Układy serii
ISD1200 / ISD1400
Opis ogólny
Układy firmy Information Storage Devices (ISD) serii ISD1200/1400 ChipCorderTM są jednoukładowymi rejestratorami/odtwarzaczami krótkich komunikatów dźwiękowych, zapewniającymi wysoką wierność odtwarzania. Układy, wykonane w technologii CMOS, zawierają wbudowany oscylator, przedwzmacniacz mikrofonowy, układ automatycznej regulacji wzmocnienia (ARW), filtr antyaliazingowy, filtr wygładzający i wzmacniacz głośnikowy. Podsystem rejestracji/odtwarzania dźwięków w minimalnej konfiguracji składa się z odpowiedniego układu ISD, mikrofonu, głośnika, kilku elementów biernych, dwóch włączników (push-button) i źródła zasilania. Informacje przechowywane są w komórkach pamięci nieulotnej. Dzięki technice bezpośredniej rejestracji sygnałów dźwiękowych (Direct Analog Storage Technology - DAST), sygnały audio są zapamiętywane bezpośrednio w ich naturalnej, analogowej formie w pamięci EEPROM. Taki sposób zapisu umożliwia odtwarzanie dźwięków o naturalnym brzmieniu w oparciu o jeden układ scalony.
Układy serii ISD1200/1400
Typ układu |
Maksymalny czas trwania komunikatu [s] |
Częstotliwość próbkowania [kHz] |
Górna
częstotliwość pasma [kHz] |
ISD1210 |
10 |
6,4 |
2,7 |
ISD1212 |
12 |
5,3 |
2,3 |
ISD1416 |
16 |
8,0 |
3,4 |
ISD1420 |
20 |
6,4 |
2,7 |
Właściwości
- Łatwość
realizacji jednoukładowego rejestratora/odtwarzacza dźwięku.
Nie wymagane dodatkowe układy scalone. Zminimalizowana ilość
elementów zewnętrznych
- Wysoka wierność odtwarzania dźwięków
- Klawiatura lokalna. Odtwarzanie inicjowane zboczem lub poziomem
- Przechowywanie informacji również po wyłączeniu zasilania.
Zbędne bateryjne podtrzymywanie zasilania
- Możliwość przechowywania informacji przez 100 lat (typowo)
- Możliwość wykonania 100 tysięcy cykli zapisu (typowo)
- Wewnętrzny zegar
- Nie wymagane systemy programowania i uruchamiania
- Pełna adresowalność umożliwiająca operowanie wieloma
zapisanymi informacjami
- Automatyczne przechodzenie do trybu obniżonej mocy (Standby).
Wchodzenie w tryb Standby niezwłocznie po zakończeniu cyklu
zapisu lub odczytu. Pobór prądu w trybie Standby 0,5uA (typowo)
- Jedno napięcie zasilania
- Dostępne typy obudów: DIP, SOIC i moduł do montażu na
płytce (COB)
Schemat blokowy
Schemat blokowy układów ISD
1200/1400
Informacje szczegółowe
Czynności
podstawowe
Układy serii ISD1200/1400 ChipCorder są sterowane
pojedynczym sygnałem zapisu REC i dwoma sygnałami odtwarzania
(sterowanymi przyciskami push-button): PLAYE - inicjowanie
zboczem, PLAYL - inicjowanie poziomem. Układy te są
skonfigurowane tak, by projekt w zastosowaniach do pojedynczej
informacji był jak najprostszy. Użycie linii adresowych
umożliwia pracę z informacją wielokrotną.
Jakość
zapisu/odtwarzania
Opatentowana przez ISD technologia DAST zapewnia naturalny
zapis i odtwarzanie dźwięków. Wejściowe sygnały dźwiękowe
są zapamiętane bezpośrednio w komórkach nieulotnej pamięci
EEPROM i odtwarzane bez efektów syntetycznych, często
słyszalnych w rozwiązaniach cyfrowych. Cała próbka jest
zapamiętana w pojedynczej komórce, minimalizując obszar
pamięci niezbędny do przechowania zapisu o danym czasie
trwania.
