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無線電子工学および電気工学の百科事典 ISD4004-16Mは、ワンチップ音声録音・再生システムです。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
無線電子工学と電気工学の百科事典 / マイクロコントローラー Information Storage Devices (ISD、1998 年以降 Winbond Electronics Co. の一部) が特許を取得した技術を使用すると、ChipCorder チップの対応する入力で受信したアナログ信号を、自然な形式で標準の不揮発性 EPROM (EEPROM) に直接保存できます。 ) とフラッシュ メモリ内のセル。 いわゆる「偽微分」の技術は、セルに0つの値（1または256）のいずれかを保存する代わりに、XNUMXの電圧レベルのXNUMXつが保存されるという事実にあります。 これにより、デジタル化された信号を保存する従来の方法に比べて、容量の点で大幅な利点が得られます。 さらに、音声を録音および保存するためのこの技術は、アナログからデジタルへの変換を必要としないため、超小型回路に基づく完全なデバイスのスキームが大幅に簡素化されます。 音声録音/再生用のチップコーダは、低電力電源から動作できます。 そのため、バッテリー電源を備えた製品など、軽量のポータブル製品の構築に最適です。 さらに、ファミリーの共通機能として、一時停止中のノイズを低減するオートミュート モード、録音/再生サイクルの終了時にスタンバイ状態に自動的に移行する (スタンバイ モードでの消費電流は 0,5 mA)、不揮発性メモリの使用、調整可能な記録時間、SPI または Microwire インターフェイスを介した完全なアドレス指定機能。 ISD4004-16M チップは、4 kHz のサンプリング レートでサンプリングします。 音声サンプルは、他のタイプの音声録音で一般的なデジタル化や圧縮を行わずに、チップ上の不揮発性フラッシュ メモリに直接保存されます。 メッセージは、電源なしで最大 100 年間保存できます (通常、加速計算と同等の方法を使用してテスト)。 さらに、デバイスは 100 回を超える上書きが可能です。 アナログダイレクトメモリーにより、音声、音楽、サウンドエフェクトを自然なサウンドで再生できます。 最大録音時間は000分です。 ISD4004-16M のブロック図を図に示します。 1. ご覧のとおり、チップにはクロック ジェネレーター、マイク アンプ、アンチエイリアシング フィルター、マルチレベル メモリ アレイ、アンチエイリアシング フィルター、無音ノイズ低減デバイス、および 3 時間出力アンプが含まれています。 。
XNUMX 線 (SCLK、MOSI、MISO、SS) シリアル ペリフェラル インターフェイス (シリアル ペリフェラル インターフェイス - SPI) は、制御とアドレス指定を提供します。 マイクロコントローラーを備えたシステムでは、チップは周辺機器のスレーブとして機能します。 すべての内部レジスタへの書き込み/読み取りアクセスは、SPI インターフェイス経由で行われます。 割り込み信号 (INT) と内部ステータス レジスタは、読み取りと通信の確立にのみ使用されます。 ノイズを最小限に抑えるために、デバイスのアナログ回路とデジタル回路はそれぞれ別の電源バス Ucca と Uccd に接続されており、公称電源電圧は 2,85 ～ 3,15 V です。ISD4004-16M の Ussd) 部品も個別に製造されています。 結晶の底部は基板抵抗を介して Uss に接続されています。 ミニチュア バージョン (フレームなし) では、クリスタルが Uss に関連する領域に取り付けられています。 または「フローティング」のままになる可能性があります。 アナログ入力信号は、非対称モード (図 2、a) または差動モード (図 2、b) でデバイスに入力できます。 最初のケースでは、信号はアナログ入力 + (ANA IN+) に接続され、入力 - (ANA IN-) は絶縁コンデンサを介して共通ワイヤ バスに接続されます。このモードの入力信号は 32 mV を超えてはなりません。これは出力での 570 倍の振幅 3 mV に相当します。 ANA IN+ 入力のデカップリング コンデンサは、この入力の XNUMX kΩ 入力インピーダンスとともに、低周波数帯域幅を決定します。
差動モードでは、両方の入力 (ANA IN+ と ANA IN-) が使用されます。 最適な品質を得るには、この場合の各入力のピークツーピーク信号が 16 mV を超えてはなりません。 ANA IN- 入力のインピーダンスは 56 kΩ です。 ピン 13 (図 1) からは、ISD4004-16M メモリに記録された音声信号が削除されます。 この出力をデカップリング コンデンサを介して負荷に接続することをお勧めします。 負荷インピーダンスは少なくとも 5 kΩ である必要があります。 動作中 (電源オン)、AUD OUT ピンは 1,2V DC で、録音中、AUD OUT は約 850 kΩ の抵抗を介して内部 1,2V 電源とアナログ グランドに接続されます。 このモードでは負荷を接続できますが、デバイスの出力の定電圧が低下してはなりません。 SS (Slave Select) ピンはスレーブ デバイスを選択します。 このピンに Low 信号が印加されると、ISD4004-16M がマイクロコントローラーと連携するマスターとして選択されます。 