的ChipCorder®技术 ISD1400系列 单片20秒周期录/放音语音电路 概述 信息储存器件ISD1400ChipCorder®系列是单片高质量短周期的录放音电路采用CMOS工艺内部包含片上时钟麦克前置放大器自动增益控制带通滤波器平滑滤波器和功率放大器由ISD1400组成的最小应用系统仅包含一个麦克喇叭几个阻容元件两个开关和电源录制的信息存放在内部不挥发单元中断电后可以长久保存这种独特的单片解决方案使用了ISD的专利模拟存储技术语音和音频信号不经过转换直接以原来状态存储到内部存储器可以实现高质量的语音复制 图1ISD1400系列内部功能图ISD—1998年4月本文章的中文版权归广州周立功单片机发展有限公司所有2001/10/15 ISD1400系列单片20秒周期录/放音语音电路 特性 •使用简单的单片录放音电路•高保真语音/音频处理•开关接口放音可以是脉冲触发或电平触发•录放周期为16和20秒•自动功率节约模式 —当一个录音或放音周期结束后自动进入掉电状态—掉电状态的典型电流为0.5uA•零功率存储—不需要电池备份电路•处理复杂信息可使用地址操作•100年信息保存典型•片上时钟•不需要编程器和开发系统•+5V供电•提供裸片DIPSOIC封装•提供工业级别温度型号-40到85 表1ISD1400系列型号型号 ISD1416ISD1420 最小周期1620 输入取样速率8064 典型滤波带宽(KHz)3326 功能描述 语音质量ISD1400系列提供6.4K和8.0K取样频率用户可以根据语音质量加以选择取样的语音直接存储到片内的不挥发存储器内部不需要数字化和压缩的其它手段直接模拟存储能提供真实自然的语音音乐声音不象其它的固态数字录音质量要受到影响录放音时间ISD1400能提供16秒和20秒的录放音时间EEPROM存储ISD的ChipCorder技术使用片上不挥发存储器断电后信息可以持续保存100年器件可以重复录制10万次基本操作ISD1400ChipCorder系列由一个单录音信号REC实现录音操作两个放音信号其中的一个实现放音操作PLAYE触发放音PLAYL电平放音ISD1400可以配置成单一信息的应用如果使用地址线也可以用于复杂信息的处理器件的操作在下面解释自动掉电模式 ISD—1998年4月本文章的中文版权归广州周立功单片机发展有限公司所有2001/10/15 ISD1400系列单片20秒周期录/放音语音电路 在录音或放音操作的结束ISD1400将自动进入低功率等待模式消耗05uA电流在放音操作中当信息结束时器件自动进入掉电模式在录音操作中REC信号释放变为高电平时器件进入掉电模式寻址可选作为处理单一信息的补充ISD1400提供了全地址的寻址功能ISD1400系列内部存储阵列有160个可寻址的段能实现下面的功能参考ISD1400应用信息的地址表 表2器件录放音周期型号 ISD1416ISD1420 最小周期秒100ms125ms 管脚描述 录音RECREC输入是低电平有效录音信号当REC为低时开始录音在录音过程中REC必须保持为低电平REC信号优先于放音信号PLAYE和PLAYL如果在放音过程中REC被拉低放音将立即终止录音开始当REC变高或内部存储器已录满信息录音操作结束录制完毕后在结束处会记录一个结束标志这样在分段放音时会结束放音当REC变高后器件会自动进入掉电模式注意REC信号将被延迟50ms防止开关抖动引起重复触发 PLAYE触发放音当此管脚上检测到低电平跳变时将开始放音操作遇到结束标志EOM或存储器的尾部放音将停止结束放音后器件自动进入掉电等待模式在放音过程中将PLAYE变高不会终止当前的放音操作 ISD—1998年4月本文章的中文版权归广州周立功单片机发展有限公司所有2001/10/15 ISD1400系列单片20秒周期录/放音语音电路 