音頻信號(hào)檢測(cè)原理
　　人耳可聽到的頻率范圍約為 20 至 20,000 Hz。該范圍可以包括單音，例如變壓器嗡嗡聲或來(lái)自無(wú)線電系統(tǒng)的白噪聲。這并不是說這些聲音在音頻系統(tǒng)中是理想的，而且高強(qiáng)度的此類聲音會(huì)損害聽力。人類語(yǔ)音、音樂和自然聲音具有不斷變化的不同頻率。因此，音頻檢測(cè)器應(yīng)該記錄頻率變化并根據(jù)這些變化挑選有用的音頻信號(hào)?！　≡撘纛l信號(hào)檢測(cè)器背后的基本理論如圖 1 所示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮了三個(gè)參考頻率：100 Hz、500 Hz 和 3 kHz。對(duì)于給定的信號(hào)，系統(tǒng)計(jì)算在一定時(shí)間內(nèi)該信號(hào)的頻率與參考頻率交叉的次數(shù)。僅考慮從低頻到高頻的交叉（例如，50 Hz 到 150 Hz 將計(jì)為 100 Hz；150 Hz 到 50 Hz 則不算）。如果信號(hào)與兩個(gè)參考頻率中的任意一個(gè)交叉達(dá)到表 1 中指定的最小次數(shù)，則設(shè)計(jì)會(huì)將其視為音頻。

　　圖 1 中顯示了三個(gè)示例信號(hào)：
　　1) 一些噪聲跨越 3 kHz 3 次（以黑色顯示）。
　　2) 不交叉任何頻率的單音嗡嗡聲（以紅色顯示）。
　　3）像語(yǔ)音或音樂一樣變化的信號(hào)（以綠色顯示）。它跨越 100 Hz 6 次，500 Hz 5 次，3 kHz 1 次。該曲線與所有三個(gè)參考頻率交叉，但設(shè)備不會(huì)檢測(cè) 3 kHz，因?yàn)樗鼉H交叉 1 次（必須交叉 2 次或更多次才能檢測(cè)，如表 1 所示）。該設(shè)備檢測(cè) 500 Hz（交叉 5 次；2 是表 1 中的最小值）和 100 Hz（交叉 6 次；4 是表 1 中的最小值）。由于它與兩個(gè)參考信號(hào)交叉足夠多次，因此該信號(hào)被檢測(cè)為音頻。
　　請(qǐng)注意，語(yǔ)音或音樂可能會(huì)有停頓。小約翰·米爾頓·凱奇（John Milton Cage Jr.）有一首著名的作品叫《4'33"》，它是在沒有任何聲音的情況下演奏的。自然，設(shè)計(jì)不應(yīng)該像音頻那樣決定這么長(zhǎng)的停頓，盡管少于5秒的停頓就可以了。被檢測(cè)算法忽略。
　　最后，設(shè)計(jì)應(yīng)消除聽不見的頻率（小于 20 Hz 和大于 20 kHz）。
　　我們將使用這些原理作為使用 GreenPAK SLG47512 設(shè)計(jì)音頻信號(hào)檢測(cè)器的基礎(chǔ)。
　　設(shè)備實(shí)現(xiàn)
　　設(shè)計(jì)架構(gòu)
　　該設(shè)備的架構(gòu)如圖 2 所示，包含以下模塊：
　　1 – 模擬音頻信號(hào)的量化。這將連續(xù)模擬值映射為雙精度值。此過程之后需要知道的只是音頻信號(hào)的頻率。
　　2 – 高切濾波器。這會(huì)忽略高于 20 kHz 的頻率。
　　3 – 低切濾波器。這會(huì)忽略低于 25 Hz 的頻率。
　　4 – 跨頻計(jì)數(shù)器。根據(jù)表1統(tǒng)計(jì)一定時(shí)間段（測(cè)量時(shí)間）內(nèi)信號(hào)頻率與參考頻率（高頻、中頻、低頻）交叉的次數(shù)。
　　5 – 音頻暫停。這會(huì)檢測(cè)音頻暫停并在少于 5 秒的情況下忽略它們。
　　6 – 測(cè)量時(shí)間。進(jìn)行計(jì)算的給定時(shí)間段。
　　7 – DFF。它存儲(chǔ)測(cè)量期間的音頻檢測(cè)并將其輸出到 PIN12 (AudioDetect)?！　? – 五分鐘無(wú)音頻信號(hào)。這會(huì)檢測(cè)音頻信號(hào)的五分鐘空閑時(shí)間，并在 PIN11 (FiveMinutesNoAudioSignal) 上設(shè)置高電平。

