语音录音装置及语音音频编译器的制作方法

专利名称：语音录音装置及语音音频编译器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种语音录音装置及语音音频编译器(voice-bandaudio CODEC)，且特别涉及一种使用逐次逼近模数转换器(successiveapproximation analog-to-digital converter，简称为SAR-ADC)的语音录音装置及语音音频编译器。
背景技术：
Δ-∑理论(三角积分理论)目前已广泛应用于音频产品上，诸如数字多功能光碟(DVDdigital versatile disc)播放机、MP3播放机、随身听、蓝牙(Bluetooth)耳机、通用串行总线(USBuniversal serial bus)喇叭、因特网语音技术(voice over Internet protocol，简称为VoIP)等等。主要原因是Δ-∑架构的模拟数字转换器(analog-to-digitalconverter，简称为ADC)与数字模拟转换器(digital-to-analogconverter，简称为DAC)可提供较高的分辨率与较佳的音质。
但是，音频产品中有许多应用，对录音的质量要求是只着重在语音录音(voice recording)水平的应用上，如低阶消费性产品的录音笔、玩具录音、监视器录音与一般低阶消费性MP3播放机录音。而对于只需语音录音质量的消费性产品采用一般的语音录音电路来实现，虽然在效果上必定能达成目的，但却造成了额外的功率消耗与增加晶片面积。因为此种电路多采用Δ-∑架构，而且为了实现双声道(stereo)的录音功能，此种电路必定需要使用2个Δ-∑ADC来实现。若只用于语音录音，如人声录音及一般语音记事此等录音质量的低阶应用来说，除了功率消耗较大，造成电池使用时间变短以外，电路面积也是额外增加的制造成本。因此，若使用高分辨率Δ-∑ADC来实现语音录音等低阶音频应用，便显得有效能浪费之虞。

发明内容
本发明的目的是提供一种语音录音装置，在双声道语音录音的质量要求下，比公知技术有更低功率消耗与更小晶片面积等优点。
本发明的另一目的是提供一种语音音频编译器，在双声道语音录音的质量要求下，比公知技术同样有更低功率消耗与更小晶片面积等优点。
为达成上述及其他目的，本发明提出一种语音音频编译器，包括多路复用器(multiplexer)、逐次逼近模数转换器(SAR-ADC)、脉码调制数字电路(PCM code digital circuit，其中PCM为pulse codemodulation的缩写)、第一三角积分式数字模拟转换器(Δ-∑DAC)、以及第二三角积分式数字模拟转换器。
其中，多路复用器根据第一时钟信号交替输出左声道输入信号与右声道输入信号。逐次逼近模数转换器连接于多路复用器，以第二时钟信号为操作频率，将左声道输入信号与右声道输入信号从模拟信号转换为数字信号。脉码调制数字电路在录音时将逐次逼近模数转换器的输出信号从串行(serial)数字码转换为并行(parallel)数字码，并且在放音时将并行数字码通过超取样数字滤波器(oversampling digitalfilter)作滤波与超取样处理的后，分离为左声道与右声道的数字数据。第一及第二三角积分式数字模拟转换器皆以第三时钟信号为操作频率，分别将脉码调制数字电路输出的左、右声道数字数据从数字信号转换为模拟信号。
上述的语音音频编译器，在一实施例中还包括可调增益放大器(programmable gain amplifier，简称为PGA)，以将多路复用器的输出信号放大后提供至逐次逼近模数转换器。
上述的语音音频编译器，在一实施例中还包括时钟发生器，以根据第四时钟信号产生上述的第一时钟信号、第二时钟信号、以及第三时钟信号。
上述的语音音频编译器，在一实施例中还包括第一及第二低通滤波器(low pass filter，简称为LPF)，以分别滤除第一及第二三角积分式数字模拟转换器的输出信号中的高频噪声。
