Chip: ISD1420, voice recorder

(gepubliceerd op 02-03-2018)

Kennismaking
De ISD1420 van ISD is een zeer gebruiksvriendelijke zogenaamde 'Chipcorder'. Het IC bevat alle noodzakelijke schakelingen voor het opnemen en nadien weer weergeven van de menselijke stem. Een paar passieve onderdelen, een elektret microfoon en een luidsprekertje en het systeem is compleet! De ISD1420 heeft, met een samplingfrequentie van 6,4 kHz en een bandbreedte van 2,6 kHz, een opnameduur van twintig seconden. De opgenomen stem wordt uiteraard digitaal bewaard in een non-volatile geheugen en blijft desgewenst meer dan honderd jaar bewaard. U kunt het geheugen 100.000 keer wissen en opnieuw beschrijven.
Dank zij een automatische standby mode met een stroomverbruik van slechts 0,5 µA kunt u het systeem uit een batterij voeden.
De schakeling bevat een automatische volumeregeling (AGC) zodat oversturing wordt vermeden. De voor het ADC/DAC-proces noodzakelijke scherpe anti-alias filters zijn ingebouwd.
In een uitgebreidere configuratie kunt u het geheugen indelen in segmenten, zodat u diverse kleine meldingen kunt opnemen en afzonderlijk afspelen. In totaal staan 160 adresseerbare geheugensegmenten ter beschikking, met ieder een capaciteit van 125 ms spraak.
De volledige schakeling wordt gevoed uit een enkelvoudige 5 V spanning.

Het intern blokschema van de ISD1420. (© Information Storage Devices)

Opmerking
De oorspronkelijke fabrikant Information Storage Devices is verdwenen, want overgenomen door Winbond. De ISD1420 wordt momenteel echter op grote schaal gedumpt voor prijzen vanaf US$ 2.00 via de bekende internet-kanalen zoals eBay en Aliexpress.

Technische gegevens
       - Prijsindicatie: € 2,00 (lees bovenstaande opmerking)
       - Fabrikant: Information Storage Devices
       - Behuizing: DIL-28
       - Voedingsspanning: 5 V typisch, 7 V max.
       - Standby stroom: 0,5 µA typisch, 10 µA max.
       - Voedingsstroom in bedrijf: 15 mA typisch, 30 mA max.
       - Ingangsimpedantie microfoonversterker: 3 kΩ typisch
       - Signaalspanning microfoonversterker: 20 mVtop-tot-top max.
       - Versterking microfoonversterker (AGC= 0,0 V): 24 dB typisch
       - Versterking microfoonversterker (AGC= 2,5 V): -15 dB typisch
       - Impedantie luidspreker: 16 Ω min.
       - Uitgangsvermogen in 16 Ω: 12,2 mW typisch
       - Sampling frequentie: 6,4 kHz max.
       - Bandbreedte anti-alias filter: 2,6 kHz typisch
       - Opname- en weergavetijd: 20 s max.
       - Totale harmonische vervorming: 1 % typisch, 3 % max.

Aansluitgegevens van de ISD1420.
(© Information Storage Devices)

