Yan Goh/欧胜微电子股份有限公司
产品市场工程师

    当移动电话遇到了掌上电脑，两种差异巨大的音响世界碰到了一起。几年过去了，模拟工程师们仍然在努力使处理语音、音乐回放和铃声的集成方案进一步完美，让我们来研究什么是完美的方案。

背景

    数字音频技术曾经简洁地整合到高保真音响（Hi-Fi）和电话技术中。Hi-Fi通常指立体声、16 bit的分辨率和44.1kHz的采样率，它们是最初的激光唱片的格式。另一方面，电话技术一直是单声道和低分辨率，典型的是8 bit和8kHz的数字化方式。这样，不同的混合信号集成电路被应用在上述不同的方案中。Hi-Fi音频编解码器很快就采用了多比特的西格玛-德尔塔技术来提高音响质量，而电话领域里仍然广泛使用着简单的、低数据率的低成本转换器，它们限制了音响质量的提高。

     同时，两种编解码器也有不同的接口，现在Hi-Fi立体声出现了许多数据格式，今天应用最广泛的就是I2S（跨芯片音响）。电话编解码器一般来讲采用脉冲编码调制（PCM）界面。严格意义上来讲，PCM是今天应用的主要的数字格式，包括I2S；它最初的目的是区别数字编码和模拟技术如频率调制。但是，在数字电话技术中，PCM通常指的是一种特殊的、与Hi-Fi立体声不兼容的单相数字格式。

    计算机音响的兴起已经推动另外一种界面。当质量的需求与已经建立的消费音响市场相类似时，就产生了一种播放在不同采样率(可以关注到的是8kHz, 44.1kHz和48kHz)下录制的音频文件的需求，可以用软件实现采样率的转化，但是它对计算能力的需求很高。广泛应用的AC’97标准因此为编解码器赋予了这个任务，同时通过使用相应的硬件也应用得更加高效。AC’97成为了计算机音响的事实标准。

    便携式系统最初保留了它们各自原有的格式，个人用的CD、MD和MP3播放机都曾经采用I2S的数模转换器（DAC），移动电话则坚持采用PCM，带有音频功能的PDA一般都采用与桌面电脑相同的AC’97编解码器。所以不奇怪，在第一代的复合型的系统中通常包含了电话和PDA的电路，它们在同一个盒子里依次排列，一颗通讯处理器控制着PCM语音编解码器，同时一颗应用处理器控制着Hi-Fi立体声（AC’97或者I2S）编解码器。但是，在两个音响子系统中没有设计该项功能的编解码器提供很少的连接或者根本不互相连接。分离的固态开关通常被塞进了模拟信号路径中，带来了噼啪声音、谐波失真和更大的印制板面积。

集成

    有证据表明，根据应用而定制集成方案是大有裨益的。“系统级芯片(SoC)”的哲学引导一些厂商把立体声DAC或者编解码器和其他更大的芯片集成在一起。但是，这样的一条道路不能得到专门的音频芯片所产生的音响质量。当把功率管理和音频芯片放在一起时就会牺牲音响的质量，因为电源的整流器会向邻近的音频信号线路发射音频噪声。把音频部分集成到数字集成电路中同样也有问题，因为一般来讲真正的Hi-Fi元器件需要专门为混合信号应用优化的0.35微米的工艺，而数字逻辑电路的线宽已经窄到0.18微米及以下。如果两种电路在一块芯片上共同存在，就会要么牺牲模拟区域内的性能，要么使整个芯片不得不采用更大的几何尺寸，这样芯片的大小就会扩大到不可接受的尺寸。

    扬声器的放大器尤其特别难集成，因为它们产生需要发散大量的热能。许多混合的芯片缺乏此项功能，由于需要一个外置的扬声器驱动器，所以不能够把它们看成是“系统级芯片”。另外一个共同的问题就是，芯片尽可能缩小，会带来模拟输入和输出的不足。在一个引线在四条边排开的四边形封装中，像常用的QFN（四边、平面无引线）封装，在芯片的大小已经很大的情况下再从每边往外延长1mm去适应几个额外的引线，就会导致芯片在印制板上的额外面积大幅度增加。例如，5x5mm和6x6mm的封装额外要求11mm(2), 而10x10mm的封装时的数字是21mm(2)。

    专用的音频芯片避免了这些问题，总体的芯片数量仍然可以通过集成其他混合信号功能而减少，这些功能包括触摸屏的数字化、语音和Hi-Fi编解码器。当语音的编解码器集成到一块电话芯片里时，一个带有额外模拟输入、输出和内部混合的Hi-Fi编解码器也许是合适的。但是即使在这种情况下，仍然需要一个双编解码器来配合一个蓝牙耳机，因为许多蓝牙编解码器拥有一个PCM接口。

    音频集成可以用很多种方法来实现，分享ADC和DAC能够降低硬件成本，但是不能实现同时播放或录制两个音频流。每个功能有独立的转换器即可解决这个问题，并且延长了电池的寿命，因为电话音频单元可以用比Hi-Fi功耗低的方法来设计，不过这种方法提高了硅的成本。通常情况下的折衷方案是有独立的DAC加共用的ADC，这允许在打一个电话时还播放音频（例如第二个打进来的