Tryb
obniżonego poboru mocy
Po zakończeniu cyklu odtwarzania lub zapisu, układy serii
ISD1200/1400 automatycznie przechodzą do trybu Standby o
obniżonej mocy, pobierając w nim typowo prąd o wartości
0,5uA. W trakcie cyklu odtwarzania wartość mocy strat maleje
automatycznie, gdy kończy się informacja. W czasie trwania
cyklu zapisu moc obniża się po zmianie poziomu sygnału REC z
niskiego na wysoki.
Adresowanie
Oprócz prostego odtwarzania informacji układy serii
ISD1200/1400 zapewniają pełne możliwości adresowania. W
układach serii ISD1200 matryca pamiętająca posiada 80
oddzielnych segmentów adresowalnych, podczas gdy dla serii
ISD1400 matryca ta posiada 160 oddzielnych segmentów
adresowalnych. Poszczególne układy zapewniają następujące
rozdzielczości:
Nazwa układu |
Rozdzielczość |
ISD1210 |
125ms |
ISD1212 |
150ms |
ISD1416 |
100ms |
ISD1420 |
125ms |
Rozmieszczenie wyprowadzeń układów ISD 1200/1400
Opis wyprowadzeń
Uwaga.
Zbocze narastające sygnałów: REC, PLAYL i PLAYE jest blokowane
na 50ms w celu zabezpieczenia przed fałszywym wyzwoleniem
włącznikiem push-button.
Wejście
zapisu (REC)
Aktywnym poziomem sygnału na wejściu REC jest poziom niski.
Zawsze więc, gdy sygnał jest na poziomie niskim układ dokonuje
zapisu. Sygnał ten nie może zmienić się w trakcie
zapamiętywania informacji. Sygnał REC jest priorytetowy w
stosunku do sygnałów odtwarzania (PLAYE i PLAYL). Jeśli w
czasie odtwarzania na wejściu REC pojawi się właściwy sygnał
(o poziomie niskim) proces zostaje niezwłocznie przerwany i
rozpoczyna się zapisywanie. Cykl zapisu zostaje zamknięty, gdy
sygnał na wejściu REC przyjmuje znów poziom wysoki. Znacznik
końca informacji jest zapisywany wewnętrznie, właściwie
opóźniając przyszły cykl odtwarzania. Pojawienie się
sygnału o poziomie wysokim na wejściu REC powoduje automatyczne
przejście układu do stanu o obniżonym poborze mocy (Standby).
Wejście
odtwarzania inicjowanego zboczem (PLAYE)
Cykl odtwarzania rozpoczyna się od wykrycia na wejściu PLAYE
zbocza opadającego sygnału sterującego. Odtwarzanie jest
kontynuowane od momentu pojawienia się znacznika końca
informacji lub wyczerpania końca pamięci.
W końcu cyklu odtwarzania układ automatycznie wchodzi w stan
Standby. Zmiana sygnału PLAYE na wysoki w czasie trwania cyklu
odtwarzania nie powoduje jego zawieszenia.
Wejście
odtwarzania inicjowanego poziomem (PLAYL)
Cykl odtwarzania rozpoczyna się w momencie, gdy sygnał na
wejściu PLAYL zmienia poziom z wysokiego na niski. Odtwarzanie
jest kontynuowane do momentu pojawienia się wysokiego poziomu
sygnału PLAYL, znacznika końca informacji lub wyczerpania
obszaru pamięci. W końcu cyklu odtwarzania układ automatycznie
wchodzi w tryb Standby.
Uwaga.
Jeśli w czasie odtwarzania sygnał PLAYE lub sygnał PLAYL jest
na poziomie niskim i jednocześnie występuje sygnał EOM, układ
zostaje wprowadzony w stan Standby, a praca oscylatora
wewnętrznego oraz generatora taktującego zostaje zatrzymana.