MOSI は、マイクロコントローラーからデータが転送されるシリアル入力です。 MOSI ラインのデータは、クロック エッジの到着の半サイクル前に設定され、これも BISD4004-16M によって受信されます。 MISO ピンはデバイスからのシリアル出力です。 デバイスが選択されていない場合 (SS = 1)、出力はハイ インピーダンス状態になります。 SCLK ピンは、マイクロコントローラーからクロックを受信し、MOSI および MISO バスを介してデバイスとの間でデータ転送を同期するために使用されます。 データはクロック パルスの立ち上がりエッジ中に ISD4004-16M に書き込まれ、立ち下がり時に情報が次のビットにシフトされます。 INT (割り込み) ピンは Low になり、オーバーフロー (OVF) が発生した場合、またはマーカーが「メッセージの終わり」(EOM) を検出した場合は Low (ログ 0) のままになります。 この端子はオープンドレイン出力です。 オーバーフローで終了する操作、または「メッセージの終了」がある操作はすべて、メッセージ ループを呼び出す命令を含む割り込みを生成します。 次に割り込みがクリアされるのは、新しい SPI サイクルが開始されるときです。 割り込みステータスはRINT命令で読み出すことができます。 オーバーフローフラグ OVF は、録音または再生動作中のアナログメモリが最後に達したことを示し、再生モードでのみ EOM 信号が検出されたときに「EOM」がセットされます。 単一行上の「メッセージ終了」フラグの位置には XNUMX つのオプションがあります (つまり、XNUMX つの異なるメッセージを書き込むことができます)。 RAC 出力 (アドレス ライン同期) もオープン ドレインです。 録音時には、信号を400kHzの周波数でサンプリングした場合に、4msの周期で信号が加えられます。 指定された期間中、メモリの 2400 ラインのみが書き込まれます (そのようなラインは合計 350 あります)。 したがって、RAC 信号が High の場合、記録は 50ms 行われます。 ラインの終端に到達すると、RAC 信号が 3 ミリ秒間 Low になります。 XNUMX ラインを記録するサイクログラムを図に示します。 XNUMX.
メッセージ コール モード (以下を参照) では、RAC ピンは 218,76 μs の間 High に保持され、31,26 μs の間 Low に保持されます。 一般的な RAC クロック レベルについては、会社のドキュメントの AC パラメータ表を参照してください。 書き込みコマンドが最初に開始されると、RAC ピンは TRACL0 の追加期間の間 High のままになります。 これは、サンプルをダウンロードしてデバイスの内部システムを修正するために必要です。 RAC ピンを使用してメッセージ手法を制御できます。 外部クロック入力には内部整合デバイスが備わっています。 ISD4004-16M 計測器は、仕様の ±1% の許容誤差で中心クロック周波数で入力信号を内部サンプリングするように工場で設定されています。 許容範囲内の周波数は、拡張工業用温度範囲内および適切な AC 定格表で定義されている動作電圧範囲内の任意の値に維持されます。 工業用温度範囲で動作する場合は、安定化電源の使用をお勧めします。 高精度が必要な場合、4 kHz の周波数でサンプリングするには、512 kHz の繰り返しレートのクロックを XCLK ピンを介してデバイスに適用する必要があります。 内蔵のアンチエイリアシング フィルターが固定周波数で適切に動作するには、クロック周波数が十分に安定している必要があります。 クロック パルスの周波数はすぐに 2 で割られるため、クロック パルスのデューティ サイクルは重要ではありません。XCLK 入力を使用しない場合は、ピン 26 を共通ワイヤに接続する必要があります。 AM ATS ピンは、自動ノイズ リダクションの制御に使用されます。 後者では、信号レベルが設定されたしきい値を下回ると、信号レベルが 6 dB 減少します (大きな信号に対してノイズ リダクションは有効になりません)。 ノイズ低減システムの通常動作では、AM ATS 出力は 1 μF コンデンサを介して共通線に接続されます。 このコンデンサは内部のピークセンサーの要素となり、信号の振幅（ピーク値）に応答します。 ピーク レベルが設定されたしきい値と比較され、ノイズ リダクションがいつアクティブになるかが決定されます。 コンデンサは、信号振幅の関数として、アタック時間に対するノイズ低減の変化率にも影響します。 AM CAP 出力を Ucca バスに接続すると、ノイズ リダクションが無効になります。 前述したように、ISD4004-16M はシリアル SPI インターフェイスを使用します。 データ転送プロトコルは、マイクロコントローラーのシフト レジスタが SCLK 信号の立ち下がりで同期していることを前提としています。 ISD4004-16M では、データはクロックの立ち上がりエッジで MOSI ピンにラッチされます。 データはクロックパルスの立ち下がりによって MISO 出力から受信されます。 1. すべてのシリアル データ転送は、SS ピンの立ち下がり信号で始まります。 2. このピンはシリアル通信中は Low に保持され、コマンド間で High になります。 3.入力データはクロックパルスの立ち上がりエッジでキャプチャされ、出力データはフォールオフでキャプチャされます。 4. 