PLAYL电平放音当此管脚的信号由高变为0时将开始放音操作PLAYL变为高电平遇到结束标志EOM或存储器的尾部放音将停止结束放音后器件自动进入掉电等待模式注在放音中如果遇到结束标志或到达存储器尾部如PLAYL或PLAYE保持为低电平器件仍将进入掉电等待模式内部时钟和时序停止但是PLAYE和PLAYL的上升沿没有防抖动延迟任何下降时序特别是开关抖动将会引起另外一次的放音电源输入VCCAVCCDISD1400内部的模拟电路和数字电路使用不同的电源回路以减小噪声的干扰这些电源回路通过不同的引脚引出注意尽量靠近系统电源连接在一起务必在靠近器件处加退藕措施地输入VSSAVSSD同VCCAVCCD类似ISD1400内部模拟地和数子地也使用不同的回路这些管脚在尽可能靠近器件处连接接地录音LED输出RECLED当处于录音操作时RECLED输出为低电平它可以驱动一个LED显示表明现在正处于录音状态另外在放音中如果遇到结束标志EOMRECLED将输出一个短的低脉冲麦克输入MIC麦克输入将信号传送到前置放大器增益由自动增益电路AGC控制增益在-15dB到24Db外部的麦克必须是AC耦合通过一个电容连接到该脚电容的数值和该管脚器件内部的电阻10K决定ISD1400输入的低频截止频率关于低频截止频率的计算见应用信息麦克基准MICREFMICREF是麦克前置放大的反向输入当器件使用该输入脚并以差分形式连接到麦克时能减低噪声和实现共模抑制自动增益控制AGCAGC动态调整前置放大器的增益能在一个很宽的范围内适应麦克的输入电平AGC电路能以很小的失真记录宽范围的声音例如从很低的声音到很高的声音AGC的起控时间由电路内部的一个5K电阻和一个外部连接的电容图4中的C6连接在AGC管脚和和模拟地VSSA之间决定释放时间由外部的电阻R5和电容C6决定二者并联连接在AGC管脚和VSSA模拟地之间在大多数应用中470K欧姆和47uF的取值能较好的满足需要模拟输出ANAOUT此管脚为用户提供前置放大器的输出前置放大器的电压增益由AGC管脚上的电平决定模拟输入ANAINANAIN将输入的信号传送到录音电路对于麦克输入ANAOUT脚必须通过外部电容连接到ANAIN脚这个电容的数值与ANAIN内部的30K欧姆的输入电阻能提供又一个音频带宽的低频截止频率如果输入信号来自麦克以外可以通过电容直接耦合到ANAIN管脚外部时钟输入XCLKISD1400系列的外部时钟输入管脚内部设有下拉电阻ISD1400在出厂时配置成使用内部时钟能保证最小的录放音时间以ISD1420来讲在参数规定的范围内使用能保证20秒的 ISD—1998年4月本文章的中文版权归广州周立功单片机发展有限公司所有2001/10/15 ISD1400系列单片20秒周期录/放音语音电路 录放音时间在商业级温度范围内和规定的操作电压范围内取样时钟有225℅的变化但能保证规定最小的录放音时间对于一些器件实际的录放音时间可能会比通常的录放音时间要多内部时钟在在工业级温度范围内和规定的操作电压范围内有5℅的精度在工业级的应用中建议使用稳定的电源如果需要更高的精度可以按照下表在XCLK脚使用外部时钟 表3外部时钟取样速率器件型号ISD1426ISD1420 取样速率80KHz64KHz 需要时钟1024KHz8192KHz 以上推荐的时钟速率最好不要变动因为滤波器的参数已经固定如果取样速率同推荐的数值不同录放音质量会引起下降输入时钟的占空比没有要求因为时钟在内部经过2分频如果不使用外部时钟XCLK脚应该接地喇叭输出SP+SPSP+和SP-能直接驱动低至10欧姆的喇叭也可以使用单输出但需要注意对于直接驱动发声装置使用两个反极性的输出的功率是使用单输出功率的4倍另外同时使用SP+和SP-可以不使用喇叭的耦合电容对于使用单个输出必须在SP+和喇叭之间接一个耦合电容在录音状态中两个喇叭输出为高阻状态在掉电模式中保持为VSSA根据A6A7的电平不同电路可以进入两种不同的工作模式地址模式和操作模式如果A7A6至少有一位为低电平则电路认为A0-A7全部为地址位A0-A7的数值将作为本次录音或放音操作的起始地址A0-A7全部为纯输入引脚不会象操作模式中A0-A7还可能输出内部地址信息输入的A0-A7的信息在PALYEPLAYL或REC的下降沿被电路锁存到内部使用地址输入A0-A7根据最高两位地址位的数值地址输入有两种功能当A7A6至少有一位为0时输入认为是地址输入输入的地址被当作当前录音或放音的起始地址这些地址管脚全部为输入管脚与操作模式中能输出地址信息不同地址输入在信号PLAYEPLAYL或REC的下降沿被锁存操作模式ISD1420内部具备有多种操作模式并能以最少的元件实现较多的功能下面将详细描述操作模式的选择使用使用地址管脚来实现但实际的地址在ISD1420的有效地址外部当地址的最高两位A7A6为高电平时其余的地址位将被成为状态标志位而不再是地址位因此操作模式和寻址模式不能兼容也就是说不能同时使用在使用操作模式时必须注意两点第一所有的操作开始于地址0也就是ISD1420的起始地址以后的操作根据操作模式的不同可以从其它地址开始另外在操作模式中当A4=1从录音变换到放音而不是从放音到录音器件地址指针复位到0第二操作模式的执行必须是A7A6为高电平在PALYLPLAYE或REC变为低电平时开始执行当前的操作模式将一致有效直到下一次的控制信号变低并取样地址线上的信息开始新的操作注意对于ISD1400系列最高的地址位都是9脚和10脚 