Jednakże narastające zbocze sygnału PLAYE i poziom wysoki
PLAYL, nie będą dłużej blokowane i każde następne zbocze
pojawiające się na wejściach rozpocznie kolejny cykl
odtwarzania.
Wyjście
wskaźnika zapisu (RECLED)
W czasie trwania cyklu zapisu na wyjściu RECLED występuje
sygnał o poziomie niskim. Może być on użyty do wysterowania
diody elektroluminescencyjnej LED, dostarczając informacji, że
cykl zapisu jest w toku. Dodatkowo, kiedy w cyklu odtwarzania
napotkany zostanie znacznik końca informacji, na wyjściu RECLED
pojawia się krótki impuls ujemny.
Wejście
mikrofonowe (MIC)
Mikrofon łączy się zwykle z tym wyprowadzeniem (MIC)
przez szeregowy kondensator. Wybierana przez użytkownika
wartość kondensatora wraz z rezystancją wewnętrzną układu
(10k omów), określają dolną częstotliwość graniczną dla
układów serii ISD1200/1400.
Mikrofonowe
wejście odniesienia (MIC REF)
Poziom szumów przy nagrywaniu jest znacząco redukowany,
gdy wyprowadzenie MIC REF zostaje sprzężone dla prądów
zmiennych z masą mikrofonu. Jeśli wyprowadzenie nie jest
wykorzystywane, nie można podawać na nie jakiegokolwiek
sygnału lub napięcia i musi pozostać niepodłączone.
Wyjście
analogowe (ANA OUT)
Sygnał mikrofonowy zostaje wzmocniony i wyprowadzony na
końcówkę ANA OUT. Wzmocnienie napięciowe przedwzmacniacza
jest określane poziomem napięcia na wyprowadzeniu automatycznej
regulacji wzmocnienia (AGC). Przedwzmacniacz dysponuje
maksymalnym wzmocnieniem ok. 24dB dla małych poziomów sygnału
wejściowego.
Wejście
analogowe (ANA IN)
Wyprowadzenia ANA IN i ANA OUT są zwykle łączone ze sobą
przez kondensator zewnętrzny. Wartość pojemności zewnętrznej
może być dobrana przez użytkownika. Wpływa ona, wraz z
impedancją wejściową ANA IN (3k omy), na częstotliwość
dolną pasma zapisywanych dźwięków. Wejście ANA IN może być
również wykorzystywane do wprowadzenia, przez kondensator
sprzęgający, sygnałów analogowych ze źródeł alternatywnych
(zamiast sygnału mikrofonowego).
Wejście
automatycznej regulacji wzmocnienia (AGC)
Celem automatycznej regulacji wzmocnienia jest dynamiczne
dostosowanie wzmocnienia przedwzmacniacza mikrofonowego do
zmieniającej się dynamiki sygnału wejściowego. Umożliwia to
rejestrację dźwięków o szerokim zakresie poziomów
głośności z minimalnymi zniekształceniami. Wykorzystanie
automatycznej regulacji wzmocnienia wymaga zastosowania
elementów zewnętrznych: rezystora i kondensatora, które
powinny być włączone równolegle między wyprowadzeniem AGC i
masą. Nominalne wartości tych elementów, odpowiednio 470k
omów i 4,7uF, zapewniają satysfakcjonujące wyniki w
większości przypadków.
Czas zadziałania układu ARW (attack time) jest określony przez
stałą czasową rezystora wewnętrznego (5k omów) i
kondensatora zewnętrznego. Czas zwolnienia układu (release
time) określa stała czasowa zewnętrznego rezystora i
zewnętrznego kondensatora. Dla napięć mniejszych od 1,5V
wzmocnienie przedwzmacniacza, regulowane przez ARW, jest
największe i wynosi 24dB. Zmniejszanie tego wzmocnienia
rozpoczyna się przy przekroczeniu przez napięcie wejściowe
wartości ok.1,8V.
