兩種。在模具設(shè)計(jì)階段，應(yīng)考慮要盡量減小麥克風(fēng)拾取的線性回聲，減小揚(yáng)聲器和外殼的非線性振動(dòng)。麥克風(fēng)應(yīng)該設(shè)計(jì)獨(dú)立的腔體，注意外殼的前后蓋的配合，否則回聲會(huì)增大。揚(yáng)聲器應(yīng)充分固定，在揚(yáng)聲器與外殼之間加減振墊圈。

　　FM1083支持一個(gè)單指向或全指向麥克風(fēng)和兩個(gè)陣列麥克風(fēng)，陣列麥克風(fēng)由全指向和單指向麥克風(fēng)組合而成。在使用一個(gè)麥克風(fēng)的應(yīng)用中，應(yīng)該使麥克風(fēng)拾取遠(yuǎn)端（FE）的聲音即回聲與近端（NE）講話的信號(hào)差值盡量小。設(shè)定麥克風(fēng)拾取的近端講話信號(hào)（signal of near end）SN為10mVpp時(shí)，麥克風(fēng)拾取的回聲信號(hào)（signal of echo）SE為40mVpp，回路增益為20dB，線路輸出的幅度為100mVpp，在沒有回聲消除的情況下回聲將達(dá)400mVpp，根本無法通信。為了消除回聲，至少要使回聲比有用信號(hào)小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，即要將回聲減小40dB以上（回聲將小于4mVpp），才能不影響有用信號(hào)。采用FM1083和兩個(gè)陣列麥克風(fēng)的系統(tǒng)最大可以消除65dB的回聲，使通信清晰流暢。對(duì)于兩個(gè)麥克風(fēng)的應(yīng)用，應(yīng)該使主麥克風(fēng)M1、參考麥克風(fēng)M2所拾取遠(yuǎn)端（FE）的聲音即回聲保持一定差值，M1、M2拾取回聲與近端（NE）講話的信號(hào)有一定的差值，M1、M2所拾取的近端（NE）講話的信號(hào)差值應(yīng)盡量小。M1和M2拾取的回聲的頻譜在帶內(nèi)不能重合。

　　FM1083的主要功能及特點(diǎn)

　　FM1083專為移動(dòng)手持設(shè)備設(shè)計(jì)，內(nèi)置的兩個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器分別為CODEC和DSP提供電源，1.8V工作時(shí)的功耗小于30mW，數(shù)字電路部分支持1.8～3.6V的寬電壓，內(nèi)置D類功放，差分輸出可直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。多媒體編解碼接口（CODEC Host Interface）直接與藍(lán)牙1.1和1.2接口連接。具有兩個(gè)麥克風(fēng)輸入，內(nèi)置可編程增益輸入輸出放大器（-6dB～+26dB），適應(yīng)不同靈敏度的麥克風(fēng)。遠(yuǎn)端拾取時(shí)，麥克風(fēng)與使用者的距離是0.6m，最大可以達(dá)到5m。模擬信號(hào)支持直通模式，以提高保真度。回聲消除范圍為45～60dB，支持動(dòng)態(tài)范圍壓縮和非線性回聲消除，適合于小型喇叭在大功率輸出時(shí)的過載。麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器之間最小距離可以達(dá)到40mm，噪聲抑制為13～18dB，可適用于嘈雜的環(huán)境。采樣速率為8kHz，支持4.096MHz和13MHz時(shí)鐘，具有缺省/EEPROM/UART微處理器控制三種工作方式。

　　FM1083接口

　　FM1083支持USB1.1從模式，可通過USB接口與計(jì)算機(jī)傳送音頻數(shù)據(jù)，做為語音通信的USB免提器件。

　　EEPROM接口支持256B～1KB的低電壓EEPROM，在沒有微控制器的情況下，可以存放FM1083的大部分可變參數(shù)。

　　音頻數(shù)據(jù)編解碼接口支持主模式和從模式，可以選擇內(nèi)部和外部時(shí)鐘源，當(dāng)選擇內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，幀頻為8kHz，數(shù)據(jù)編碼格式為16位線性PCM（Pulse Code Modulation，脈沖編碼調(diào)制）或13位零位填充PCM，或8位μ律或A律編碼。

　　URAT接口用于對(duì)EEPROM編程或微控制器直接控制FM1083，在4.096MHz時(shí)的接口波特率為300～230400b/s，13MHz時(shí)為9600～38400b/s。FM1083的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　信號(hào)流程

　　主麥克風(fēng)1和參考麥克風(fēng)2拾取的信號(hào)經(jīng)可編程增益放大器放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換和高通濾波后，送語音處理器處理（線性回聲消除，非線性回聲消除，VAD檢測(cè)，噪聲抑制處理，然后進(jìn)行麥克風(fēng)自動(dòng)增益控制，消側(cè)音和麥克風(fēng)音量設(shè)定），輸出的16位語音數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后將麥克風(fēng)信號(hào)從線路輸出端進(jìn)行單端輸出。

　　遠(yuǎn)端話音信號(hào)從線路輸入端單端輸入，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換和高通濾波后轉(zhuǎn)換成16位語音數(shù)據(jù)，送語音處理器處理（消側(cè)音，自動(dòng)增益控制，回聲參考信號(hào)提取，動(dòng)態(tài)范圍控制），輸出信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后推動(dòng)內(nèi)置的D類功放，用差分方式直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。

　　在USB應(yīng)用時(shí)，USB的輸入信號(hào)作為線路輸入的信號(hào)，經(jīng)語音處理器處理后直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。麥克風(fēng)輸入信號(hào)經(jīng)語音處理器處理后，通過USB送計(jì)算機(jī)，過程與模擬信號(hào)輸入/輸出相同。

　　藍(lán)牙應(yīng)用時(shí)，麥克風(fēng)的信號(hào)經(jīng)處理后通過音頻數(shù)據(jù)接口以13位或16位線性PCM的格式送給藍(lán)牙芯片，藍(lán)牙芯片將接受到的聲音數(shù)據(jù)以同樣的格式送給FM1083，最后經(jīng)過功放后輸出。

　　小型免提系統(tǒng)

　　做為小型一體化免提系統(tǒng)，其特點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單、功能通用、攜帶方便，整個(gè)系統(tǒng)只占80mm×55mm的空間。系統(tǒng)以FM1083和CSR MBT-4107藍(lán)牙模塊為核心，內(nèi)置600mA鋰電池和USB 200mA充電電路，典型應(yīng)用如圖2所示。