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移動(dòng)電話低功耗和高音頻質(zhì)量設(shè)計(jì)方案[2]

交換技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)管控責(zé)任編輯：czq147 2012-03-29

希賽網(wǎng)公眾號(hào) 點(diǎn)擊領(lǐng)取通信工程師備考資料

摘要：音頻中心應(yīng)運(yùn)而生移動(dòng)電話等便攜式多媒體設(shè)備通常含有一些采用不同數(shù)據(jù)格式的模擬和數(shù)字音源，這些音頻流在通過不同的變換器（如小功率揚(yáng)聲器、大功率揚(yáng)聲器和耳機(jī)）輸出到真實(shí)世界之前必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換和適當(dāng)?shù)幕旌稀榱斯?jié)省空間、削減成本和降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性，將這些音頻處理功能全部集中到一個(gè)器件（即‘音頻中心’）上肯定是有益的。數(shù)字

音頻中心應(yīng)運(yùn)而生

移動(dòng)電話等便攜式多媒體設(shè)備通常含有一些采用不同數(shù)據(jù)格式的模擬和數(shù)字音源，這些音頻流在通過不同的變換器（如小功率揚(yáng)聲器、大功率揚(yáng)聲器和耳機(jī)）輸出到真實(shí)世界之前必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換和適當(dāng)?shù)幕旌?。為了?jié)省空間、削減成本和降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性，將這些音頻處理功能全部集中到一個(gè)器件（即‘音頻中心’）上肯定是有益的。

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)源也能以不同的數(shù)據(jù)格式、字長和樣本速率存在。由于電話使用模式通常僅要求音頻中心處理單聲道8kHz PCM格式數(shù)據(jù)，因此集成數(shù)字音樂回放功能要求音頻中心器件處理不同的樣本速率、字長和數(shù)據(jù)格式（如立體聲16位44.1kHz I2S數(shù)據(jù)）。音頻中心上一個(gè)靈活的數(shù)字音頻接口和時(shí)鐘方案再加上Hi-Fi質(zhì)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，可使得在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字音樂播放功能不再需要額外的混合信號(hào)元件。

音頻中心必須能夠連接具有不同幅度、源阻抗、DC偏置和帶寬的模擬信號(hào)，如FM接收機(jī)、麥克風(fēng)、發(fā)送/接收語音數(shù)據(jù)、鈴聲或Hi-Fi線路輸入。靈活的輸入配置能夠?yàn)樵诓煌到y(tǒng)架構(gòu)中的這些不同信號(hào)特性提供支持，而且同時(shí)最小化引腳數(shù)、節(jié)省空間和降低成本。

在音頻中心的模擬域中混合能夠消除樣本速率轉(zhuǎn)換困難，而且靈活的混合通道能夠促成新的應(yīng)用特性的出現(xiàn)。像WM8983和WM8985這樣的器件允許對(duì)麥克風(fēng)輸入、數(shù)字音樂、FM接收器和接收的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行任意的混合，并提供重新數(shù)字化這一混合音頻的功能，這可促成如卡拉OK錄制等功能的實(shí)現(xiàn)。

音頻中心的節(jié)能電源設(shè)計(jì)

上述的信號(hào)鏈上針對(duì)各音頻功能的電源要求是音頻中心器件中最不同的，一般有3到4個(gè)獨(dú)立的電源域，每個(gè)域都有自己的電壓/電流要求和噪聲特性。音頻中心器件需要進(jìn)行非常小心的設(shè)計(jì)才能在這些電源的不同局限下工作。在不犧牲音頻信號(hào)質(zhì)量的前提下將功耗降至最低，是在合理降低電池壽命的前提下為便攜式設(shè)計(jì)提供Hi-Fi質(zhì)量音樂的關(guān)鍵，每個(gè)電源域必須使用不同的省電技術(shù)。

由于降低數(shù)字部分電源電壓不會(huì)影響音頻質(zhì)量，數(shù)字內(nèi)核將采用盡可能低的電壓以節(jié)省電能。使用這些低電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器與線性穩(wěn)壓器相比可大幅提高功率轉(zhuǎn)換效率，DC/DC轉(zhuǎn)換器的高頻率開關(guān)引起的電源紋波可以更容易地采用數(shù)字電路來加以抑制，而一個(gè)模擬塊需要一個(gè)穩(wěn)定的電源電壓來使得噪聲水平盡可能地低。

以類似的方法，采用低電壓的數(shù)字I/O緩沖器電源將消耗更少的功率，而且音頻質(zhì)量將不會(huì)受到影響，盡管由于一些實(shí)際的原因這一電源電壓有時(shí)要高于數(shù)字內(nèi)核的電源電壓（例如，為了保持相互通信的器件之間的信令電壓水平的一致）。

而與數(shù)字功能不同，模擬信號(hào)處理元件（如ADC、DAC、混頻器、放大器和麥克風(fēng)接口）對(duì)噪聲非常敏感。信噪比可通過提高模擬電源電壓而改善，但代價(jià)是功耗增加了。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須根據(jù)他們自己的音頻質(zhì)量和功耗目標(biāo)做出合理的折衷。

維持一個(gè)穩(wěn)定而干凈的模擬電源對(duì)預(yù)防電源噪聲降低音頻質(zhì)量也很重要。盡管良好的設(shè)計(jì)和差分技術(shù)能夠改善電源抑制比（PSRR），但通常采用一個(gè)高PSRR的線性穩(wěn)壓器為音頻中心上的模擬電路供電。在穩(wěn)壓器的輸出電壓和最小輸入電壓之間有一個(gè)足夠的裕量也很重要，這可在電池放電時(shí)維持高的PSRR水平。在便攜式音頻應(yīng)用中2.7V和3.0V之間的模擬電壓是相當(dāng)?shù)湫偷摹?/span>

音頻中心上模擬電路省電的最有效策略是提供靈活和粒狀電源管理控制，從而那些對(duì)某一給定的應(yīng)用情景而言不是必要的電路就可以被關(guān)掉。例如，大多數(shù)音頻中心至少在片上有2個(gè)ADC和2個(gè)DAC,但語音錄制功能僅需要使用一個(gè)ADC,PCM語音通話需要一個(gè)ADC和一個(gè)DAC,MP3播放需要使用兩個(gè)DAC。

只要在某個(gè)特別的電路里有功耗和音頻質(zhì)量折衷問題，就可以采用低功耗模式，這樣當(dāng)質(zhì)量要求降低時(shí)（如在語音通信時(shí)），性能也可以適當(dāng)?shù)亟档鸵怨?jié)省電力。隨著音頻中心器件復(fù)雜性不斷增長以匹配不斷增加的手機(jī)性能，可能的器件配置數(shù)量也在增長，不同塊的低級(jí)別控制變得必要起來以避免浪費(fèi)功率。

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