ISD—1998年4月本文章的中文版权归广州周立功单片机发展有限公司所有2001/10/15 ISD1400系列单片20秒周期录/放音语音电路 操作模式描述 可以使用微处理器来控制操作模式也可以直接使用直接连线来实现需要的功能 A0–信息检索 信息检索允许用户在内容跳转浏览而不必关系每个信息的实际物理位置每个控制信号的 低电平脉冲将内部地址指针转移到下一个信息位置这种模式只能在放音中使用通常与 A4操作同时应用 A1–删除EOM结尾标志 A1操作模式允许多次记录的信息组合成一个信息结束标志只出现在最后录制信息的结尾 当配置成这种模式后多次录制的信息在放音时会形成连续的信息 A2–没有使用 A3–循环播放 A3操作模式能够实现自动连续的信息播放播放的信息处于的地址空间的开始 如果一个信息充满了ISD1420则用循环模式可以从头到尾连续的播放PALYE脉冲可以 启动播放PLAYL脉冲可以结束播放 A4–连续寻址 在通常的操作中当放音操作遇到结尾标志EOM时地址指针将复原到0A4操作模 式将禁止地址指针的复位允许信息能连续录制和播放当电路处于静止状态不是处于录 音或放音状态即可的设置该脚为低电平将复位地址指针 A5–没有使用 表4ISD1420操作模式表 地址控制高有效 功能 典型应用 可以同时使用的模式 A0 信息检索 正向信息快进 A4 A1 删除结尾标志 将结尾标志置为最后 A3A4 A2 没使用 A4 循环 从地址0连续放音 A1 A4 连续寻址 录音/放音连续执行 A0A1 A5 没使用 时序图 图2录音 ISD—1998年4月本文章的中文版权归广州周立功单片机发展有限公司所有2001/10/15 ISD1400系列单片20秒周期录/放音语音电路 图3放音1在放音期间REC必须保持为高电平2RECLED在放音期间有结束标志EOM的功能表5最大绝对参数裸片注
1 条件 数值 结温储存温度范围任意管脚的电压范围任意管脚的电压范围(电流限制在20mA)焊接温度(10秒) -Vss1.超出上述范围将会引起器件的永久性损坏 条件下器件的参数将不能得到保证 150-65到+85Vss-0.3V到(+0.3V)Vss-1V到(+1.0V) 300-0.3V到+7.0V处于绝对值会引起器件可靠性降低在这些 表6:操作条件(裸片)条件 数值 商业级温度范围工业级温度范围电源电压
(1) 地电压Vss
(2) 0到+70-40到+85+4.5V到+5.5V 0V
1.VCC=VCCA=VCCD.
2.VSS=VSSA=VSSD. 表7DC参数裸片 符号 参数 最小 典型 最大 单位 条件 VIL 输入低电压 0.8
V VIH 输入高电压 2.4
V VOL 输出低电压 0.4
V IOL=4mA VOH 输出高电压 2.4
V IOH=-1.6mA ICC
操作电流 =5.5V 15 30 mA Rext= ISB 等待电流 0.5 10
A
(3)(4) IIL 输入漏电流
1 IILPD 130 REXT 输出负载阻抗 16 RMIC 麦克输入阻抗
4 9 17 RANA
IN ANAIN输入阻抗 2.5
3 5 APRE1 前置增益
1 20 23 26 APRE2 前置增益
2 -45 -15 AARP ANAIN到SP增益 20 22 25 RAGC AGC输出阻抗 2.5
5 9.5 IPREH 前置输出电流 -
2 IPREL 前置拉电流 0.5 1典型数值TA=25和5.0V2ISD保证全部最大/最小数值但是不是全部参数都进行测试3VCCA和VCCD连接在一起4RECPLAYL和PLAYE必须接到VCCD5XCLK脚 表8AC参数裸片 符号 参数 取样频率 Fs ISD1416 ISD1420 滤波器带宽 FCF ISD1416 ISD1420 录音时间 TREC ISD1416 ISD1420 放音时间 TPLAY ISD1416 ISD1420 TLED1 RECLED