Jeśli funkcja automatycznej regulacji wzmocnienia jest
niepożądana, wyprowadzenie AGC może być zwarte do masy i
wówczas wzmocnienie przedwzmacniacza utrzymywane jest na
maksymalnym poziomie 24dB. Jeśli przewiduje się pracę układu
z napięciami o wartościach powyżej 5,5V, między wyprowadzenia
20 i 21 należy wprowadzić, szeregowo z kondensatorem, rezystor
5,1k oma. Pozwoli to zminimalizować zniekształcenia.
Wyjścia
głośnikowe (SP+, SP-)
Wyprowadzenia SP+ i SP- służą do bezpośredniego
wysterowania głośników o impedancji 16 omów. Można
wykorzystywać wyjścia pojedynczo, ale sterowanie głośników
jednocześnie z obu przeciwnie spolaryzowanych wyjść zwiększa
maksymalną moc oddawaną do obciążenia 4-krotnie. Przy
wykorzystaniu tylko jednego wyprowadzenia głośnikowego wymagane
jest sprzężenie pojemnościowe między końcówką SP i
głośnikiem. Kondensator sprzęgający nie jest konieczny, gdy
używane są oba wejścia głośnikowe. W czasie trwania cyklu
zapisu wyjścia głośnikowe pozostają w stanie wysokiej
impedancji, a w trybie obniżonego poboru mocy są utrzymywane na
poziomie masy analogowej VSSA.
Wejście
zegara zewnętrznego (XCLK)
W standardowych zastosowaniach wejście zegara zewnętrznego
jest zwarte z masą. Jeśli jednak zachodzi potrzeba
wykorzystania zegara o większej stabilności (zegar wewnętrzny
ma tolerancję (+/-)2,5% w całym zakresie temperatur i
napięć), układ może być taktowany z zewnętrznego źródła
impulsów zegarowych. Jeśli wejście XCLK pozostaje
niewykorzystane powinno być zwarte z masą.
Wejścia
zasilania (VCCA, VCCD)
Dla zmniejszenia szumów w układach rodziny ISD1200/1400,
szyny zasilające zostały rozdzielone na analogową i cyfrową.
Ścieżki zasilające powinny być połączone ze sobą jak
najbliżej zasilacza, jednocześnie kondensatory odsprzęgające
powinny być umieszczone jak najbliżej układu scalonego.
Wyprowadzenia
masy (VSSA, VSSD)
W celu zmniejszenia szumów, podobnie jak w przypadku
zasilania, w układach serii ISD1200/1400 rozdzielono szyny masy
analogowej i cyfrowej. Wyprowadzenia obu mas powinny być zwarte
jak najbliżej układu.
Wejścia
adresowe (A0-A7)
Wejścia adresowe spełniają dwie funkcje zależnie od
stanów dwóch najbardziej znaczących bitów (MSB) adresu.
Jeżeli choć jedna z dwóch najbardziej znaczących linii
adresowych jest w stanie niskim, wówczas wszystkie wejścia są
interpretowane jako adres dla bieżącego cyklu zapisu lub
odczytu. Wyprowadzenia adresowe są jedynie wejściami i nie
umożliwiają odczytania aktualnego stanu wskaźnika adresowego.
Wejścia adresowe są zatrzaskiwane opadającymi zboczami
sygnałów PLAYE, PLAYL lub REC.
