新型人机对话接口与音频数据转换器技术及选用

1、新型人机对话接口与音频数据转换器是消费类应用发展的需要

　　人机交互信息技术的高速发展给人类生产、生活带来了广泛而深刻的影响。“上网冲浪”、“数码相机”、“PDA”、“优盘”、“彩屏手机”、“蓝牙技术”等新产品、新概念层出不穷，不断冲击着人们的视听。这些高科技成果为人们带来便捷和快乐，同时也促进着人机交互技术的发展。而伴随人机交互输入设备的触摸屏控制器与音频数据转换器也有了新的发展和突破。

　　如今已有为人机对话,如PDA、因特网工具和Smartphone(智能型电话)多媒体教学等消费类应用产品提供了集成度日益提高系列的低功耗、高性能阻性触摸屏接口/控制器等也应运而生。它们是简单的四线式和五线式分立型解决方案，以及具有触摸屏/音频处理器的高集成度器件、小键盘和其他专用功能的高集成度器件。值此本文将新型人机对话接口-高性能阻性触摸屏控制器技术与之相关的音频数据转换器选用作分析介绍。首先应对触摸屏控制器有关技术及选择作介绍。

1.1高性能阻性触摸屏控制器技术

　　触摸屏作为一种新的入设备,是目前简单、方便、自然的一种人机交互方式.它的应用范围非常广泛,除了上述之外,还在公共信息(电信、税务、银行、电力)的业务查询、工业控制及军事指挥等施展本领。

*基本技术

　　触摸屏之所以有如此功能,主要触摸屏能够在一定的区域(通常是50—75mm距离)内感应接触，并将这种接触信号转发给计算机处理。目前，触摸屏已应用到笔记本电脑上，可以替代鼠标。触摸板通过电容感应来获知用户的手指移动情况，对手指热量并不敏感。当手指接触到屏面时，屏面上的静电场会发生改变。触摸屏传感器只是一个印在板表面上的手指轨迹传导线路。而在触摸屏表面下的一个特殊集成电路板会不停地测量和触摸的轨迹，从而获知用户手指的动作和位置。

　　当然使用触摸屏时，必须首先用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输人。

*组成

　　触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。

*四线式高性能阻性触摸屏控制器

　　这种触摸屏利用压力感应进行控制。电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜,见图0(a)所示。它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属(透明的导电电阻)导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层，它的内表面也涂有一层涂层，在它们之间有许多细小的(小于1/1000英寸)的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。

　　当手指触摸屏幕时(如图0(b)所示)，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有一个接触，因其中一面导电层接通y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比即可得触摸点的y轴坐标。同理得出X轴的坐标。

　　四线电阻式触摸屏，其两层导电层都是ITO(氧化铟)涂层，在每层的两边缘各涂一条银胶，一端加5V电压，另一端加0V，即能在该透明工作面的一个方向上形成均匀连续的平行电压分布，见图0(c)所示。四线电阻式触摸屏的两层ITO工作面工作时，都加上5V到0V的均匀电压分布场；触摸屏的引出线共有4条，四线电阻式触摸屏由此得名。当A面加竖直方向的电压场时，B面作为测量触摸点电压的探头；B面加水平方向的电压时，A而作探头。

1.2新型触摸屏控制器的选用

1.21 触摸屏控制器

　　TSC2003是四线式阻性触摸屏控制器。它还可对两节电池进行直接测量，并具有两个辅助模拟输入以及温度测量和触摸压力测量功能。TSC2003具有片上2.5V基准，该基准可被用于辅助输入、电池监视器和温度测量模式。该基准在不用时还可以断电，以节省电力。这个内部基准将能够在低至2.7V的电源电压条件下工作，并监视0.5V-6V的电池电压。图1为TSC2003是四线式阻性触摸屏控制器功能方框图。

　　*其主要特点为：直接电池测量(0.5V-6V)；有片上温度测量和触摸压力测量；工作电压为2.5V至5.5V工作电压及内部2.5V基准；具有I2C接口支持,即标准、快速和高速模式；自动断电；封装型式为TSSOP-16和VFBGA-48。

