基于FM1083的免提通信产品系统设计(图)

Handfree System Design Base on FM1083
摘 要：介绍了基于FM1083的低功率免提通信产品系统设计要点，低功率免提芯片FM1083在全双工USB、蓝牙、手机、电话免提通信中的典型应用。
关键词：免提通信；声学回声消除；远端拾取；噪声抑制；语音活动检测
引言
随着通信产品的不断小型化，对系统的成本和空间限制也越来越多。扬声器的体积变得越来越小，麦克风与扬声器之间的距离不断缩短，使得回声愈发难以消除。在商业区、汽车内、地铁等复杂的使用环境中，环境噪声严重影响了通话质量。如何在PDA、笔记本电脑、免提手机等小型系统中实现全双工免提功能，并保证足够大的音量，已经成为难题。
FM1083是美国富迪科技(Fortemedia)公司推出的用于回声消除、噪声抑制、远端拾取声音信号的低功率芯片，本文将介绍小型免提通信产品的设计要点、FM1083主要功能和典型应用。
设计要点

模具外壳、麦克风和扬声器关系到整个系统的免提性能。回声的产生有声学传播和机械振动两种方式，从频谱的连续性来看，回声又分线性和非线性两种。在模具设计阶段，应考虑要尽量减小麦克风拾取的线性回声，减小扬声器和外壳的非线性振动。麦克风应该设计独立的腔体，注意外壳的前后盖的配合，否则回声会增大。扬声器应充分固定，在扬声器与外壳之间加减振垫圈。
FM1083支持一个单指向或全指向麦克风和两个阵列麦克风，阵列麦克风由全指向和单指向麦克风组合而成。在使用一个麦克风的应用中，应该使麦克风拾取远端(FE)的声音即回声与近端(NE)讲话的信号差值尽量小。设定麦克风拾取的近端讲话信号(signal of near end)SN为10mVpp时，麦克风拾取的回声信号(signal of echo)SE为40mVpp，回路增益为20dB，线路输出的幅度为100mVpp，在没有回声消除的情况下回声将达400mVpp，根本无法通信。为了消除回声，至少要使回声比有用信号小两个数量级，即要将回声减小40dB以上(回声将小于4mVpp)，才能不影响有用信号。采用FM1083和两个阵列麦克风的系统最大可以消除65dB的回声，使通信清晰流畅。对于两个麦克风的应用，应该使主麦克风M1、参考麦克风M2所拾取远端(FE)的声音即回声保持一定差值，M1、M2拾取回声与近端(NE)讲话的信号有一定的差值，M1、M2所拾取的近端(NE)讲话的信号差值应尽量小。M1和M2拾取的回声的频谱在带内不能重合。

FM1083的主要功能及特点
FM1083专为移动手持设备设计，内置的两个DC/DC转换器分别为CODEC和DSP提供电源，1.8V工作时的功耗小于30mW，数字电路部分支持1.8～3.6V的宽电压，内置D类功放，差分输出可直接驱动扬声器。多媒体编解码接口(CODEC Host Interface)直接与蓝牙1.1和1.2接口连接。具有两个麦克风输入，内置可编程增益输入输出放大器(-6dB～+26dB)，适应不同灵敏度的麦克风。远端拾取时，麦克风与使用者的距离是0.6m，最大可以达到5m。模拟信号支持直通模式，以提高保真度。回声消除范围为45～60dB，支持动态范围压缩和非线性回声消除，适合于小型喇叭在大功率输出时的过载。麦克风和扬声器之间最小距离可以达到40mm，噪声抑制为13～18dB，可适用于嘈杂的环境。采样速率为8kHz，支持4.096MHz和13MHz时钟，具有缺省/EEPROM/UART微处理器控制三种工作方式。
FM1083接口
FM1083支持USB1.1从模式，可通过USB接口与计算机传送音频数据，做为语音通信的USB免提器件。
EEPROM接口支持256B～1KB的低电压EEPROM，在没有微控制器的情况下，可以存放FM1083的大部分可变参数。
音频数据编解码接口支持主模式和从模式，可以选择内部和外部时钟源，当选择内部时钟时，帧频为8kHz，数据编码格式为16位线性PCM(Pulse Code Modulation，脉冲编码调制)或13位零位填充PCM，或8位μ律或A律编码。
URAT接口用于对EEPROM编程或微控制器直接控制FM1083，在4.096MHz时的接口波特率为300～230400b/s，13MHz时为9600～38400b/s。FM1083的系统结构如图1所示。

信号流程
主麦克风1和参考麦克风2拾取的信号经可编程增益放大器放大、模数转换和高通滤波后，送语音处理器处理(线性回声消除，非线性回声消除，VAD检测，噪声抑制处理，然后进行麦克风自动增益控制，消侧音和麦克风音量设定)，输出的16位语音数据经数模转换后将麦克风信号从线路输出端进行单端输出。
远端话音信号从线路输入端单端输入，经模数转换和高通滤波后转换成16位语音数据，送语音处理器处理(消侧音，自动增益控制，回声参考信号提取，动态范围控制)，输出信号经数模转换后推动内置的D类功放，用差分方式直接驱动扬声器。
在USB应用时，USB的输入信号作为线路输入的信号，经语音处理器处理后直接驱动扬声器。麦克风输入信号经语音处理器处理后，通过USB送计算机，过程与模拟信