卡拉OK单片大规模集成电路TC9465F及其应用

    摘要：TC9465F是日本东芝公司专为LD/CD唱机、组合机和VTR等卡拉OK音响设备而设计的新型单片大规模集成电路，它具有高、低音处理和话筒回声功能，内置ADC和DAC以及静音控制与处理电路。文中介绍了卡拉OK单片LSI的引脚功能和特点，并结合应用电路对TC9465F的工作原理进行了说明。

    关键词：卡拉OK  ADC/DAC  DSP  传感器  变送器

东芝公司最近推出的全新型TC9465F，是专为LD/CD唱机、小型组合机和VTR等卡拉OK音响设备设计的单片大规模集成电路（LSI）。TC9465F内置模数转换器（ADC）/数模转换器（DAC）和声场控制、低/高音处理（数字信号处理DSP效果）、话筒回声及静音控制与处理电路，因而具有卡拉OK功能。

1 封装、内部结构及引脚功能

TC9465F采用QFP44-P-1414-080D封装形式，图1为TC9465F的内部结构框图及其外围电路。

TC9465F的引脚功能如表1所列。

2 主要特点

TC9465F的主要特点如下：

●内置3通道ADC和2通道DAC；

●有3个模拟输入和1个数字立体声输入端口；

●有2个模拟输出和1个数字立体声输出端口；

●内置64k位（bit）延迟随机存取存储器（RAM）；

●具有下列多种卡拉OK特殊功能；

（1）话筒回声或声场控制：延时可变；

（2）声音消除：从立体声源压缩声音信号；

（3）双音频源：数字输入和模拟输入，附加左通道（L-ch）和右通道（R-ch）；

（4）声音变化：可根据话筒信号选择输入或不输入及实际消除或不实际声音消除；

（5）可低/高音控制。

3 工作原理

3.1 操作时钟

主时钟（输入或振荡XI端）可在786/512/384/265fs四种时钟下由CKS脚选择。DSP计算不涉及主时钟，但DAC工作时钟会通过主时钟改变。DAC采用∑-△调制方法和过取样（oversampling）操作。如果主时钟选择265fs，那么DAC的过取样（oversampling）比为128fs。

3.2 数字音频输入/输出

表1 TC9465F的引脚功能

脚号	符号	I/O	功能	脚号	符号	I/O	功能
1	VDA1	-	ADC电压施加端	23	GNDX	-	晶体振荡器接地端
2	MICI	I	话筒低通滤波器（LPF）输入端	24	VDD1	-	数字电压施加端
3	LPFO1	O	话筒LPF输出端	25	CKS	I	主时钟选择端（H：256/384fs;L:512/768fs）
4	VRA1	-	ADC参考电压端	26	MCK2	O	1/2分时器输出端
5	AIL	I	L-ch LPF输入端	27	MCK1	O	振荡器时钟输出端
6	LPFO2	O	L-ch LPF输出端	28	SDO	O	数字音频数据输出端
7	VRA2	-	ADC参考电压端	29	BCKO	O	位时钟输出端
8	AIR	I	R-ch LPF输入端	30	LRCKO	O	通道时钟输出端
9	LPFO3	O	R-ch线输入LPF输出端	31	SDI	I	数字音频数据输入端
10	GNDA1	-	ADC地端	32	BCKI	I	位时钟输入端
11	L1	I	L-ch模拟附加输入端（当开路不用时）	33	LRCKI	I	通道时钟输入端
12	L2	0	L-ch数字输入0检测端	34	GND0	-	数字接地端
13	GNDA2	-	DAC地端	35	RESET	I	复位端（“L”复位激活），接上拉电阻
14	AOL	O	L-ch DAC输出端	36	IFD	I	μ-COM I/F数据输入端
15	VR2	-	DAC参考电压端	37	IFS	I	μ-COM I/F数据位移时钟输入端
16	AOR	O	R-ch DAC输出端	38	IFL	I	μ-COM I/F 锁存脉冲输入端
17	VDA2	-	DAC电压施加端	39	EMP	I	去加重滤波器设定端
18	RZ	O	R-ch数字输入0检测端	40	EXTO	O	延时输出端
19	RI	I	R-ch模拟附加输入端（当开路不用时）	41	TEST	I	测试端（通常为“H”）；接上拉电阻
20	VOX	-	晶体振荡器电压施加端	42	VDD2	-	数字电压施加端
21	XI	I	晶体振荡器连接端（256/384/512/786fs）	43	VDL	-	DRAM的数字电压施加端
22	XO	O	晶体振荡器连接端	44	GNDL	-	DRAM的数字接地端

