新型數(shù)字化語音接收器CS8411

摘要：CS8411是美國CRYSTAL公司推出的新一代數(shù)字化語音接收器，它可直接縟上來自RS422的總線數(shù)據(jù)并對符合AEL/EBU、IEC958、S/PDIF、EIAJCP-340接口標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化語音進(jìn)行譯碼。文中介紹了CS8411的特點(diǎn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及典型的應(yīng)用接口電路。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化語音 接收器 接口 RS422 CS8411

1 概述

CS8411是單片數(shù)字化語音接收器。利用它可直接接收來自RS422總線的數(shù)據(jù)并對符合AEL/EBU、IEC958、S/PDIF、EIAJCP-340接口標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化語音進(jìn)行譯碼。通過芯片內(nèi)部鎖存環(huán)（PLL），CS8411可從接收的數(shù)據(jù)流中直接恢復(fù)時鐘和同步信號并產(chǎn)生低波動的MCK（256×Fs）、SCK（64×Fs）、FSYNC（Fs或2×Fs）時鐘信號。CS8411芯片內(nèi)帶有可編程的緩沖器內(nèi)存，通過對內(nèi)部控制寄存器的寫入操作可對芯片功能進(jìn)行編程；利用外接微處理器對緩沖器進(jìn)行讀操作還可獲得數(shù)據(jù)傳輸錯誤類型碼、用戶數(shù)據(jù)、通道狀態(tài)數(shù)據(jù)、輔助數(shù)據(jù)等信息。筆者在網(wǎng)絡(luò)語音考試系統(tǒng)使用了該芯片，從而有效地解決了顯示屏信息和語音的同步問題。

2 CS8411的引腳功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.1 引腳功能

CS8411采用28腳DIP封裝，表1所列為其引腳功能說明。

表1 CS8411的引腳功能

2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理

CS8411的內(nèi)部組成如圖1所示。其中RS422接收器是一個具有50mV遲滯特性的旋密特觸發(fā)器，這一50mV遲滯特性能有效地抑制一些干擾。

數(shù)據(jù)及時恢復(fù)電路實(shí)際上是一個鎖相環(huán)路，其二階環(huán)路濾波電容和電阻由FILT引腳接入，主要用于實(shí)現(xiàn)如下基本功能：

（1）抑制傳輸線上的高頻干擾；

（2）恢復(fù)語音數(shù)據(jù)；

（3）產(chǎn)生低抖動的MCS（256×Fs）信號。

多路分配器用于把聲音樣本中的各種數(shù)據(jù)、聲音傳輸速率代碼、數(shù)據(jù)傳輸錯誤代碼等分配到相應(yīng)的后續(xù)電路中。

控制寄存器主要是指CR1（2）（注：2為CR1的地址，下同）和CR2（3），使用時，可通過外接微處理器對CR1和CR2的寫入操作來對CS8411的工作方式進(jìn)行編程設(shè)定（如緩沖器工作模式和設(shè)定，F(xiàn)YNC、SCK的輸入和輸出方式的設(shè)定，A4/FCK引腳功能的選擇以及SCK觸發(fā)沿的設(shè)置等）。

狀態(tài)寄存器和中斷允許寄存器是指CS8411內(nèi)部的兩個狀態(tài)寄存器SR1（0）和SR2（1）以及兩個中斷允許寄存器IER1（0）和IER2（1）。應(yīng)當(dāng)指出：狀態(tài)寄存器和中斷允許寄存器占據(jù)著相同的地址空間，訪問哪組寄存器可通過設(shè)置控制寄存器CR1的IER/SR位來加以確認(rèn)。狀態(tài)寄存器SR1和SR2的內(nèi)容用于反映當(dāng)前CS8411的工作狀態(tài)，這些工作狀態(tài)包括緩沖器是否寫入、接收的數(shù)據(jù)是否有錯、錯誤代碼和通道狀態(tài)是否有變化、語音樣本數(shù)據(jù)是否接收完畢以及當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸速率代碼等信息。除數(shù)據(jù)傳輸速率代碼以外，其它各位均有可能引起中斷脈沖的產(chǎn)生。將中斷允許寄存器IER1和IER2中的相應(yīng)位置1或清0，可開放或屏蔽狀態(tài)寄存器SR1和SR2中對應(yīng)位的中斷。還可以通過外接微處理器響應(yīng)中斷和讀入SR1、SR2數(shù)據(jù)來判斷中斷源來自何方。對SR1和SR2的讀操作將使其內(nèi)容清0。