上述的语音音频编译器，在一实施例中还包括耳机放大器(headphone amplifier)，以将第一及第二低通滤波器的输出信号放大后供耳机接收。
从另一观点来看，本发明另提出一种语音录音装置，此语音录音装置即为上述语音音频编译器的前端录音电路，因此不多加说明。
虽然SAR-ADC分辨率不如三角积分ADC，但用于语音录音等低音频产品已经足够，其优点在于取样频率比Δ-∑ADC快速、电路面积较小且功率消耗较低。若将适当分辨率的SAR-ADC使用于语音录音质量的音频产品上，不但能达到语音录音的目的及质量，而且在电路面积跟功率消耗上，都可以有显著的效能提高，不失为一极佳的低阶语音录音音频应用解决方案。
本发明提出的语音录音装置及语音音频编译器皆使用单一SAR-ADC来达成双声道语音录音功能，因此，与采用2个Δ-∑ADC实现双声道语音录音的传统技术比较，具有更低功率消耗与更小晶片面积等优点。
另外，可将上述的可调增益放大器整合至本发明的语音录音装置或语音音频编译器的前端录音电路，以节省制造成本。还可将上述的耳机放大器整合至语音音频编译器的后端放音电路，如此语音音频编译器的输出便可直接推动低阻抗的耳机而不需要外部放大器元件，以进一步节省制造成本。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。


图1为根据本发明一实施例的语音音频编译器架构图。
图2为图1的语音音频编译器的录音操作时钟图。
主要元件标记说明100语音音频编译器101多路复用器102可调增益放大器103逐次逼近模数转换器104脉码调制数字电路105时钟发生器106、107三角积分式数字模拟转换器108、109低通滤波器110耳机放大器具体实施方式
图1为根据本发明一实施例的语音音频编译器100的架构图。语音音频编译器100包括多路复用器101、可调增益放大器102、SAR-ADC 103、脉码调制数字电路104、三角积分式DAC 106与107、低通滤波器108与109、耳机放大器110、以及时钟发生器105。语音音频编译器100具有语音录音(voice recording)及乐音放音(audioplayback)功能。
在录音时，首先，多路复用器101接收左声道输入信号LIN与右声道输入信号RIN，并且根据时钟信号Fs交替输出左声道输入信号LIN与右声道输入信号RIN。在本实施例中，当时钟信号Fs为逻辑0，多路复用器101输出左声道输入信号LIN，若时钟信号Fs为逻辑1，则多路复用器101输出右声道输入信号RIN。而本发明其他实施例可以采用相反方式，也就是多路复用器101在时钟信号Fs为逻辑1时输出左声道输入信号LIN，在时钟信号Fs为逻辑0时输出右声道输入信号RIN。时钟信号Fs定义为声音的取样频率(samplingrate，例如8KHz或48KHz)。
可调增益放大器102对录音的音量做调整，也就是将多路复用器101的输出信号放大后提供至SAR-ADC 103。可调增益放大器102的调整增益值由信号GA[1:K]设定。
接下来，SAR-ADC 103以时钟信号Fs_ADC为操作频率，将来自可调增益放大器102的左声道输入信号LIN与右声道输入信号RIN从模拟信号转换为数字信号。
最后，脉码调制数字电路104将SAR-ADC 103的输出信号从串行数字码转换为并行数字码ADC_OUT。并行数字码ADC_OUT可提供至外部的电路或装置作进一步处理，或直接储存。
依照此种架构，多路复用器101根据时钟信号Fs来回切换，使SAR-ADC 103依时钟信号Fs的频率做取样并输出数字码。若时钟信号Fs的频率为8KHz，则LIN/RIN便是被以8KHz的取样频率录音。若时钟信号Fs的频率为48KHz，则LIN/RIN便是被以48KHz的取样频率录音。如此便可达到使用单一SAR-ADC来做双声道语音录音的功能。