　　塊配置
　　模擬部分　　音頻信號(hào)源應(yīng)連接至 PIN9 (AUDIO_IN-) 和 PIN10 (AUDIO_IN+)。 PIN10 (AUDIO_IN+) 是模擬比較器 (ACMP) 的輸入。 PIN9（AUDIO_IN-）是參考電壓（500mV）?？紤]到音頻信號(hào)為交流信號(hào)，且IC為單電壓供電，設(shè)計(jì)對(duì)輸入音頻信號(hào)偏置500mV以避免出現(xiàn)負(fù)電壓。然后，輸入音頻信號(hào)進(jìn)入 ACMP0H（圖 3）。 ACMP0H 量化音頻信號(hào)，該信號(hào)由設(shè)計(jì)的其余部分處理。

　　高切濾波器
　　延遲（8 位 CNT7/DLY7 (MF7)）用于濾除高于 20kHz 的頻率（圖 4）?？蛻艨梢酝ㄟ^I2C將計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)寫入0xA0 <1287:1280>來(lái)調(diào)整頻率的周期。
　　低切濾波器
　　低切濾波器（圖 5）由兩部分組成：
　　1 – 抗毛刺濾波器。考慮到?jīng)]有 CNT/DLY 塊來(lái)過濾隨機(jī)毛刺這一事實(shí)，決定使用查找表（3 位 LUT8）、移位寄存器（SHR 13）和 DFF（ DFF12）。客戶可以通過I2C調(diào)整隨機(jī)脈沖將計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)寫入0x69 <845:842>的時(shí)間。　　2 – 低切濾波器。這是通過頻率檢測(cè)器 (CNT5/DLY5) 實(shí)現(xiàn)的，該檢測(cè)器會(huì)截止低于 25Hz 的頻率?？蛻艨梢酝ㄟ^I2C將頻率寫入Counter Data的切割周期調(diào)整為0x94 <1191:1184>。

　　跨頻計(jì)數(shù)器
　　該塊由幾個(gè)部分組成。
　　第一部分是 EDGE DET（圖 6）。它將雙電平音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為一系列短脈沖，從而保存當(dāng)前音頻信號(hào)的頻率。　　下一步是檢測(cè)音頻信號(hào)的當(dāng)前頻率與參考頻率的交叉點(diǎn)（表 2、圖 7）。

　　與參考頻率交叉的次數(shù)由移位寄存器（SHR7、SHR8、SHR9）進(jìn)行計(jì)數(shù)。

　　音頻信號(hào)標(biāo)識(shí)由 LUT（3 位 LUT3）定義。
　　音頻暫?！　∫纛l暫停模塊通過頻率檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)（圖 8、表 4）。使用此塊檢測(cè)音頻信號(hào)的暫停，如果少于 5 秒則忽略。音頻信號(hào)被認(rèn)為是連續(xù)的。如果暫停超過 5 秒，設(shè)計(jì)會(huì)將其檢測(cè)為根本沒有音頻信號(hào)。

　　測(cè)量時(shí)間　　該設(shè)計(jì)對(duì)特定時(shí)間的參考頻率交叉次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，該次數(shù)由計(jì)數(shù)器控制（圖 9、表 5）。如果頻率交叉計(jì)數(shù)器在測(cè)量時(shí)間內(nèi)沒有檢測(cè)到音頻信號(hào)（包括音頻暫停），設(shè)計(jì)會(huì)將其識(shí)別為無(wú)信號(hào)。

　　音頻信號(hào)存在存儲(chǔ)
　　音頻信號(hào)存在存儲(chǔ)由 DFF0 執(zhí)行（圖 2）。使用 P DLY（模式為雙沿延遲）和 LUT（3 位 LUT13）設(shè)置信號(hào)。
　　無(wú)音頻信號(hào)　　如果設(shè)計(jì)在約 5 分鐘內(nèi)未檢測(cè)到任何音頻信號(hào)，則會(huì)在 PIN11 (FiveMinutesAudioPause) 上設(shè)置高電平。該時(shí)間的計(jì)數(shù)是通過LUT（3位LUT3）和延遲（CNT6/DLY6）進(jìn)行的。該時(shí)間根據(jù)表6設(shè)置。

　　典型應(yīng)用電路

　　硬件測(cè)試
　　通道 1（黃色，頂部）– PIN#10 (AUDIO_IN+)
　　通道 2（藍(lán)色，底部）– PIN#12 (AudioDetect)　　示波器的地連接到PIN9（AUDIO_IN-）