Tryby pracy
Układy serii
ISD1200/1400 posiadają kilka wbudowanych trybów pracy w celu
zwiększenia ich funkcjonalności i minimalizacji ilości
dodatkowych elementów zewnętrznych. Tryby pracy są wybierane
poprzez wejścia adresowe tak, aby wykorzystywane były adresy,
które wskazują ponad obszar wewnętrznej pamięci. Gdy dwa
najbardziej znaczące bity adresowe (MSB) są w stanie wysokim,
wówczas linie adresowe są wykorzystywane do wyboru trybu pracy,
a nie adresowania komunikatów. Dlatego wybór trybu pracy i
adresowanie bezpośrednie nie mogą być realizowane
równocześnie. Przy wybieraniu trybów pracy ważne są dwie
informacje. Po pierwsze, wszystkie operacje rozpoczynają się
początkowo od adresu 0, który określa początek przestrzeni
adresowej układów ISD1200/1400. Następne operacje mogą
rozpoczynać się od innych adresów zależnie od wybranych
trybów pracy. Dodatkowo, wskaźnik adresowy jest kasowany, gdy
zmieniany jest cykl pracy z zapisu na odtwarzanie i odwrotnie lub
gdy układ jest w stanie obniżonego poboru mocy. Po drugie,
wybrany tryb pracy jest aktywowany opadającym zboczem jednego z
sygnałów sterujących: PLAYE, PLAYL lub REC przy występującym
jednocześnie stanie wysokim na dwóch najstarszych bitach
adresowych. Operacje trybu pracy są wykonywane aż do
następnego opadającego zbocza, które spowoduje wczytanie
adresu lub następnego trybu pracy.
Uwaga.
Dwa najstarsze bity (MSB) adresu przypadają na wyprowadzenia 9 i
10 każdego układu rodziny ISD1200/1400.
Opis trybów pracy
Tryby pracy mogą być zmieniane przez np. mikrokontroler lub mogą być wybrane na stałe poprzez połączenia na płytce drukowanej.
A0 -
odtwarzanie informacji (tylko PLAYE lub PLAYL)
Tryb ten umożliwia użytkownikowi szybkie przeszukiwanie
komunikatów bez potrzeby znajomości ich fizycznego
rozmieszczenia w pamięci. Każdy impuls sterujący o niskim
poziomie powoduje przejście wewnętrznego wskaźnika adresów do
adresu następnej informacji. Tryb ten powinien być używany
tylko w cyklu odtwarzania i zazwyczaj wykorzystuje się go razem
z trybem A4.
A1- kasowanie
znaczników EOM (tylko REC)
Umożliwia łączenie wielu kolejno rejestrowanych
informacji w jedną, poprzez wykasowanie znaczników końca
informacji EOM (z wyjątkiem znacznika ostatniej informacji). Po
wybraniu trybu A1 zarejestrowane informacje są odtwarzane jako
jeden przekaz.
A3 -
zapętlanie komunikatu (tylko PLAYE lub PLAYL)
Tryb pracy A3 umożliwia automatyczne, ciągłe odtwarzanie
komunikatu zapisanego na początku przestrzeni adresowej
pamięci. Komunikat może wypełniać całą pamięć układów
ISD1200/1400.
A4 - Kolejne
adresowanie
W czasie normalnej pracy wskaźnik adresowy jest kasowany po
napotkaniu znacznika EOM. W trybie A4 zerowanie wskaźnika
adresowego jest wyłączone, co pozwala na odtwarzanie kolejno
nagranych komunikatów.
Opis funkcjonalny
Opisana poniżej przykładowa sekwencja działań przedstawia własności funkcjonalne układów serii ISD1200/1400.
Zapis
informacji - całkowite zapełnianie przestrzeni adresowej
Wystąpienie poziomu niskiego sygnału na wejściu REC
rozpoczyna cykl zapisu informacji od początku przestrzeni
adresowej. Jeśli poziom niski na wejściu REC utrzymuje się
wystarczająco długo, to zapis trwa aż do całkowitego
zapełnienia przestrzeni adresowej, po czym zostaje przerwany.
Układ przechodzi w stan obniżonego poboru mocy wraz ze zmianą
na wysoki stanu sygnału REC.
