1、基于 FM2018-380 芯片的抗噪声手持通讯产品设计作者：美国富迪科技公司上海分公司 俞小虎 来源: 电子设计应用 2009 年第 3 期 引言手机用户数量的空前增长，以及使用场合的复杂性，使得环境噪声抑制技术已经成为移动通讯的迫切需求。环境噪声通常包含点噪声和弥散噪声两部分或两者的中和。点噪声距离使用者较近，其幅度和频率的变化较快；弥散噪声则距离使用者较远，而且幅度和频率变化缓慢，如背景噪声。弥散噪声用一个麦克风的技术就可以抑制，而点噪声由于其变化快，需要快速捕捉和抑制，通常需要用两个麦克风阵列进行快速定位，形成空间滤波器快速收敛，并进行噪声抑制( 见图 1)。本文将以 MTK 平台为例
2、，介绍 FM2018-380 在抗噪声手机中的设计要点。图 1 手持模式的抗噪声空间滤波器极性示意图SAM 技术设计要点和一个麦克风的手持应用不一样，阵列麦克风需要考虑两个麦克风之间的灵敏度差异和摆放位置(见图2)。两个麦克风之间的距离大于 60mm。对于近场信号，主麦克风(靠近使用者嘴) 拾取的近场语音信号比参考麦克风( 靠近使用者耳 )大 6dB 以上，对于远场信号( 超过 0.5m 的噪声)，主麦克风和参考麦克风拾取的信号基本一致。根据阵列麦克风之间的差异，通过芯片处理，区别对待近场和远场信号，保留近场有用信号，对远场所有方向的噪声进行抑制。图 2 直板手机麦克风的摆放位置结构设计使两个
3、麦克风的开孔大小一致，保证麦克风腔体的气密性，若有免提通话功能，还需要更多考虑喇叭、麦克风减振等问题。图 3 FM2018-380 在手机的典型应用原理图抗噪声手机的设计以 MTK 的手机平台 (MT6225、 MT6318、MT6319)为例( 见图 3)，主麦克风(MIC0) 和参考麦克风(MIC1)分别需要单独的偏置电路，使用差分信号输入到芯片，麦克风偏置电路需要增加小电容以滤除射频干扰。阵列麦克风信号经 FM2018-380 处理后，经线路输出(LINE_OUT) ，采用假差分电路送到 MT6225 的麦克风输入端(MICP0 ，MICN0)，假差分电路可以减少射频干扰和本地噪声。手机
4、免提喇叭的输出差分信号送到芯片回声消除的参考信号输入端(LINE_IN_P，LINE_IN_N)，用于在免提模式下消除回声。通常需要使用的控制信号包含复位控制(RESET)、省电控制(PWD_LED)和串行主机接口(SHI)。FM2018-380 的所有数字引脚可以承受 3.3V 的电压，可以和 MT6225 的通用输入输出口(GPIO)直接连接而不需要电压转换。使用通用输入输出口来模拟 SHI 接口，控制 FM2018-380，SHI 接口最大支持 400kHz的时钟信号，根据时钟速率选择合适的上拉电阻，时钟速率 100kHz 时电阻 R5、R6 使用 10K，时钟速率400kHz 时电阻
5、R5、R6 使用 2.2K，电阻需要上拉到基带芯片的 2.8V 电源。图 4 FM2018-380 控制状态转换图在手机开机以后，复位控制(RESET)保持为低，1.8V 稳定以后，省电控制 (PWD_LED)为高，MT6225时钟输入到芯片，在省电控制保持 5ms 以后，复位控制(RESET)变成高，等待 10ms 使 FM2018-380 的PLL 稳定以后，基带芯片通过 SHI 口送参数初始化 FM2018-380，完成初始化以后 108ms，省电控制(PWD_LED)为低，使芯片进入到省电状态 (参见图 4)。当来电或拨打电话时，基带芯片通过省电控制(PWD_LED)置高唤醒 FM20
6、18-380，根据参数 0x1E51 第 12 位的值来设定唤醒以后是否要重新下载参数。当值为 0 时，保存参数，自动恢复到省电之前的工作模式；当值为 1 时，软件复位，重新下载参数。手持和免提模式切换，需要复位芯片，切换免提或手持模式的参数。测量手持模式近场语音信号主麦克风(MIC0)和参考麦克风(MIC1)的差别，远场噪声信号主麦克风(MIC0)和参考麦克风(MIC1)的差别，根据两个差别的差值计算空间滤波器的声学模型参数，调整活动语音检测(VAD) 的阈值。当近场讲话时 VAD1 被触发(判断是否存在近场拾音球内语音), 当远场有噪声时 VAD2 被触发(判断是否存在拾音球外部远场噪声)
7、 ，当同时存在近场语音和远场造声时，噪声为主导信号，VAD2 被触发，而有近场语音时，VAD2 不被触发。在模拟嘈杂环境下调整频域的噪声频谱，使主通道参考通道噪声频谱平行，调整频域噪声抑制参数。调整自动音量控制(AVC)功能。通过 SHI 接口，读取 FM2018-380 根据噪声情况提供的参考扬声器音量，改变下行链路的增益，如果扬声器音量已经达到最大值，则读取音调参数改变下行通路的高频段的音调，改善接收器端的可懂度。图 5 FM2018-380 点噪声抑制实际测试效果图性能测试在 MTK 的工程模式音频增强项目里面，将基带的噪声抑制和回声消除关闭，以免影响声音品质和噪声回声抑制效果。采用 I
8、TU-T 推荐标准 P.835 主观测试方法评估包含噪声抑制算法的语音通讯系统，根据标准，对 FM2018-380 处理的语音质量进行测试。噪声等级分别等同于标准麦克风处信噪比在 0dB12dB 之间，通过语音质量评判系统(VJS)对噪声下的语音质量进行评分。图 5 是实际测试的对单点噪声的抑制能力，测试距离分别从 0.3m 到 1.5m，间隔 0.15m，测试角度 0 度、90 度、 180 度、270 度，可以得到各个角度和距离抑制噪声的数值。结语FM2018-380 以定向定距离阵列麦克风(SAM)拾音技术为基础，专门针对抗噪声移动通讯手持设备设计，非常适合 GSM、CDMA 、3G 等抗噪声设计和应用。本文基于这款芯片，以 MTK 手机平台为例介绍了抗噪声手机的设计要点，有很强的实用价值。
