無需外置IC ：在系統(tǒng)級芯片上集成模擬音頻IP

關(guān)鍵詞： 模擬 , 芯片 , 音頻

音頻處理對尺寸和功耗要求很高的手機(jī)、便攜式媒體播放器、數(shù)碼相機(jī)、便攜式攝像機(jī)、電子玩具和許多其他產(chǎn)品至關(guān)重要。此外，GPS 導(dǎo)航設(shè)備和智能手機(jī)等先進(jìn)便攜產(chǎn)品，都需要通過設(shè)置音頻功能來增值并區(qū)別于其他相似產(chǎn)品，這為音頻處理建立了一個不斷擴(kuò)展的市場。

幾年前，音頻功能需要一個或多個分立式集成電路來處理，尤其是需要真正的Hi-Fi（如超過 96dB 動態(tài)范圍）音頻性能時。之前需要的多個不同 IC 現(xiàn)在可以集成在單個 SoC 中，得到了同等的質(zhì)量，在許多情況下更超過了分立式音頻 IC。這顯著節(jié)省了芯片面積，同時降低了功耗，延長了電池的使用時間。最近，全數(shù)字“D 類”音頻放大器已成為可集成到 SoC 設(shè)計(jì)的音頻功能模塊，其功率輸出高達(dá) 1 瓦，足以驅(qū)動耳機(jī)和小型揚(yáng)聲器。

考慮到實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品體積小型化，同時集成高質(zhì)量音頻、延長電池壽命，并以具有競爭力的價格推出產(chǎn)品的壓力，IC 設(shè)計(jì)人員和終端產(chǎn)品制造商發(fā)現(xiàn)將音頻功能集成到其 SoC 設(shè)計(jì)越來越具有吸引力。當(dāng)前一流的 SoC 音頻性能對分立式音頻 IC 具有很大的競爭力。

SoC IC 技術(shù)概述

SoC 設(shè)計(jì)人員無需從頭開始，他們可把已開發(fā)設(shè)計(jì)出來的構(gòu)建模塊拼到一起，在 SoC 上進(jìn)行信號處理。這些構(gòu)建模塊被稱為內(nèi)核，構(gòu)建這些內(nèi)核所需的知識產(chǎn)權(quán)稱為“IP 核”或“IP”。??

SoC 制造工廠或代工廠實(shí)現(xiàn)了各種尺寸不斷縮小的半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)。目前，180nm 和 130nm 技術(shù)已經(jīng)成熟，90nm 和 65nm 節(jié)點(diǎn)越來越受歡迎，45nm 和更小的技術(shù)節(jié)點(diǎn)也即將到來。每個更小的技術(shù)節(jié)點(diǎn)都代表著一系列新的挑戰(zhàn)。例如，進(jìn)入深亞微米區(qū)要求開發(fā)淺溝道隔離（STI）技術(shù)，以防止器件元件各部分間的漏電。在深亞微米工藝中提供足夠的靜電放電（ESD）保護(hù)非常關(guān)鍵，而且比以前更具挑戰(zhàn)性。此外，模擬音頻信號處理極易受到噪聲的影響。隨著越多越多工作在更高時鐘頻率的數(shù)字處理加到 SoC，從而能利用更小尺寸工藝的集成能力，日益成為設(shè)計(jì)人員面臨的越多越巨大的挑戰(zhàn)。

MIPS 科技為 SoC 設(shè)計(jì)人員提供一系列模擬音頻 IP 產(chǎn)品，其中包括音頻編解碼器、轉(zhuǎn)換器、放大器和專門用于便攜設(shè)備設(shè)計(jì)人員的其他音頻功能。有時，單個 SoC 很難實(shí)現(xiàn)特定功能，設(shè)計(jì)人員會把各種芯片集成到多芯片模塊（MCM，Multi-Chip Module）或系統(tǒng)級封裝（SiP）中。MIPS 科技的音頻 IP 可以用于所有這些系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

動態(tài)范圍

“動態(tài)范圍”這個術(shù)語指的是最大可能的非失真聲音與靜音的比率。高動態(tài)范圍是音頻 IC 低噪聲的最好證明——這就證明了它為什么是最重要的音頻規(guī)格。標(biāo)準(zhǔn)音頻 CD 的動態(tài)范圍是 96dB，這對于消費(fèi)音頻系統(tǒng)可以說是最卓越的性能了。對于專業(yè)音頻應(yīng)用，在市場上可以找到具有高達(dá) 120dB 動態(tài)范圍的分立式音頻 IC，然而，如此高的性能對消費(fèi)電子應(yīng)用來說往往已超越實(shí)際需求，因?yàn)楣暮托〕叽缍挤浅Ｖ匾?br />
雖然分立式音頻 IC 的編解碼器和放大器等關(guān)鍵功能對于任何追求“Hi-Fi”再現(xiàn)音質(zhì)的產(chǎn)品都是必需的，但現(xiàn)在這些功能可輕松集成到采用先進(jìn)高性能音頻 IP 的 SoC 設(shè)計(jì)當(dāng)中。

MIPS 用于 Hi-Fi 應(yīng)用的模擬音頻 IP 內(nèi)核可以實(shí)現(xiàn)全 96dB 的動態(tài)范圍，適用于各種成本、功耗和尺寸要求。它們是移動電話和便攜式設(shè)備非常理想的選擇。

對于真正的發(fā)燒友音質(zhì)的應(yīng)用，MIPS 的 IP 可幫助 SoC 設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)高達(dá) 104dB 的動態(tài)范圍，而無需分立式音頻 IC。雖然需要消耗相對多一點(diǎn)的芯片面積和功耗，這種平衡方案對于高端相機(jī)、便攜式攝像機(jī)、數(shù)字電視和機(jī)頂盒等應(yīng)用也頗具價值。

