Układy serii ISD1200, ISD1400.docx

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, przed wzmacniacz 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

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 pokazany na rysunku poniżej:



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 ISD 1200/1400 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:

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.

* Wejście odtwarzania inicjowanego zboczeni (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 przed wzmacniacza jest określane poziomem napięcia na wyprowadzeniu automatycznej regulacji wzmocnienia (AGC). Przed wzmacniacz 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 przed wzmacniacza 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 stalą 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 przed wzmacniacza, regulowane przez ARW, jest największe i wynosi 24dB. Zmniejszanie tego wzmocnienia rozpoczyna się przy przekroczeniu przez napięcie wejściowe wartości ok. 1,5V.

Jeśli funkcja automatycznej regulacji wzmocnienia jest niepożądana, wyprowadzenie AGC może być zwarte do masy i wówczas wzmocnienie przed wzmacniacza 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, ciągle odtwarzanie komunikatu zapisanego na początku przestrzeni adresowej pamięci. Komunikat może wypełniać całą pamięć układów ESD1200/1400.

* 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.

* 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.

Przykład aplikacji "puch - button":