Functie van de pennen

• A0 - A7 (1-6, 9, 10):
  Deze adresingangen hebben twee functies, afhankelijk van het niveau van de twee Most Significant Bits (MSB) van het adres. Als een of beide van de twee MSB's 'L' zijn, worden de ingangen geïnterpreteerd als adresbits en worden gebruikt als startadres voor de huidige opname- of afspeelcyclus. Als zowel A6 als A7 HOOG zijn wordt de chip omgeschakeld naar een 'Special Operational Mode'.
• VSSD, VSSA (12, 13):
  Ground, de ISD1420 gebruikt afzonderlijke massapennen voor de analoge en digitale schakelingen om ruis te minimaliseren. Deze pennen moeten zo dicht mogelijk bij de chip met elkaar worden verbonden.
• SP+, SP- (14, 15):
  Luidspreker uitgangen voor het direct aansluiten van luidsprekers met impedanties tot minimaal 16 Ω. De luidsprekeruitgangen staan op een hoogimpedante toestand tijdens een recordcyclus.
• VCCA, VCCD (16, 28):
  Voedingsspanningen voor de analoge en digitale interne schakelingen. Deze pennen moeten zo dicht mogelijk bij de chip met elkaar worden verbonden. Het is belangrijk dat de voedingen zo dicht mogelijk bij de chip worden ontkoppeld.
• MIC (17):
  De microfooningang is rechtstreeks verbonden met de on-chip voorversterker. Een automatische versterkingsregeling op de chip (AGC) bepaalt de versterking van deze voorversterker van -15 dB tot 24 dB. De microfoon moet capacitief op deze ingang worden aangesloten. 
• MIC REF (18):
  De MIC REF-pen is de inverterende ingang van de interne versterker. Moet capacitief met de microfoon worden verbonden.
• AGC (19):
  De AGC past de versterking van de voorversterker aan aan de sterkte van het ingangssignaal. De attack-tijd wordt bepaald door de tijdconstante van een interne weerstand van 5 kΩ en een externe condensator, aangesloten tussen de AGC-pen en de analoge massa. De release-tijd wordt bepaald door de tijdconstante van een externe weerstand en de externe condensator tussen de AGC-pen en de analoge massa.
• ANA IN (20):
  Het signaal op deze pen is het signaal dat wordt gedigitaliseerd voor de opname. In de meeste gevallen is deze pen verbonden met de uitgang van de voorversterker op ANA OUT. 
• ANA OUT (21):
  De uitgang van de interne voorversterker, wordt verbonden met ANA IN.
• PLAYL (23):
  Wanneer dit ingangssignaal 'L' wordt, wordt een afspeelcyclus gestart. Het afspelen gaat door totdat PLAYL 'H' wordt of een EOM-markering wordt gedetecteerd. De chip wordt automatisch uitgeschakeld en gaat naar standby-modus na voltooiing van een afspeelcyclus.
• PLAYE (24):
  Wanneer dit ingangssignaal 'L' wordt, wordt een afspeelcyclus gestart. Deze gaat door tot een EOM-markering wordt aangetroffen en is niet te onderbreken.
• RECLED (25):
  Deze uitgang wordt 'L' gedurende een opname-cyclus. Wordt gebruikt voor het sturen van een opname-LED.
• XCLK (26):
  Ingang die u kunt gebruiken voor het aansluiten van een extern clock-signaal. Als u de interne clock gebruikt moet deze ingang 'L' zijn.
• REC (27):
  De 'record'-ingang, een actieve 'L'-ingang. Deze ingang moet gedurende de volledige opname-cyclus 'L' blijven. Als deze ingang weer 'H' wordt neemt de chip een EOM-marker op, zodat de elektronica weet wanneer u de opname hebt beëindigd.

Voorbeeldschakeling
In onderstaande figuur is het door de fabrikant voorgeschreven toepassingsschema rond de ISD1420 weergegeven. Als de drie drukknoppen zijn geopend, staat de ISD1420  automatisch in de standby mode met extreem laag stroomverbruik. Het opnemen start na het indrukken van RECORD, het geheugen wordt vanaf het eerste adres beschreven. De LED D1 gaat branden als opname-indicator. Het opnemen gaat door zolang de drukknop wordt ingedrukt of tot het volledige geheugen is volgeschreven. In het eerste geval wordt een end-of-message (EOM) marker in het geheugen geschreven. In beide  gevallen gaat de chip nadien automatisch naar standby.
Het weergeven van de opgenomen spraak start na het indrukken van PLAYL of PLAYE. Het verschil is dat het even indrukken van PLAYE de volledige boodschap afspeelt (dus tot de EOM-marker in het geheugen wordt aangetroffen) en een actie via PLAYL stopt als de drukknop weer wordt losgelaten.

De voorgeschreven standaard schakeling rond de ISD1420. (© Information Storage Devices)

(Banggood sponsor advertentie)
LM317 Adjustable Voltage Power Supply (230 V input)