音頻精確延時系統(tǒng)及其實現(xiàn)

1、音頻精確延時系統(tǒng)及其實現(xiàn)音頻的時光延遲傳統(tǒng)上用法延遲線或電荷耦合器件實現(xiàn)，這在民用設(shè)備中有著廣泛的應用。最頻繁的是卡拉ok機的混響系統(tǒng)，它用法延遲一定時光的信號產(chǎn)生回聲的效果。某些專用的bbe器件，如三菱的m58000系列，內(nèi)部采納了數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，內(nèi)置動態(tài)ram存儲數(shù)據(jù)，某些芯片可以通過調(diào)節(jié)其時鐘頻率或有專用引腳調(diào)節(jié)延時量。可調(diào)范圍在數(shù)百毫秒量級，誤差在毫秒量級。這些芯片普遍采納較低的采樣速率，僅對輸入信號的低頻重量舉行處理，采樣位數(shù)也多為8位以下。這在普通應用中，特殊是卡拉ok機這類對音頻指標要求較低的應用中徹低足夠了。而在“調(diào)頻同步廣播”項目中，涉及多個放射臺干涉區(qū)的精確同步問題，要

2、求延遲量精確到微秒數(shù)量級并且能依據(jù)兩放射臺間的距離做調(diào)節(jié)，幾個微秒的時延誤差就會對干涉區(qū)的收聽質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響，甚至不能正常收聽。并且調(diào)頻廣播對音質(zhì)有較高的要求，所以設(shè)計出來的系統(tǒng)必需達到廣播級的音頻指標，左右聲道的延時應當同步調(diào)整，以滿足立體聲分別度的要求。很顯然，前述的各類現(xiàn)有器件遠不能滿足需要。受到新型數(shù)字混響器件原理的啟發(fā)，設(shè)想采納高指標的數(shù)模模數(shù)實現(xiàn)這樣一個系統(tǒng)。隨著數(shù)字集成技術(shù)特殊是大規(guī)模可編程規(guī)律器件技術(shù)的進展，一個數(shù)字系統(tǒng)已可以集成在一片可編程芯片上，因此采納設(shè)計時序及規(guī)律電路是最佳計劃，考慮音頻采樣頻率達到48khz即可滿足要求，存儲器可以采納通用的ram，速度在150ns

3、的也可滿足需要。理論及實踐證實，以上計劃是徹低可行的。系統(tǒng)設(shè)計圖1 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)方框圖1。前級來的音頻模擬信號首先進入a/d轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號，由cpld產(chǎn)生存儲器的讀寫時序并把音頻數(shù)據(jù)依次存入存儲器中。也由cpld產(chǎn)生存儲器讀時序，把數(shù)據(jù)依次讀出并送到d/a轉(zhuǎn)換器復原成模擬的音頻信號，經(jīng)低通輸出。存儲器的地址由一個循環(huán)計數(shù)器產(chǎn)生，控制寫入和讀出的地址(地址間隔)，就可實現(xiàn)定量延時?？紤]到當前大部分音頻專用a/d、d/a芯片采納串行數(shù)字接口，特殊是在音頻領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的-類型的芯片，這樣的設(shè)計應由以下幾部分組成：*串并轉(zhuǎn)換部分，用以把a/d來的串行數(shù)據(jù)改變成存儲器ram的并行數(shù)據(jù)；*存儲器時序

4、產(chǎn)生部分，用以產(chǎn)生存儲器的讀和寫兩個地址信號；*延時調(diào)節(jié)部分，用dip撥動開關(guān)預置讀和寫兩種狀況下的地址之差；*并串轉(zhuǎn)換部分，用來把ram的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成d/a需要的標準串行數(shù)據(jù)流；*左右聲道校正部分，保證左右聲道讀出的挨次；*晶體，產(chǎn)生系統(tǒng)所需的時鐘信號，保證系統(tǒng)時鐘的精確和穩(wěn)定。延時量的精確性和穩(wěn)定性由它保證(用法外頻標可以進一步提高其精確度)；*一些輔助電路，用來校正因為門電路的延遲造成的時序和規(guī)律錯誤。采納自頂向下，逐步細化的設(shè)計辦法，頂層用電路示于圖2a和2b。圖2a 延時量預置、ram地址和左右聲道同步圖2b 振蕩器、串并轉(zhuǎn)換、ram接口和和寫信號產(chǎn)生選用元件在保證指標的前提下盡量降低

5、成本。音頻領(lǐng)域常用的數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片有cirrus和burr-brown公司的幾種型號，例如cs4332、pcm1800系列、pcm1700系列等，采樣頻率達100khz，16位或24位的產(chǎn)品價格已降到了一定的水平。此處選用的a/d芯片是-類型的pcm1800，d/a芯片是pcm1725，它們都是b-b公司的新產(chǎn)品，可以達到20位的無誤碼采樣辨別率，采樣頻率分離是48khz和96khz，信噪比和失真指標都較高。cpld器件選用規(guī)模適中，可以isp在線編程修改的品種，這樣可以加快研發(fā)速度。選用vatis的mach4a系列，c封裝，簡單小規(guī)模試生產(chǎn)，并有isp功能，不需專用編程器，通過串行下載電

6、纜編程，調(diào)試修改都很便利。ram用普通的100-150納秒的就足夠了。 pcm1800工作于主動模式，根據(jù)輸入的時鐘信號舉行a/d轉(zhuǎn)換并輸出同步時鐘和數(shù)據(jù)。囫圇cpld電路根據(jù)pcm1800輸出的同步時鐘工作。首先估算所需規(guī)律規(guī)模和引腳數(shù)，pcm1800的關(guān)鍵信號有四個引腳，d/a的pcm1725同樣需三個引腳，48khz采樣頻率時每個采樣周期是20.8ms，預定最大延時量要達到80ms左右，外接存儲器需要11位地址線。用法16位辨別率，則存儲器接口部分共需27個引腳，控制延遲時光的dip開關(guān)需16位，外加一個晶體振蕩器需2-3個引腳，兩片mach4-64/32之間的規(guī)律聯(lián)系需四個引腳，總計大

7、約57個引腳，其中有輸出和輸入，以及雙向引腳。需要的資源大致可以用兩片mach4-64/32或一片mach4-128完成。單純轉(zhuǎn)變存儲器的讀出地址能達到的最小延時調(diào)節(jié)步進取決于采樣頻率，這里是20.8/2=10.4ms，仍滿足不了最小調(diào)節(jié)辨別率的要求。終于系統(tǒng)又加上延時微調(diào)部分，通過轉(zhuǎn)變存儲器讀信號相對于寫信號的位置，實現(xiàn)更精確的調(diào)節(jié)，完成的系統(tǒng)最小步進達到625ns，達到了設(shè)計要求。全部設(shè)計文件采納原理圖(頂層)和語言(底層)完成，在lattice的isplever軟件下編譯并適配到兩片mach4-64/32a中，后，下載到器件中去，經(jīng)過實際系統(tǒng)測試并修改某些規(guī)律后設(shè)計完成。電路板是事先設(shè)計好的，mach器件有強大的布線能力，保證了適配以及實際系統(tǒng)運行的勝利。結(jié)語作為“調(diào)頻同步廣播”項目的關(guān)鍵技術(shù)之一，音頻精確延時系統(tǒng)把衛(wèi)星傳輸?shù)囊纛l信號，在不同接收地點舉行精確和穩(wěn)定的延時，補償了因為各放射臺經(jīng)緯度不同造成的信號不同步，實現(xiàn)了真正意義上的同步廣播。針對我國幅員遼闊，人口簇擁而頻率資源匱乏的實際