语音合成芯片的ASIC设计

　　引言

　　近年来语音集成电路获得了迅速的发展，其应用范围越来越广，在自动售货机、ATM柜员机，内部直通电话机以及玩具等方面应用了大量的语音合成芯片。该芯片内部采用脉宽调制，将数字信号正确的还原成模拟信号，从而使得电路的输出端不需要外接D/A转换;同时使芯片能够以纯数字电路的形式实现，因此可以很方便地把语音合成电路做成专用集成电路(ASIC)，这样可以提高电路的抗干扰能力，增加该系统工作的稳定性，同时也降低了生产的成本和简化了板级电路的复杂度。

　　1、语音合成芯片的结构

　　该语音合成芯片首先是将语音资料以LOGPCM编码的方式存入ROM中，语音总长为35秒，将其分割成4个语音段，2个触发键，可以根据不同的需求来确定该芯片的触发方式，每一个语音段可指定不同的播放速度，也可设定“语音组跳跃功能”将现在的语音段(S1)播放完后，接着播放指定的语音段，并可以进一步设定这个指定的语音组是否需要无限的循环播放。同样两个触发键可选择为输入或者输出端，音频输出为PWM1和PWM2 两个输出端，可直接驱动喇叭;频率振荡器有两种选择：外部可调电阻式频率振荡器和内部频率振荡器。该芯片的总体设计框图如图1所示。

　　图1语音合成芯片总体设计框图

　　2、语音合成芯片工作原理

　　本语音合成芯片有两个控制信号端：IO1和IO2，共有四段语音内容，根据设计的要求IO2的优先级别高于IO1，通过不同的输入来播放不同语音段的语音信号，而且两个控制信号IO1和IO2的触发方式都采用边缘触发，语音无重触发(后段盖前段)之功能，而且每触发一次输出一段语音内容，循环有序输出各段语音。芯片工作后，IO2开始触发则播放第一段语音(S1)，如果IO2为高电平时，此时的IO1触发无效;当IO2为低电平时，IO1触发则播放最后一段语音(S4)，假如IO2继续触发，将依次循环输出各段语音。

　　3.语音合成芯片设计

　　3.1 时序产生电路

　　这部分电路是给整个语音合成芯片提供时钟信号，该语音合成芯片只包括一个时钟，就是播放的速度。在芯片中的以LOGPCM编码方式所存储的语音信息是8位，采用PWM的方法进行调制，就需要至少28倍PWM数据读取频率来进行调制，使得PWM信号输出的占空比能实现256级的变化。语音信号是以8KHz为采样频率，因此要以8K×256=2M的时钟频率来进行调制，从而实现芯片的正常播放。在ASIC设计中，为了达到2MHz的时钟频率，采用环行振荡器，该电路3个CMOS反向器，1个电容和一个片外电阻，调节片外的电阻可以产生不同频率的振荡信号，因此可以通过改变外部的电阻值来实现不同的播放速度。同时在芯片的内部可用二分频电路串联来实现28分频。