MC2718 PCM调试问题分析与总结

MC2718PCM调试问题分析与总结

<中兴移动CDMA产品部罗孝平龚艳军>

<2011年元月>

【摘要】

本文主要以分析一般的PCM格式为基础，讲解以高通QSC6085为处理器的模块MC2718硬件PCM 调试过程，同时涉及外围PCM CODEC器件（如：LM49350）PCM相关配置置以及对PCM调试做一个全面的总结。

【关键词】

PCM

一、 问题的提出

MC2718是一款CDMA Mini-PCI-EXPRESS卡，前期主要应用在WINDOWS系统的笔记本上，其语音可以通过虚拟出来的USB Voice端口送给PC解码，借助于笔记上的耳机和mic实现语音通话；而现在出现了以Android系统的平板电脑，以3G无线视频监控和语音通信的终端，这些产品对模块的PCM 硬件语音提出了要求。模块直接输出或接收PCM语音信号，通过终端的CODEC进行AD和PA即可实现语音通话，减少了USB Voice语音通道的驱动开发。在设计调试中遇到了一系列的问题，这些问题的分析和解决有助于后期产品设计和开发，对后期设计更多更好的产品具有一定的指导意义。

二、 PCM格式简介

PCM就是脉冲编码调制，对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化，编码的过程，PCM如果采用均匀量化则称为线性量化，如果采用非均匀选取量化间隔量化，称为非线性量化方法，非线性量化是为解决均匀量化时小信号量化误差大，音质差的问题，在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法，即量化特性在小信号时分层密，量化间隔小，而在大信号时分层疏，量化间隔大。非均匀量化过程采用了压缩的手段，一般为a率和u率压缩方式。它们使用的是两种对数形式的压缩特性。

1.介绍a率和u率压缩过程

在非线性量化中，采样输入信号幅度和量化输出数据之间定义了两种对应关系：一种称为μ律压扩算法；一种成为A律压扩算法。

1.1 μ律压扩

G.711标准建议的μ律压扩主要用在北美和日本等地区的数字电话通信中，按下面的式子（归一化）确定量化输入和输出的关系：

式中：x为输入信号幅度，规格化成 -1≤ x ≤ 1;

sgn(x)为x的极性，x<0时为-1，否则为1；

μ为确定压缩量的参数，它反映最大量化间隔和最小量化间隔之比，取100≤μ≤ 500，现在多取μ=255。由于μ律压扩的输入和输出关系是对数关系，所以这种编码又称为对数PCM。具体计算时，用μ＝255，可以把对数曲线变成8条折线以简化计算过程。

1.2 A律压扩

G.711标准建议的A律压扩主要用在中国大陆和欧洲等地区的数字电话通信中，按下面的式子确定量化输入和输出的关系：

式中：x为输入信号幅度，规格化成 -1 ≤ x ≤ 1;

sgn(x)为x的极性，x<0时为-1，否则为1；

A为确定压缩量的参数，它反映最大量化间隔和最小量化间隔之比，通常取A=87.6。

A律压扩的前一部分是线性的，其余部分与μ律压扩相同。A律压扩具有与μ律压扩相同的基本性能（在大信号区信噪比高于μ律量化器，但在小信号区不如μ律量化器）和实现方面的优点，尤其是还可以用直线段很好地近似，以便于直接压扩或数字压扩，并易于与线性编码格式相互转换。具体计算时，A＝87.56，为简化计算，同样把对数曲线部分变成13条折线。

对于采样频率为8 kHz，样本精度为13比特、14比特或者16比特的输入信号，使用μ率压扩编码或者使用A率压扩编码，经过PCM编码器之后每个样本的精度为8比特，输出的数据率为64 kbps。这个数据就是CCITT推荐的G.711标准：话音频率脉冲编码调制（Pulse Code Modulation (PCM) of Voice Frequencies）。通常的听觉主观感觉认为8位压扩量化有不低于12位均匀量化A/D的信噪比及动态范围。

2.硬件说明：

信号名称 定义

PCM_CKL PCM主时钟，由Master PCM设备提供，数据在其下降沿取样。

PCM_SYNC 同步信号，其频率即为采样率，标志着数据位的开始和结束。

PCM_Data_Out PCM数据输出。

PCM_Data_In PCM数据输入。

3.PCM信号分为长帧同步和短帧同步：

主要区别在于同步信号与数据信号之间的关系。短帧同步一般为一个clock，在同步信号结束后才开始PCM的数据信号；长帧同步信号则在信号的上升沿作为数据信号的起始位，在同步信号的下降沿作为数据位结束的标志，具体如下图示意。