要注意的是时钟信号Fs与Fs_ADC的频率之间有条件限制，即Fs_ADC的频率≥2*Fs的频率*N。其中N＝SAR-ADC 103处理一帧数据所需的时间＝SAR-ADC 103需要N个Fs_ADC的时钟周期才能转换完一帧数据。举例来说，若时钟信号Fs的频率＝48KHz，N＝15，则时钟信号Fs_ADC的频率至少为1.44MHz。
如果在录音时不需要调整音量，可以省略可调增益放大器102。此时多路复用器101会直接输出至SAR-ADC 103。
图2为语音音频编译器100的录音操作时钟图。如图2所示，当录音开始时，时钟信号Fs切换为逻辑0，因此左声道输入信号LIN的数据L1被SAR-ADC 103取样，经过N个时钟信号Fs_ADC的周期后，L1出现在脉码调制数字电路104输出的并行数字码ADC_OUT。然后，时钟信号Fs切换为逻辑1，因此左声道输入信号RIN的数据R1被SAR-ADC 103取样，经过N个时钟信号Fs_ADC的周期后，R1出现在并行数字码ADC_OUT。依此类推。
为了符合乐音放音的规格要求，语音音频编译器100采用两个Δ-∑DAC(106及107)。在放音时，脉码调制数字电路104将外部电路或装置提供的并行数字码DAC_IN通过超取样数字滤波器作滤波与超取样处理之后，分离为左声道与右声道的数字数据。然后，Δ-∑DAC 106及107分别以时钟信号Fs_DAC为操作频率，将脉码调制数字电路104输出的左、右声道数字数据从数字信号转换为模拟信号。
接下来，低通滤波器108及109分别滤除Δ-∑DAC 106及107操作时可能产生的高频噪声，产生左、右声道的线路输出信号(line-out)LO及RO。最后，耳机放大器110将低通滤波器108及109的输出信号放大后，输出为左、右声道的耳机输出信号(headphone-out)LOH及ROH，供耳机接收。耳机放大器110为可调整增益的两声道放大器，其增益值由信号GD[1:J]设定。耳机输出信号LOH及ROH可直接推动低阻抗的耳机，而不再需要外部放大器元件，如此便可节省制造成本。
如果Δ-∑DAC 106及107有极佳的输出质量，不需要滤除高频噪声，可以省略低通滤波器108及109。在此情况下，Δ-∑DAC 106会直接输出左声道的线路输出信号LO，Δ-∑DAC 107会直接输出右声道的线路输出信号RO。另一方面，如果不需要耳机输出，可以省略耳机放大器110。
本实施例的时钟信号Fs、Fs_ADC以及Fs_DAC皆是时钟发生器105根据时钟信号CK而产生。这样做主要有两项优点。第一是可以保证时钟信号的同步，第二是可用外界提供的时钟信号CK主控录音与放音过程。由于时钟信号Fs、Fs_ADC以及Fs_DAC都是根据时钟信号CK产生，一旦CK停止，其他时钟信号也跟着停止，录音与放音过程自然也随之结束。
除了上述的语音音频编译器100之外，本发明另有提出一种语音录音装置。此语音录音装置其实就是语音音频编译器的前端录音电路。以图1的语音音频编译器100为例，其对应的语音录音装置就是由多路复用器101、可调增益放大器102、SAR-ADC 103、脉码调制数字电路104、以及时钟发生器105所组成。上述语音录音装置的录音工作原理和语音音频编译器100相同，因此不再赘述。
综上所述，本发明提出的语音录音装置及语音音频编译器皆使用单一SAR-ADC来达成双声道语音录音功能，因此，与采用2个Δ-∑ADC实现双声道语音录音的传统技术比较，具有更低功率消耗与更小晶片面积等优点。
另外，本发明还可将可调增益放大器整合至语音录音装置或语音音频编译器的前端录音电路，以节省制造成本。还可将耳机放大器整合至语音音频编译器的后端放音电路，如此便不需要外部放大器元件，可进一步节省制造成本。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与改进，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种语音录音装置，其特征是包括多路复用器，根据第一时钟信号交替输出左声道输入信号与右声道输入信号；以及逐次逼近模数转换器，连接于该多路复用器，以第二时钟信号为操作频率，将该左声道输入信号与该右声道输入信号从模拟信号转换为数字信号。
