一款新型数字化语音接收器：CS8411

    摘要：文中主要介绍了CS8411的特点、内部结构以及典型的应用接口电路。CS8411是美国CRYSTAL公司推出的一款新一代数字化语音接收器，它可直接缛上来自RS422的总线数据并对符合AEL/EBU、IEC958、S/PDIF和EIAJ CP-340接口标准的数字化语音进行译码。

    1 概述

    CS8411是单片数字化语音接收器，用来接收音频数据并对其进行解码，接口标准有AEL/EBU、IEC958、S/PDIF和EIAJ CP-340。通过芯片内部锁存环（PLL），CS8411可从接收的数据流中直接恢复时钟和同步信号并产生低波动的MCK（256×Fs）、SCK（64×Fs）、FSYNC（Fs或2×Fs）时钟信号。差动和单端输入信号都能被解码。CS8411芯片有一个可以进行设置的内部缓冲存储器，通过对内部控制寄存器的写入操作可对芯片功能进行编程；利用外接微处理器对缓冲器进行读操作还可获得数据传输错误类型码、用户数据、通道状态数据、辅助数据等信息。CS8412把通道、用户和有效数据直接分离到串行输出口的输出角上，串行输出口为重要的通道状态位提供输出角。

    2 CS8411的引脚功能和内部结构

    CS8411采用的是28脚DIP封装，表1列出的为其引脚功能说明。

表1 CS8411的引脚功能

　　2.2 内部结构原理

　　CS8411的内部组成如图1所示。其中RS422接收器是一个具有50mV迟滞特性的旋密特触发器，这一50mV迟滞特性能够有效地抑制一些干扰。RS4222是以差动方式发送和接受，不需要数字地线。

　　数据及时恢复电路实际上是一个锁相环路，其二阶环路滤波电容和电阻由FILT引脚接入，主要用于实现以下基本功能：

　　（1）能够有效抑制传输线上的高频干扰；

　　（2）能够恢复语音数据；

　　（3）产生低抖动的MCS（256×Fs）信号。多路分配器用于把声音样本中的各种数据、声音传输速率代码、数据传输错误代码等分配到相应的后续电路中。

　　控制寄存器（用于控制和确定处理器的操作模式以及当前执行任务的特性）主要是指CR1（2）（注：2为CR1的地址，下同）和CR2（3），使用的时侯可以通过外接微处理器对CR1和CR2的写入操作来对CS8411的工作方式进行编程设定（如缓冲器的工作模式和设定，FYNC、SCK的输入和输出方式的设定，A4/FCK引脚功能的选择以及SCK触发沿的设等）。

　　状态寄存器又名条件码寄存器，它是计算机系统的部件--控制器的一部分，状态寄存器用来存放两类信息：一类是体现当前指令执行结果的各种状态信息（条件码）；另一类是存放控制信息（PSW：程序状态字寄存器），如允许中断（IF位），跟踪标志（TF位）等。状态寄存器和中断允许寄存器指的是CS8411内部的两个状态寄存器SR1（0）和SR2（1）以及两个中断允许寄存器IER1（0）和IER2（1）。应当指出：状态寄存器和中断允许寄存器占据着相同的地址空间，访问哪组寄存器可以通过设置控制寄存器CR1的IER/SR位来加以确认。状态寄存器SR1和SR2的内容用于反映当前CS8411的工作状态，这些工作状态包括缓冲器是否写入、接收的数据是否有错、错误代码和通道状态是否有变化、语音样本数据是否接收完毕以及当前数据传输速率代码等信息。除数据传输速率代码以外，其它各位均有可能引起中断脉冲的产生。将中断允许寄存器IER1和IER2中的相应位置1或清0，可开放或屏蔽状态寄存器SR1和SR2中对应位的中断。还可以通过外接微处理器响应中断和读入SR1、SR2数据来判断中断源来自何方。对SR1和SR2的读操作将使其内容清0。

　　缓冲内存分为4字节的用户缓冲内存user（4-7）、通道缓冲内存CS以及辅助缓冲内存aux。这些缓冲内存的写入操作是由CS8411自动完成的，而外接微处理器的响应中断后只对这些缓冲内存进行读操作。

　　发送端在发送数据时必须要将数字化语音、用户数据、通道状态数据、辅助数据以及效验码等按AES/EBU、IEC958等接口标准进行编码打包。打包发送的数据将会被分成若干个数据块，每人分为24个通道状态字，每个通道状态字分为8个结构（frame），每个结构又分为左右声道2个子结构（sub-frame）。这些子结构（sub-frame）也称为语音样本。一个数据块中一共有384个语音样本，语音样本的数据格式如图2所示。一个语音样本一共包括4位同步码、4位辅助数据、20位语音数据、1位数据有效性标志位V、1位用户数据位U、1位通道状态数据C和1位奇偶校验位P。接收的语音样本数据可以经多路分配器送到不同的后续电路中。其中20位语音数据由低位到高位被串行送到语音串行接口的SDATA引脚；而奇偶校验位P和数据有效性标志位V则被分别送到状态寄存器SR1的P、V位上；用户数据位U在经串行移位寄存器移位后，当每8个语音样本数据过后，再将8个串行移入移位寄存器的数据并行输出到用户缓冲内存中，同时设置状态寄存器SR1的FLAG0标志位；而通道状态数据和辅助数据则依据用户数据位以同样的方法分别被送往通道数据缓冲内存和辅助数据缓冲内存中，并同时设置状态寄存器SR1的FLAG2和FLAG1标志位。如果中断允许，状态寄存器SR1中的标志位将引起中断，这样外接微处理器便可读取有信息。用户数据可用作语音接收端设备的控制命令，而通道状态数据则可用作立体声的效率控制指令。

　　3 应用电路

　　Rs422全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。实际上还有一根信号地线，共5根线。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，多可接10个节点。即一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。接收器输入阻抗为4k，故发端负载能力是10×4k+100Ω（终接电阻）。RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）。RS422的传输距离为4000英尺（约1219米），传输速率为10Mb/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到传输距离。只有在很短的距离下才能获得速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的传输速率仅为1Mb/s。RS422需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的远端。

　　图3为CS8411典型的接口电路，RS422总线接口分为平衡式和非平衡式两种类型。由于考虑篇幅原因，本文就平衡式接口电路应注意的问题简要地加以说明。图4为有变压器的平衡式接口电路，图5为无变压器的平衡式接口电路。因为CS8411接收器的输入阻抗很大，所以应该在RXP端和RXN端接入一个110Ω的电阻，以便和线路的阻抗进行匹配。如果不用变压器隔离，那么应该分别在RXP端和RXN端串接一个0.01μF的电容。应当注意的是：在使用电容耦合时，高频干扰会被耦合到CS8411的输入端，从而影响检测的效果，所以在高频干扰严重的地方， 我们建议采用变压器耦合的方式。需要说明的是：如果采用的是EBV数据标准格式，那么必须采用变压器耦合方式。0.1～0.4μF的隔直电容应该采用陶瓷电容，并要求线路中有一定的直流电压偏压，否则传输的信号会减弱。如果没有直偏压，则不需要接入隔直电容。RS422总线应该是有屏蔽层的双绞线，屏蔽层则应该接在发送端的地上。