Odtwarzanie
inicjowane zboczem
Wykrycie na wejściu PLAYE zbocza opadającego sygnału
sterującego inicjuje cykl odtwarzania informacji od początku
obszaru adresowego. Pojawienie się na wejściu PLAYE zbocza
narastającego nie wpływa na działanie układu. Kiedy układ
osiąga końcowy adres informacji automatycznie przechodzi w tryb
obniżonej mocy. Następne zbocze opadające sygnału na wejściu
PLAYE rozpoczyna nowy cykl odtwarzania od adresu początkowego.
Odtwarzanie
inicjowane poziomem
Występujący na wejściu PLAYL sygnał sterujący o
poziomie niskim powoduje inicjację cyklu odtwarzania od
początku przestrzeni adresowej. Jeśli sygnał PLAYL pozostaje w
stanie niskim wystarczająco długo, to układ odczytuje daną
informację do końca i przechodzi w tryb obniżonego poboru
mocy.
Przykład aplikacji 'push - button'
Odtwarzanie
inicjowane poziomem - przerywanie
Jeżeli w czasie trwania cyklu odtwarzania sygnał na
wejściu PLAYL przejdzie w stan wysoki, to układ przerywa odczyt
informacji i przechodzi w stan obniżonej mocy. Kolejne
opadające zbocze na wejściu PLAYL rozpocznie nowy cykl odczytu
od właściwego adresu początkowego.
Zapis -
przerywanie odtwarzania
Sygnał zapisu REC jest priorytetowy w stosunku do innych
sygnałów sterujących. Każdy stan niski sygnału na wejściu
REC rozpoczyna nowy cykl zapisu od adresu początkowego,
niezależnie od trybu, w jakim układ aktualnie się znajduje.
Zapis
informacji - częściowe zapełnienie przestrzeni adresowej
Operacja zapisu nie wymaga każdorazowego zapełniania
całej przestrzeni adresowej. Zmiana stanu sygnału REC z
niskiego na wysoki przed całkowitym wypełnieniem przestrzeni
adresowej powoduje wstrzymanie cyklu zapisu i wprowadzenie
znacznika końca komunikatu. Układ automatycznie przechodzi w
stan obniżonego poboru mocy.
Odtwarzanie
kolejnych komunikatów z przestrzeni adresowej
Przejście jednego z sygnałów odtwarzania (PLAYL lub
PLAYE) w stan niski rozpoczyna cykl odczytu informacji, który
kończy się po napotkaniu znacznika końca danego komunikatu.
Układ przechodzi w stan obniżonej mocy strat.
Wykorzystanie
wyjścia RECLED
Wyprowadzenie RECLED może być wykorzystane do sterowania
diody elektroluminescencyjnej jako wskaźnika cyklu zapisu.
Stanem aktywnym na tym wyjściu jest stan niski. Sygnał RECLED
przechodzi w stan wysoki wraz z sygnałem REC lub, gdy zapis
zakończył się na skutek zapełnienia przestrzeni adresowej.
Informacje aplikacyjne
Przy włączaniu
zasilania lub wymianie baterii może się zdarzyć, że napięcie
Vcc będzie narastać szybciej niż sygnał REC, co spowoduje
rozpoczęcie niepożądanego cyklu zapisu, który kończy się po
ustaleniu napięć. Na początku obszaru pamięci zostanie
zapisany "fałszywy" znacznik końca informacji (EOM).
Spowoduje to utratę komunikatu zapisanego wcześniej na
początku przestrzeni adresowej. Aby zapobiec niepożądanemu
uaktywnianiu się cyklu zapisu, należy między wyprowadzeniem
REC i Vcc umieścić kondensator (ok.1nF). Spowoduje to bowiem
podnoszenie napięcia na końcówce REC wraz ze wzrostem Vcc.
Ponieważ wystąpienie opisanej sytuacji zależy m.in. od takich
czynników, jak pojemności użytej płytki drukowanej, w
niektórych projektach zjawisko "fałszywego" znacznika
nie wystąpi. Zastosowanie kondensatora jest jednak zalecane dla
zwiększenia pewności prawidłowego działania układu.
.
[ Strona główna | Uwagi ]