开始延迟RECLED结束延迟 TLED2 ISD1416 ISD1420 TSETTHOLD 地址稳定时间地址保持时间录音上电延迟 TRPUD ISD1416 ISD1420 录音掉电延迟 TRPDD ISD1416 ISD1420 最小 16201620 30403000 典型 3.32.6 538.848.6 26322632 最大 864 95110
A A喇叭负载
K 脚17,18
K dB AGC=0V dB AGC=2.5V dBK mA Vout=1.0V mA VouT=2.0V 单位 KHzKHz KHzKHz 秒秒 秒秒ms msmsnsns msms msms 条件 553dB点
(3)(6)3dB点
(3)(6)
(5)(5) 放音上电延迟 TPPUD ISD1416 26 ms ISD1420 32 ms 放音上电延迟 TPPUD ISD1416 26 ms ISD1420 32 ms 放音掉电延迟 TPPDD ISD1416 6.5 ISD1420 8.1 EOM
脉冲宽度 TEOM ISD1416 12.5 ISD1420 15.625 THD 总非线性失真
1 3 POUT 喇叭输出功率 12.2 VOUT 喇叭脚输出电压范围 1.25 2.5 VIN1 MIC
输入电压 20 VIN2 ANA输入电压 50 1典型数值TA=25和50V 2ISD保证全部最大/最小数值但是不是全部参数都进行测试 3低频截止频率跟外部电容有关见管脚描述 4ANAIN串接5.1K电阻. 5在商业级温度范围和操作电压范围内取样频率和放音时间有 有5℅的变化 6平滑滤波器特性 msms msms mW Vp-p mVmV 1KHz REXT=16REXT=600 峰-峰值
(4)峰-峰值 2.5℅的变化工业级则 典型参数随电压和温度的变化 录音模式电流(ICC) 掉电电流(ISB) 总非线性失真 震荡器稳定度 图4应用范例 范例的功能描述 下面的范例讲解描述了ISD1400器件的工作过程1录制信息 将REC电平变低将从内部存储器空间的开始录制信息如果REC保持低电平录音一直持续直到存储器空间录满这时录音结束如果REC变为高电平电路将自动进入掉电模式2边缘启动放音将PLAYEE变低将从存储器开始或选定的位置开始放音PLAYE的上升沿对操作没有影响如果存储器内部全部录满信息则可以播放内部全部的信息如果到达结束标志EOM电路将停止放音并自动进入掉电模式一个新的PLAYE下降沿将触发另外一个从起始地址的放音3电平触发放音 将PLAYEE变低将从存储器开始或选定的位置开始放音如果存储器内部全部录满信息则可以播放内部全部的信息如果到达结束标志EOM电路将停止放音并自动进入掉电模式一个新的PLAYL下降沿将触发另外一个从起始地址的放音 ISD1400系列单片20秒周期录/放音语音电路 4电平触发放音夭折在放音过程中如果PLAYL电平变为高电平电路将停止放音进入掉电模式另一个PLAYL的下降沿将触发另外一次从起始地址的放音操作 5录音中断放音REC引起的录音操作优先与其它操作任何时间REC信号的变低将引起一次新的录音 操作地址从起始地址或指定的地址不管当前是否进行其它操作6录制信息只占用部分地址空间 如果录制的信息不能占满整个存储空间可以在录制中将REC变为高电平这将导致录音结束并放置EOF结束标志电路进入掉电模式7播放录制的信息整个信息没占满整个空间将PALYE或PLAYL变为低电平将启动一次放音当遇到结束标志EOF时放音结束电路进入掉电模式8RECLED操作在录音操作时RECLED将输出低电平有效的信号可以驱动一个LED表明现在正在进行录音操作如果整个存储器空间录满或REC变为高电平结束录音则RECLED将变为高电平另外在放音过程中如果遇到一个EOF标志RECLED总是输出一个低电平脉冲 应用中的注意事项 一些用户在电路上电时发现会有不希望的录音操作发生或者在充电时如果VCC上升的速度比REC快也会发生这种现象发生这种现象后会影响到原来信息的播放严重的会完全覆盖原来录制的信息为了避免这种现象的发生可以在REC脚和VCC之间放置一个0001uF的电容在上电时REC上的电压接近VCC当电源电压稳定后REC的电平将被电路可靠地设置为高,除非人为的将REC电平拉低这样就能避免错误的进入录音状态由于这种非正常的操作跟多种因素有关例如用户印制板的分布电容因此不是所有的设计都能避免这种现象的发生但是仍然建议在设计中包含这个电容以增加设计的可靠性关于这种现象的更详细的解释见有关应用信息 ISD—1998年4月本文章的中文版权归广州周立功单片机发展有限公司所有2001/10/15