　　*其应用可在PDA、便携式仪器、销售点终端、无线寻呼机、触摸屏监视器及蜂窝电话等方面均适用。

1.22具有扬声器放大器和音频编解码器的可编程触摸屏控制器

　　TSC2101是”智能型”触摸屏控制器与音频功能的高度集成的产物，主要针对Smartphone应用。“智能型”触摸屏控制器包括12位ADC、四线式阻性触摸屏用驱动器、可编程基准、辅助设备/电池监视，并具有扩充可编程性；即：ADC分辨率、求平均和模拟定时控制。TSC2101的音频子系统包括具有硬件自动增益控制功能的立体声DAC和单声道ADC、立体声16Q头戴式耳机驱动器、32Ω电话受话器驱动器、桥接8Ω扬声器驱动器和单声道输出。可提供6个模拟输入，并能够针对单端或差分操作进行配置。此外，全可编程PLL允许由所采用的任何频率范围在2MHz至50MHz的主时钟来十分灵活地生成音频时钟。

　　该器件采用用于触摸屏、测量和音频控制的串行SPI总线以及用于音频数据传输的I2C总线。

　　*其主要特点为：带驱动器的四线式触摸屏接口；可用于转换的可编程自控定时发生和可编程测量转换分辨率(高达12位)和求平均；具有片上温度和电池测量(高至6V)；具有硬件自动增益控制(AGC)功能、采样速率高达48kSPS的立体声音频DAC和单声道音频ADC；

　　为立体声16Ω头戴式耳机驱动器、单声道8Ω扬声器驱动器、单声道32Ω接收机驱动器和单声道线路输出；可针对单端或全差分操作对六个音频输入进行配置；其SPI接口用于控制，I2C总线用于音频数据传输；封装型式为48引脚7X7mmQFN

　　*可在智能型电话和PDA、蜂窝电话及MP3播放机上得到应用。

2、音频数据转换器的选用

　　音频市场专注于模拟和数字领域中的高质量音频信号的录制、信号处理和重放。专为高性能音频领域而设计的IC包括可编程模拟音量控制器、音频数据转换器和数字接口产品。这些是音频系统基本的标准组件．凭借不断壮大的产品线以及多年积累起来技术专长，音频设计将会更上一层楼。

2.1高性能，24位、216kHz，四通道音频ADC

　　PCM4204是专为音频应用而设计的高性能、四通道ADC。它支持采样频率高达216kHz的24位线性PCM输出数据。它也可通过配置而为两个通道输出经过64倍或128倍过采样的一位直接流数字(DSD)数据。PCM4204同时也是DVD-audio和超级音频CD(SACD)录音应用的理想选择。PCM4202是PCM4204的两通道版本。

　　*其主要特点为：动态范围为118dB；总失真与噪声(THD+N)为105dB；有24位PCM(脉冲编码调制)或一位DSD输出；可支持高达216kHz的PCM采样频率和支持64倍和128倍DSD输出；为全差分输入；是低功耗：600mW(当fs为48kHz时),660mW(当fs为96kHz时)；封装型式汐为HTQFP-64。

　　*可在演播室设备、现场声音处理、演播室录音、、后期制作、特殊效果处理、数字录音、无线电和电视广播、乐器、高端家庭娱乐、DAD-Audio和超级音频CD(SACD)上获得应用。

2.2面向无线传声器和便携式应用的低功耗、宽动态范围、24位音频ADC

　　PCM4201是专为便携式应用(诸如既要求宽动态范围也要求低功耗的数字无线传声器和电池供电型录音设备等)而设计的低功耗、24位、A∑型音频单通道ADC。该器件具有24位线性PCM数据输出以及与DSP兼容的数据格式和数宇音频接口发送器。其图2(a)为PCM4201功能方块图。

　　动态范围高达112dB(A加权)；THD+N为-105dB；低功率模式中的功耗仅39mW；具有可用于消除DC分量的数字高通滤波器；是音频串行端口：主控器或从属模式操作，24位线性PCM输出数据，左对齐／DSP兼容型数据格式；具有三种采样模式：标准模式高达fs=48kHz条件下的低功率操作(采用64倍过采样)，标准模式高达fs：=8kHz条件下的高性能操作(采用128倍过采样)，倍速模式高达fs=96kHz条件下的操作(采用64倍过采样)；电源电压为+5V(模拟)、+1.8V至+3.3V(数字)；封装型式为16引脚TSSOP。