対応するオペレーションコードとアドレスが ISD4004-16M デバイスに供給されると、SS ピンの Low レベルで再生と記録が実行されます。 5. オペレーション コードとアドレス フィールドは、16 つのサービス ビットと XNUMX のアドレス ビットで表されます。 6. メッセージ終了 (EOM) またはオーバーフロー信号で終了する各操作は、メッセージ ループ呼び出し命令を含む割り込みを生成します。 次回新しい SPI サイクルが開始されると、割り込みはクリアされます。 7. 割り込みデータは MISO のアドバンスビットを保存せずにシフトされるため、MOSI ピンの制御データとアドレスは同時にシフトされます。 シフトされたデータは現在のシステム動作と互換性がある可能性があるため、注意が必要です。 割り込みデータを読み取って、同じ SPI サイクル内で新しい動作を開始することが可能です。 8. 動作は実行ビット (RUN) のセットで開始され、リセットで終了します。 9.すべての操作は、SSピンの立ち上がりエッジから始まります。 関心のある人物の実際の位置が不明な場合に、ユーザーがメッセージ間を「ジャンプ」できるようにする Call Message コマンドは、再生中に使用されます。 このモードでは、パス速度は通常の再生の 1600 倍になります。 マーカーが「メッセージの終わり」を示すと停止します。 内部アドレス カウンタは次のメッセージを指します。 Call Message (MC) コマンドを使用する場合は、次の手順に従う必要があります。そうしないと、通話が正確に行われない可能性があります。 メッセージを正しく呼び出す手順は次のとおりです。 「メッセージ コール」コマンド (それぞれ MC または SETMC) を実行または設定する前に、0 つの「アイドル」(ダミー) 停止コマンドをデバイスに送信する必要があります。 このようなコマンドは、一連のサービス ビットで構成されます。「パス」 = 0、「再生 / 録音」 = 1、PU (「電源オン」) = 1、IAB (「スキップ アドレス」) = 0、MC (「メッセージの呼び出し」) ") = 30。つまり、デバイスでは 1 進数の XNUMX がコマンドとして使用されます。 「ダミー」Stop コマンドが入力された後、XNUMX つ以上の MC コマンドまたは SETMC コマンドが実行される場合があります。 次の再生操作が終了する前に、「アイドル」停止コマンドを繰り返す必要はありません。 オペレーションコードを表に示します。 XNUMX.
電源投入シーケンス。 ISD4004-16M は、TPUD 時間後に動作可能になります (4 kHz サンプルレートでの標準値は約 50 ms)。 この時間を待ってから運用コマンドを発行する必要があります。 たとえば、アドレス 00 から再生するには、次のプログラム ループを使用します。 1.POWERUPコマンドを送信して電源をオンにします。 2. TPUD（電源オン遅延）を一時停止します。 3. アドレス 00 の SETPLAY コマンドが発行されます。 4.PLAYコマンドが送信されます その結果、デバイスはアドレス 00 から再生を開始し、「End of Message」が発生すると割り込みを発生します。 その後、再生が停止します。 書き込みモードを実装するためのループ： 1. POWERUP コマンドが送信されます。 2. TPUD（電源オン遅延）を一時停止します。 3.POWERUPコマンドが発行されます。 4.SETRECコマンドはアドレス00で送信されます。 5.RECコマンドが送信されます。 デバイスはアドレス 00 からメッセージの書き込みを開始し、オーバーフローが発生すると (メモリ配列の終わりが) 割り込みを生成し、その後記録が停止します。 SPI ポートの簡略化されたブロック図と、それに関連する制御ビットの説明および表示を図に示します。 4、aとb。
SPI 制御レジスタは、再生、録音、メッセージの呼び出し、電源のオンとオフ、操作の開始と停止、アドレス スキップなどのデバイス機能の制御を提供します。 テーブル内。 図2は、SPI制御レジスタのビットの値とそれに対応する機能を示しています。
制御コマンド（4004ビット）とアドレス（16ビット）が8ビット形式で与えられた場合のISD16-24Mチップの動作のタイミング図を図に示します。 5.
図のダイアグラム。 図６は、記録／再生および停止サイクルを示している。
すべてのタイミングは、前述の AC パラメータ テーブルで確認できます。 図上。 図7は、ISD4004-16Mチップを一般的なPIC16C62AマイクロコントローラおよびLM3M 4860H統合パワーアンプに接続するための可能なオプションの図を示しています。
ISD4004-16M を使用するデバイスを開発する場合、信頼性が高くトラブルのない動作を実現するには、電源のすぐ近くで 2,85 ... を超えない安定した電圧で電力を供給する必要があることに注意してください。 USSA アナログ グランド ピンは、可能な限り低いインピーダンスのラインによって電源コモンに接続する必要があり、USSD デジタル グランド ピンは別の低インピーダンス バスに接続する必要があります。 アナログ入力とデジタル入力を電源の共通線に接続するバスバーは、それらの両端の電圧降下を最小限に抑えるのに十分な大きさでなければなりません。 この場合、タイヤのインピーダンスの差は 3 オームを超えてはなりません。 著者：A.Shitikov
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