緩沖內(nèi)存分為4字節(jié)的用戶緩沖內(nèi)存user(4-7)、通道緩沖內(nèi)存CS及輔助緩沖內(nèi)存aux。這些緩沖內(nèi)存的寫入操作由CS8411自動完成，而外接微處理器的響應(yīng)中斷后只對這些緩沖內(nèi)存進(jìn)行讀操作。

發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)時須將數(shù)字化語音、用戶數(shù)據(jù)、通道狀態(tài)數(shù)據(jù)、輔助數(shù)據(jù)及效驗(yàn)碼等按AES/EBU、IEC958等接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼打包。打包發(fā)送的數(shù)據(jù)將被分為若干個數(shù)據(jù)塊，每人分為24個通道狀態(tài)字，每個通道狀態(tài)字分為8個結(jié)構(gòu)（frame），每個結(jié)構(gòu)又分為左右聲道2個子結(jié)構(gòu)（sub-frame）。這些子結(jié)構(gòu)（sub-frame）也稱為語音樣本。一個數(shù)據(jù)塊中共有384個語音樣本，語音樣本的數(shù)據(jù)格式如圖2所示。一個語音樣本包括4位同步碼、4位輔助數(shù)據(jù)、20位語音數(shù)據(jù)、1位數(shù)據(jù)有效性標(biāo)志位V、1位用戶數(shù)據(jù)位U、1位通道狀態(tài)數(shù)據(jù)C和1位奇偶校驗(yàn)位P。接收的語音樣本數(shù)據(jù)可以經(jīng)多路分配器送到不同的后續(xù)電路中。其中20位語音數(shù)據(jù)由低位到高位被串行送到語音串行接口的SDATA引腳；而奇偶校驗(yàn)位P和數(shù)據(jù)有效性標(biāo)志位V則被分別送到狀態(tài)寄存器SR1的P、V位上；用戶數(shù)據(jù)位U在經(jīng)串行移位寄存器移位后，當(dāng)每8個語音樣本數(shù)據(jù)過后，再將8個串行移入移位寄存器的數(shù)據(jù)并行輸出到用戶緩沖內(nèi)存中，同時設(shè)置狀態(tài)寄存器SR1的FLAG0標(biāo)志位；而通道狀態(tài)數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)則依據(jù)用戶數(shù)據(jù)位以同樣的方法分別被送往通道數(shù)據(jù)緩沖內(nèi)存和輔助數(shù)據(jù)緩沖內(nèi)存中，并同時設(shè)置狀態(tài)寄存器SR1的FLAG2和FLAG1標(biāo)志位。如果中斷允許，狀態(tài)寄存器SR1中的標(biāo)志位將引起中斷，這樣外接微處理器便可讀取有信息。用戶數(shù)據(jù)可用作語音接收端設(shè)備的控制命令，而通道狀態(tài)數(shù)據(jù)則可用作立體聲的效率控制指令。

3 應(yīng)用電路

圖3為CS8411的典型接口電路，RS422總線接口有平衡式和非平衡式兩種類型。限于篇幅，本文就平衡式接口電路應(yīng)注意的問題簡要地加以說明。圖4為有變壓器的平衡式接口電路，圖5為無變壓器的平衡式接口電路。因?yàn)镃S8411接收器的輸入阻抗很大，所以應(yīng)在RXP和RXN端接入一個110Ω的電阻，以便和線路的阻抗進(jìn)行匹配。如果不用變壓器隔離，則應(yīng)分別在RXP和RXN端串接一個0.01μF的電容。應(yīng)當(dāng)注意：在使用電容耦合時，高頻干擾會被耦合到CS8411的輸入端，從而影響檢測效果。所以在高頻干擾嚴(yán)重的地方， 建議采用變壓器耦合方式。需要說明的是：如果采用EBV數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式，則必須采用變壓器耦合方式。0.1～0.4μF的隔直電容應(yīng)采用陶瓷電容，并要求線路中有一定的直流電壓偏壓，否則傳輸?shù)男盘枙凰p。如果沒直偏壓，則不必接入隔直電容。RS422總線應(yīng)該是有屏蔽層的雙絞線，屏蔽層應(yīng)接在發(fā)送端的地上。