　　*在数字无线传声器、便携式数字录音机、电池供电型音频处理设备等方面均可适用。

2.3高性能,24位21KHz四通道异步采样速率转换器

　　SRC4194是四通道、异步采样速率转换器(ASRC)，专为和广播音频应用而设计。SRC4194集宽输入至输出采样比、出众的动态范围和超低失真于一身。输入和输出串行端口支持常用的音频数据格式以及时分多工(TDM)格式。这使得SRC4194能够与各种音频数据转换器、数字音频接收器和发送器以及DSP相连。SRC4184是SRC4194的128dB版本。

　　*其主要特点：具有输入至输出采样比的自动检测；宽输入至输出采样范围为16：1至1：16；可支持高达212kHz的输入和输出采样速率；其动态范围：144dB(-60dBFS输入，带宽为20Hz至fs／2)；而THD+N为-104dB(0dBFS输入，带宽=20Hz至fs／2)；又有高性能、线性相位数字滤波和优于140dB的阻带衰减；灵活的音频串行端口,即主控器或从属模式操作、支持I2C、左对齐、右对齐和TDM(时分多路复用器)数据格式、TDM模式允许对多达4个器件进行菊链式连接；封装型式为TQFP-64

　　*在数字调音台、、数字音频工作站、播音室设备、通用型数字音频处理等埸合均可适用。

2.4PCM2402在便携式数字录音机上的应用。

2.5低功耗。高集成度立体声音频编解码器

　　TLV320AIC32/33是用于各种便携式音频设备的高集成度、低功耗立体声编解码器。TLV320AIC33包括10个模拟输入引脚和7个输出驱动器，面向蜂窝电话应用。TLV320AIC32具有与TLV320AIC33的软件兼容性，并包括立体声头戴式耳机和线路输出驱动器以及单声道500mW、8Ω扬声器驱动器。

　　*其主要特点为：立体声ADC(103dB)和ADC(92dB)；可支持高达96kSPS的采样速率；

　　是103dB立体声重放(14mW功耗)；立体声头戴式耳机驱动器和500mW、8Ω扬声器驱动器；具有立体声传声器前置放大器和硬件自动增益控制；又有用于实现灵活的音频时钟发生的集成PLL；为可编程数字音频低音/高音/EQ(均衡)和3D音效；模拟输入可被配置为单端型或全差分型；具有DSP和TDM模式的双I2C/PCM总线架构；具有用于在蜂窝电话系统中实现至多个器件的简易型连接的10个模拟输入、7个输出驱动器。

　　*在应用蜂窝电话及智能型电话、数码相机、数字摄像机、MP3和便携式媒体播放机及PDA上均可应用。

3、话音频带编码器选用

　　面向无线通信、VolP(Voice over internet protocol,即采用IP协议的互联网语音通信)、远程信息处理系统、免提式成套工具、数字手机/头戴式耳机、话音识别和助听应用的、门类宽泛的低功耗、高集成先进话音编码解决方案。16位线性DSP编解码器在话音数字化和至DSP的串行接口中提供了极高的性能和极大的灵活性。PCM编解码器以8kSPS的采样速率在话音上执行标准的A律/μ律编码(ADC)和解码(DAC)。

　　低功耗，高集成度、可编程16位、26kSPS，双通道CODEC

　　TLV320AIC20K是低成本、高性能、双通道话音编解码器。它具有两个16位模拟-数字(A/D)转换通道和两个16位数字—模拟(D/A)转换通道，可通过可编程模拟交叉点与手机、头戴式耳机、扬声器、传声器或用户线相连。

　　*其主要特点为；立体声16位过采样厶∑型ADC/DAC；具有可编程采样速率高达26kSPS(采用片上IIR/FIR滤波器),104kSPS(采用IIR/FIR滤波器进行旁路)；在13kHz带宽内，片上FIR产生了84dB SNR(信噪比,对于ADC)和92dBSNR(对于DAC)；

　　其主机端口为二线式接口、可选I2C或S2C；是差分和单端模拟输入/输出；能与常用的TMS320TMDSP系列和微控制器电源完全兼容,即1.65V-1.95V数字内核、1.1V-3.6V数字I/O及2.7V～3.6V模拟。

　　*可在无线附件、免提式车载成套工具、VolP及电缆调制解调器上应用。

4、结束语

　　上述触摸屏控制器与音频数据转换器只是几种典型、常用之系列，应该说均属于数据转换器接口之类，只是应用埸合的不同，即或人机对话或音频转换等，其选择指南，应根据设备与功能及指标的需要而决定。