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CP1306 |
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用CP1306实现ADPCM编解码功能
CP1306是启攀微电子(上海)有限公司自行设计开发的一款单路全双工PCM/ADPCM语音编解码芯片，支持模拟语音信号到数字的PCM或者ADPCM编码之间的变换。在工作模式下，芯片的工作电流仅有8mA。同时，CP1306具有待机功能，在待机状态下，芯片仅消耗0.01mA的电流，非常适合以电池为电源的终端设备的应用。
芯片特性和原理
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图1：CP1306的内部框图。(点击放大图) |
CP1306具有如下一些主要特性：工作电压2.7V到3.6V；主时钟频率10.368MHz；全双工的发送/接收工作方式；带16位Σ-Δ ADC和DAC；自主知识产权的专有DSP内核技术实现采样率变换和编解码功能；支持64kbps的G.711(μ律)PCM和32kbps的G.726 ADPCM编码方式；衰减可调的侧音环路；数字可编程的发送增益和接收增益设置，范围是-6dB~+8dB；带有串行的SPI接口，可方便地用外部MCU对该芯片内部的工作寄存器进行设置；采用SSOP30封装。
过采样技术和DSP内核技术是CP1306鲜明的技术特色。CP1306采用了过采样的ADC和DAC技术，在10.368MHz的主时钟频率下，芯片内部对输入的模拟信号以1.152MHz的频率进行采样，经过2阶的∑-△调制器调制后产生1比特的数字信号，送到芯片内部的DSP 内核单元，由DSP内核进行降采样，把采样率逐级下降到8kHz。同时64kbps的PCM信号到32kbps的ADPCM信号的转换也由DSP内核实现，对于输入的32kbps ADPCM信号，由DSP内核负责把它转换成64kbps的PCM信号。对PCM信号进行线性化处理后，采样率升高到1.152MHz，用数字2阶Σ-Δ调制器产生1比特的数字信号，经过模拟的2阶低通滤波器后输出。
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| CLASS="maintext"> 图2：CP1306的典型应用电路图。 |
通常在传统的PCM编解码芯片中，在AD方向，语音信号进入PCM编码器之前，需要经过一个300Hz~3,400Hz的高阶模拟带通滤波器，滤除语音信号中的高频分量和50Hz/60Hz的工频干扰，以防止在以8kHz的频率进行采样时，发生频谱混叠现象；同样，在DA方向，也需要一个高阶的模拟低通滤波器，把DA变换产生的高频镜像频谱滤除。而通过应用过采样技术后，就可以把这些滤波器移到DSP中实现，使得模拟前端的电路结构变得更加简单。
同时，在模拟语音信号到数字的ADPCM信号的转换过程中，一般是使用一块PCM编解码芯片完成模拟语音信号和PCM信号之间的变换，然后再利用一个PCM到ADPCM转换的芯片。而CP1306利用了自行设计的过采样AD/DA技术和专有的DSP内核技术，把两种功能有机地融合在一起，可以直接实现模拟语音信号和ADPCM数字信号之间的转换，这样就提高了系统的集成度，降低了系统的成本。
典型应用
图2是CP1306的典型应用电路：电阻R1和R2的比值可以用来设置发送方向的增益，PCMSO和PCMSI引脚短接，PCMRO和PCMRI短接，这样构成了模拟语音到ADPCM编解码的一个完整的通路。MCU接口只有CSN(片选)、DCLK(数据时钟)、DIN(数据输入)、DOUT(数据输出)四根线，非常简单。通过MCU接口，可以设置发送方向和接收方向的增益、侧音的衰减、发送或者接收的关断、高通滤波器(滤除50/60Hz的工频干扰)的使能等等。在简单应用情况下，也可以不使用MCU接口，只利用RESETN来控制芯片进入工作或者待机状态。
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| CLASS="maintext"> 图3：CP1306在QBOX设备中的应用框图。 |
PCM和ADPCM数据的时钟采用BCLK，BCLK的时钟速率可以由64kHz到2MHz可选。SYNC是帧同步信号，它同时也决定了芯片内部ADC和DAC的信号采样频率，芯片内部工作的时钟由MCLK输入，MCLK和帧同步信号FSYNCC保持一定的比例关系：
F MCLK =FSYNC×1,296
在SYNC的时钟频率为8kHz时，MCLK时钟频率为10.368MHz。
在应用中，可以用一个时钟源分频产生BCLK、SYNC和MCLK，这样可确保MCLK和SYNC的1,296倍关系，当然也可以分别产生它们。
CP1306可以应用在无线便携产品上，例如无绳电话。CP1306的工作电流仅有8mA，在待机时工作电流只有0.01mA，非常适合以电池为电源的终端设备。
目前，中国国内的小灵通市场新推出一种QBOX解决方案，这是一种解决小灵通通话质量和覆盖范围的变通解决方案。小灵通通过QBOX和固话捆绑在一起。从外表看，QBOX和传统的电话没有什么区别，当用户开通“灵通伴侣”业务后，就可以把小灵通手机注册到QBOX上，这样小灵通就作为固话的无绳电话使用。目前，这种QBOX方案已经在国内开始推广，QBOX设备主流供应商在方案中已经使用了CP1306芯片。
作者：孙洪军
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