依据I2C总线操控的音频处理电路规划
当时轿车音响与高保真的立体声响响体系中都包括了微处理器电路单元，这为完结音频处理供给了操控接口，可以经过操控接口完结许多需求的功用操控。作为音响体系主体的音频处理电路功用直接决议了整个音响体系质量，规划高功用的音频处理电路是该文的中心部分。
该规划的高功用音频处理电路依据I2C总线操控协议，包括输入多通道挑选、音量操控、高低声响效处理、输出通道平衡度调整等功用，合适应用于高质量轿车音响、高保真收音机、彩电、家庭组合音响体系。
1 电路模块的规划
高保真音响体系的体系结构图如图1所示．其间音频处理电路的规划和功率扩大器的规划往往是使用不同的芯片来完结的。
依据高保真立体声高档音响体系对音频处理电路的要求．该文规划的高功用音频处理电路的首要结构框图如图2所示。音频处理器可在I2C总线操控下对四路独立的立体声输入信号进行挑选，然后进行主音量的操控、低声操控、高音操控以及四路立体声输出平衡度调整等。
1．1 I2C总线操控规划
I2C总线是Philip公司创造的一种高功用芯片间同步传输总线，仅需求串行数据线SDA和串行时钟线SCL两根信号线就完结了双向同步数据传输，能十分方便地构成多机体系和外围器材扩展体系。数据的有用传送是在时钟线为高电平时，数据线上的数据有必要保持稳定，只要在时钟为低电平时数据才答应改动。该规划选用的I2C经过数据线传送的每个字节有必要是8位的，每一字节之后有必要紧跟一个应对位，字节的最高位最早传送。
音频处理器芯片接纳I2C总线发送的字节，首要辨认地址位，在地址位有用的情况下辨认操控位，再依据操控位的指令完结通道挑选、音量调理、高低声调理、输出通道平衡度等音效处理的操控功用。
1．2 输入通道挑选规划
在音频体系中往往有许多独立的音源有必要经过音响处理，如在轿车音响体系中，来至收音机、CD、MP3、TV等的不同声响都需求经过音响处理音效，这就要求高功用的音频处理器可以在不同音源之间完结切换。该规划音频处理器选用I2C总线传输的数据操控指令，完结不同音源之间的切换；首要原理图如图3所示。微处理(MCU)经过I2C总线向音频处理芯片发送操控数据。音频处理器芯片接纳I2C总线传输的数据，经过译码电路操控挑选的音源通道开关的开与关，完结输入通道挑选的功用。一起依据操控字调理电阻巨细决议扩大器的扩大倍数决议音频信号的起伏巨细。
1．3 音量操控规划
在音频处理器中，音量的调理是最基本的功用。完结I2C总线操控的数字式音量调理的首要原理如图4所示。
当操控字译码后翻开开关SK，此刻的取样电阻值为RX，总衰减电阻为Rall，则输出信号与输入信号的电压关系为AV=Vout／VIN=RX／Rall；微处理器经过发送不同的操控值操控不同的开关导通完结不同的电压增益，完结终究的音量调理的意图。
1．4 高、低声频率响应电路规划
高功用音频处理器要求对不同频率的音频信号有不同的频率响应；尤其是高音和低声要求有不同的频率处理电路完结音效处理功用。文献[6]给出了依据两个运放单元的高、低声处理电路原理；但这种规划左右声道的高、低声处理电路中就有必要包括4个运放单元，很大程度上增加了地图面积和芯片本钱。在此选用交叉开关对完结了运放复用的功用，只使用一个运放单元就完结了信号的扩大和衰减，很大程度地降低了芯片本钱。
低声部分的频率处理电路首要原理如图5所示，首要经过有源运算扩大器外接二阶R，C带通滤波器来完结。当需求对低声信号进行衰减时，翻开图5所示AV<0的开关对，此刻的等效电路如图6(a)所示，经过运放缓冲驱动无源滤波器；当需求对音频信号衰减时，翻开图5所示AV>0的开关对，此刻的等效电路如图6(b)所示，交流了滤波器的输入／输出。
无源滤波器由内部的电阻阵列、外接电容电阻组成，电路原理图如图7所示。
依据式(3)的滤波器传输函数可知，经过外接电阻电容值的选取可完结低声峰值频率的设定；内部的分压电阻在I2C总线操控译码的作用下，挑选不同的分压份额完结不同的电压增益；最上端的开关对经过调理交流滤波器的输入／输出，完结对输入的音频信号增强和衰减。
高音部分的频率处理电路首要原理如图8所示，首要经过内部有源运算扩大器、交叉开关对、增益操控电阻、外接串连R，C完结高音部分音频信号的频率响应。选用低声操控电路的剖析办法可见，上述的开关对完结了高音信号的衰减和增强的意图。
高音处理的滤波器由内部电阻阵列、外接电阻、外接电容组成，电路原理图如图9所示。
由阻抗分压特性可知滤波器的传输函数：
式中：
由传输函数(4)可知：外接的串连分立电阻电容可完结高音峰值频率的设定；内部分压电阻在I2C总线操控译码的作用下操控不同的开关导通，完结不同的分压份额决议信号的增益巨细；最上端的交叉开关对经过改动滤波器的输入和输出，调理整个电路模块对音频信号的增强仍是衰减。
1．5 输出通道平衡度调整规划
高功用的音频处理器要求多声道输出驱动不同的音响体系完结立体声作用，这儿音频处理器完结了4路独立的音频信号输出，可驱动4个不同的音响，且不同支路的音频信号在I2C总线操控下完结不同的衰减处理，到达完结调整通道之间的平衡度的意图。由结构框图(图2)所示，将这四路音频输出通路别离称为右前置、右后置、左前置、左后置等。
2 地图规划和测验成果
2．1 地图规划
这儿规划的音频处理器芯片选用CMOS工艺完结了低功耗、高功用、低失真度等特色，选用CANDENCE的地图制作东西完结了地图规划，整个地图如图10所示。在地图规划中要考虑左右声道的音频信号间的阻隔削减声道之间的串绕影响；一起留意音频信号线同I2C操控线之间的阻隔，防止在不同的操控形式下发生噪声搅扰；最终在优化功用的一起尽量优化地图面积削减芯片的本钱。
2．2 测验成果
这儿规划的音频处理器电路经流片、封装、测验各项方针完结且到达了预订的方针。
测验阐明：
(1)增益操控的丈量；经过微处理器向电路发送不同的I2C操控指令，在音频输入端加频率为1 kHz、峰峰值为100 mV的正弦信号，在不同的操操控下测验输出节点的信号波形峰峰值，使用峰峰值核算各级的增益，得到表1的测验成果。
(2)高低声频率响应的测验；经过微处理发送指令使得音频电路处于高低声操控形式，经过改动输入信号的频率，峰峰值设定为100 mV的正弦信号，在不同增益操控级别下测验不同频率信号下的输出信号峰峰值，从而核算该频率和增益级别下的增益。使用测验得到的数据制作频率响应曲线如图11所示。
3 结 语
在此详细剖析了高功用音频处理器的功用要求．依据各功用要求规划了完结各功用要求的电路结构，规划完结了一款应用于轿车音响及家用文娱音响体系的音频处理器芯片，该芯片极高的性价比使其具有宽广的商场空间。