2.根据权利要求1所述的语音录音装置，其特征是该第二时钟信号的频率至少为该第一时钟信号的频率乘以2N，N为该逐次逼近模数转换器处理一帧数据所需的该第二时钟信号的周期数。
3.根据权利要求1所述的语音录音装置，其特征是，若该第一时钟信号为逻辑0，则该多路复用器输出该左声道输入信号，若该第一时钟信号为逻辑1，则该多路复用器输出该右声道输入信号。
4.根据权利要求1所述的语音录音装置，其特征是，若该第一时钟信号为逻辑1，则该多路复用器输出该左声道输入信号，若该第一时钟信号为逻辑0，则该多路复用器输出该右声道输入信号。
5.根据权利要求1所述的语音录音装置，其特征是还包括可调增益放大器，将该多路复用器的输出信号放大后提供至该逐次逼近模数转换器。
6.根据权利要求1所述的语音录音装置，其特征是还包括脉码调制数字电路，将该逐次逼近模数转换器的输出信号从串行数字码转换为并行数字码。
7.根据权利要求1所述的语音录音装置，其特征是还包括时钟发生器，根据第三时钟信号产生该第一时钟信号与该第二时钟信号。
8.一种语音音频编译器，其特征是包括多路复用器，根据第一时钟信号交替输出左声道输入信号与右声道输入信号；逐次逼近模数转换器，连接于该多路复用器，以第二时钟信号为操作频率，将该左声道输入信号与该右声道输入信号从模拟信号转换为数字信号；脉码调制数字电路，在录音时将该逐次逼近模数转换器的输出信号从串行数字码转换为第一并行数字码，并且在放音时将第二并行数字码通过超取样数字滤波器作滤波与超取样处理之后，分离为左声道与右声道的数字数据；第一三角积分式数字模拟转换器，以第三时钟信号为操作频率，将该脉码调制数字电路输出的左声道数字数据从数字信号转换为模拟信号；以及第二三角积分式数字模拟转换器，以该第三时钟信号为操作频率，将该脉码调制数字电路输出的右声道数字数据从数字信号转换为模拟信号。
9.根据权利要求8所述的语音音频编译器，其特征是该第二时钟信号的频率至少为该第一时钟信号的频率乘以2N，N为该逐次逼近模数转换器处理一帧数据所需的该第二时钟信号的周期数。
10.根据权利要求8所述的语音音频编译器，其特征是，若该第一时钟信号为逻辑0，则该多路复用器输出该左声道输入信号，若该第一时钟信号为逻辑1，则该多路复用器输出该右声道输入信号。
11.根据权利要求8所述的语音音频编译器，其特征是，若该第一时钟信号为逻辑1，则该多路复用器输出该左声道输入信号，若该第一时钟信号为逻辑0，则该多路复用器输出该右声道输入信号。
12.根据权利要求8所述的语音音频编译器，其特征是还包括可调增益放大器，将该多路复用器的输出信号放大后提供至该逐次逼近模数转换器。
13.根据权利要求8所述的语音音频编译器，其特征是还包括时钟发生器，根据一第四时钟信号产生该第一时钟信号、该第二时钟信号、以及该第三时钟信号。
14.根据权利要求8所述的语音音频编译器，其特征是还包括第一低通滤波器，滤除该第一三角积分式数字模拟转换器的输出信号中的高频噪声；以及第二低通滤波器，滤除该第二三角积分式数字模拟转换器的输出信号中的高频噪声。
15.根据权利要求14所述的语音音频编译器，其特征是还包括耳机放大器，将该第一低通滤波器与该第二低通滤波器的输出信号放大后供耳机接收。
全文摘要
一种语音录音装置及其衍生的语音音频编译器。此语音录音装置包括多路复用器、逐次逼近模数转换器、以及脉码调制数字电路。多路复用器根据第一时钟信号交替输出左声道输入信号与右声道输入信号。逐次逼近模数转换器连接于多路复用器，以第二时钟信号为操作频率，将左声道输入信号与右声道输入信号从模拟信号转换为数字信号。脉码调制数字电路将逐次逼近模数转换器的输出信号从串行数字码转换为并行数字码。
文档编号G10L19/00GK1968545SQ200510115369
公开日2007年5月23日 申请日期2005年11月16日 优先权日2005年11月16日
发明者陈宣帆, 蔡中培 申请人:旺玖科技股份有限公司