TC9465F的数据输入模式如表2所列。表3为TC9465F的数据输出模式。

表2 数据输入模式

SYNM2	SYNM1	IBIT2	IBIT1		格式	BCKI
0	0	0	0	内 部 同 步	MSB在先16bit	32fs～128fs
0	0	0	1		MSB在先18bit	36fs～128fs
0	0	1	0		MSB在先20bit	40fs～128fs
0	0	1	1		IIS最大20bit	仅64fs
0	1	0	0	外 部 同 步	MSB在先16bit	32fs
0	1	0	1		不用	32fs
0	1	1	0		不用	32fs
0	1	1	1		不用	32fs
1	0	0	0		MSB在先16bit	48fs
1	0	0	1		MSB在先18bit	48fs
1	0	1	0		MSB在先20bit	48fs
1	0	1	1		不用	48fs
1	1	0	0		MSB在先16bit	64fs
1	1	0	1		MSB在先18bit	64fs
1	1	1	0		MSB在先20bit	64fs
1	1	1	1		IIS最大20bit	64fs

表3 数据输出格式

SYNM2	SYNM1	OBIT2	OBIT1		模式	BCKO
0	0	0	0	内 部 同 步	MSB在先16bit	64fs
0	0	0	1		MSB在先20bit	64fs
0	0	1	0		IIS 16bit	64fs
0	0	1	1		IIS 16bit	64fs
0	1	0	0	外 部 同 步	MSB在先16bit	32fs(=BCKI)
0	1	0	1		不用	32fs(=BCKI)
0	1	1	0		IIS 16bit	32fs(=BCKI)
0	1	1	1		不用	32fs(=BCKI)
1	0	0	0		MSB在先16bit	48fs(=BCKI)
1	0	0	1		MSB在先20bit	48fs(=BCKI)
1	0	1	0		IIS 16bit	48fs(=BCKI)
1	0	1	1		IIS 20bit	48fs(=BCKI)
1	1	0	0		MSB在先16bit	64fs(=BCKI)
1	1	0	1		MSB在先20bit	64fs(=BCKI)
1	1	1	0		IIS 16bit	64fs(=BCKI)
1	1	1	1		IIS 20bit	64fs(=BCKI)

3.3 置位

在电压状态，当RESET是“L”时，可用如下命令进行如下模式的置位：

ADPD ；ADC下电（power down）。

ADLIM ；“L”。

LSM ；数字衰减声音柔和变弱时间选择（H：2倍）。

RLS ；通道时钟选择（H：LRCK=“L”为L-ch数据）。

SYNM1，2 ；DATA输入/输出同步时钟选择。

IBIT1，2 ；输入DATA格式选择。

OBIT1，2 ；输出DATA模式选择。

MONO ；MONO DATA输入选择。

CHS ；在MONO置位上为通道选择，在立体声置位上为零检测置位。

DSP置位是在RESET端为低（“L”）电平时，用以下命令来实现的。

DF1，2 ；声场控制（SFC）、话筒回声速率选择。

VCS ；声音消除特性选择。

EXTO ；延伸输出端输出数据。

MUTE ；输出弱音（“H”：弱音，ATT保持置位）。

CTUP ；声音变化开始时间选择。

CTDW ；声音变化解除时间选择。

CEF1 ；“L”。

CEF2 ；声音变化结果选择。

EM1，2 ；去加重滤波器选择。

EMS ；去加重滤波器阻塞选择。

3.4 AD转换器

TC9465F内置输入L-ch和R-ch AD转换器及麦克风信号输入AD转换器。这转换器能将故意克风输入信号变换成数字信号，而DSP可产生数字回声信号。麦克风信号通过L1、RI端或外部运算放大器加入回声信号。当利用运算放大器时，需切断L1和RI。当不用AD转换器时，需将所有音程（interval）端MICI-LPFO1、AIL-LPFO2和AIR-LPFO3短路。

3.5 DA转换器

TC9465F中的DAC是一个采用∑-△调制的数模转换器。这内置第三模拟滤波器。可在DAC输出部分通过L1和RI端加入模拟信号。