一个PCM同步信号中包含多个时隙，每个时隙都可以传送PCM数据信号，采用多时隙的目的是为了用一组PCM总线传输给不同的PCM从设备多路语音信号。

另外，PCM的左右声道实际上是在同一个时隙中传输，一般把高8bit定位左声道，把低8bit定为右声道。

三、 MC2718与外部CODEC的调试及总结

1.MC2718 PCM特征

作为语音通信模块的MC2718在整个系统中实际上是用作主PCM设备，时钟信号和同步信号均由它产生，1、对于压缩格式，可以输出或输入8bit u率压缩格式，时钟为2.048Mhz，同步信号8K；2、而对于线性格式，仅支持输出14bit数据 输入13bit数据；或者输入14bit数据 输出13bit数据，时钟为2.048Mhz，同步信号8K（输出和输入不能位数不相等与高通的AUDIO DSP有关系，已经向高通求证过此问题）。

2.MC2718与开发板上CODEC TLV320AIC1106联调

TLV320AIC1106 是TI公司的一款PCM CODEC IC,支持8bit u率压缩格式，同时支持线性16bit （13bit是数据位，后三位为pad位，作为CODEC的增益调节，一般这3位都补O），其时钟为2.048Mhz，同步信号8K，短帧同步模式,这两种格式通过IC的第13脚LINSEL来选择，拉高支持压缩格式，拉低支持线性格式。

所以根据QSC6085和TLV320AIC1106特征，我们只能选用第一种PCM格式在第一个时隙内进行语音交互。

时序图：

信号线上的波形图：

同步信号与时钟关系：

同步信号与QSC6085输出数据信号关系

输出时钟与QSC6085输出数据信号关系

同步信号与QSC6085输入数据信号关系

软件PCM的基本配置：

PCM信号格式的详细配置：

3.MC2718与客户的CODEC LM49350联调

LM49350是National Semiconductor公司的一款CODEC IC,它既可以支持I2S输出，也可以支持PCM编解码输入输出，其配置非常灵活，即可配置为线性，也可配置为U率或A率，线性输入输出从8bit到24bit 都可以单独配置，由于客户前期与HW公司WCDMA调试过线性PCM语音，所以我们QSC6085尽可能采用线性配置通讯。

配置如下：

QSC6085配置：输出14bit数据输入13bit数据，时钟输出为2.048Mhz，同步信号8K，在第一个时隙内数据传送。

对QSC6085软件设置：

PCM基本配置不变。

PCM格式详细配置如下：

LM49350配置：输出13bit数据 输入14bit数据，接收时钟输出为2.048Mhz，同步信号8K 对LM49350软件配置：需要修改内核CODEC驱动的寄存器设置。值如下：

0x54寄存器值为：0x2c ；0x55 寄存器值为：0x02

时序图

QSC6085输出（LM49350输入）

QSC6085输入（LM49350输出）

信号线上的波形图：

QSC6085输出（LM49350输入）

QSC6085输入（LM49350输出）

四、 调试总结：

调试前要清楚谁是主PCM，谁是从PCM；各自能发送或接收什么样的PCM格式（其中包括主时钟频率、同步信号频率、需要几个时隙传送、选择在那个时隙给谁传送数据、采用短帧同步还是长帧同步、a-law/u-law还是线性），采用几位数据等等。如果主PCM设备和从PCM设备PCM有具有以匹配特征，才可以确认可以进行PCM通讯。

因此，在MC2718模块和开发板上只能选择u-law 8bit PCM通讯，也是分析QSC6085与开发板上所使

用的CODEC IC所支持的PCM格式决定的。否则，格式不匹配的话，PCM经过DA后轻则没有语音总有背景噪音，重则全是杂音。

在用u-law pcm格式调试开发板CODEC时,出现某些次数通话清晰，某些次数通话有背景噪音，结果发现控制CODEC的u-law 和线性转换的控制引脚既上拉了电阻，有下拉的电子，呈半高状态。之后把此控制脚彻底拉高就解决了问题。

在用线性PCM调试TI CODEC IC LM49350时，软件QSC6085将PCM输出输入都配置成13bit，且与CODEC IC配置成一样的位数，通话也均存在杂音，通过示波器抓出数据线上的波形发现输出时钟14bit 数据输入始终是13bit数据，由此断定杂音一定是位数不匹配造成的，通过修改LM49350输入输出位数（输出13bit数据 输入14bit数据，匹配高通的位宽）才得以解决。

五、 效果评价

MC2718在PCM两种格式调试测试中的故障分析和解决给基于QSC60X5平台的产品提供了指导和借鉴，为以后的PCM调试提供的调试思路，提高这方面的调试进度。

六、 推广建议

建议在后期产品设计初期，多关注前期产品的故障原因和解决办法，吸取经验教训，防患于未然，设计出更好的产品。

参考资料

QSC60X5 LM49350 TLV320AIC1106 芯片datasheet.

—— 完 ——