先進(jìn)的模擬音頻功能

幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員節(jié)省電能、改善性能的先進(jìn)音頻功能使 MIPS 科技公司的模擬音頻 IP 在業(yè)界處于獨(dú)特地位。這些先進(jìn)的音頻功能包括：

* 超低紋波線性相位數(shù)字濾波：具有真正的 Hi-Fi 音質(zhì)，低于 ±0.02dB 的帶內(nèi)紋波和低于線性相位 0.1? 的偏差。

* 耳機(jī)檢查（電子插座插入檢測器）：如果沒有耳機(jī)插入，為什么要為音頻耳機(jī)放大器供電呢？不需要的時候，可以切斷放大器電源，而無需額外的插座接線端子，像傳統(tǒng)的“采用比較器的通用輸入輸出（GPIO）機(jī)械開關(guān)”一樣。

* 無電容輸出（capless）/ 虛擬接地（Phantom ground )/真接地（True-ground)：電容器是許多音頻編解碼器的 IC 和耳機(jī)插座之間所需的一種較大的外部元件。設(shè)計(jì)人員采用直接將 IC 連接到插座的音頻輸出，可節(jié)省空間和材料成本。

* 集成鎖相環(huán)（PLL）：有利于音頻 IP 與任何系統(tǒng)時鐘協(xié)同工作，從 12MHz/24MHz USB 到 27MHz 視頻，包括 GSM 13MHz 時鐘。它甚至還可實(shí)現(xiàn)音頻 IP 左右雙聲道的工作，而無需高速主時鐘。

* 抽樣率轉(zhuǎn)換：允許多時域的同步音頻幀與音頻 IP 的連接。

* 自動電平控制：無論輸入信號強(qiáng)度如何，都有利于錄音電平保持一致。在記錄來自未知強(qiáng)弱的信號源如運(yùn)動主體時，這是非常有用的。

* 5/10 段音頻均衡器：內(nèi)置圖形均衡器有助于 SoC 設(shè)計(jì)人員節(jié)省用于關(guān)鍵系統(tǒng)任務(wù)的非常寶貴的處理器 MOPS。

* 3-D 音頻增強(qiáng)器: 為實(shí)現(xiàn)更豐富的音頻效果，增加了偽中心音頻通道??

* 麥克風(fēng)偏置：為駐極體麥克風(fēng)單元提供無噪聲電源，這樣記錄的信號就可能實(shí)現(xiàn)最佳的質(zhì)量。

* “柔性削峰”：平滑強(qiáng)信號，以避免嚴(yán)重的失真。

* 軟增益斜率：平衡不同增益設(shè)置的斜率，避免 “zip” 噪聲。

這些功能，連同標(biāo)準(zhǔn)的編解碼器、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器、混音器/音量控制和放大器功能，構(gòu)成了完整的“可集成”模擬音頻 IP 系列。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)應(yīng)用的具體需要選擇所需的功能，在最小的芯片面積上實(shí)現(xiàn)這些功能。

按照“你的方式”定制 IP

在 SoC 設(shè)計(jì)中集成不需要的功能，對成本、芯片面積和功耗來講并不高效。MIPS 科技公司音頻 IP 的明顯優(yōu)勢在于其能夠根據(jù)客戶所需的質(zhì)量水平量身精確定制這些功能。

這對于材料成本非常敏感的消費(fèi)電子類產(chǎn)品來說大有裨益，例如，價格低廉的電子玩具，整個產(chǎn)品可能只賣幾美元。隨著設(shè)計(jì)人員將 D 類音頻功率放大器集成到 SoC，現(xiàn)在的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以實(shí)現(xiàn)低功耗、低成本定制 SoC 空前的音頻功能。

對于無需全面編解碼器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員而言，MIPS 也為音頻驅(qū)動器、數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器授權(quán) IP 恰如其分地提供了他們所需的功能。如果設(shè)計(jì)人員需要一個 44.1 kHz 的鎖相環(huán)（PLL，phase locked loop），MIPS 科技公司就可以針對他們的需求提供。它是為 44.1 kHz（CD 音頻采樣頻率）優(yōu)化的，而不是通用設(shè)計(jì)。嵌入式音頻模擬前端、輸出放大器以及需要其中的任何功能 MIPS 科技都可以提供。

當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)采用現(xiàn)成的音頻 IC 時，產(chǎn)品的音頻聲譽(yù)將歸功于IC 制造商。而在集成音頻 IP 到 SoC 設(shè)計(jì)的時候，SoC將 憑借其卓越的音質(zhì)而獲得好評，也就增加了定制 SoC 的價值。

此外，SoC 設(shè)計(jì)人員可通過集成音頻 IP 控制他們自己的供應(yīng)鏈。當(dāng)然，他們也能夠得益于為 SoC 從頭開始設(shè)計(jì)音頻，但是這會導(dǎo)致上市時間的顯著增加甚至可能產(chǎn)生低劣的性能。

結(jié)論

無論是為手機(jī)、高性能媒體播放器、相機(jī)或廉價玩具設(shè)計(jì)音頻，MIPS 科技的音頻 IP 都可幫助設(shè)計(jì)工程師更快更好地實(shí)現(xiàn)。之前只能由分立式 IC 實(shí)現(xiàn)的 Hi-Fi 音頻要求，包括驅(qū)動耳機(jī)和小型揚(yáng)聲器的高效 D 類放大器能力，現(xiàn)在都可以采用 MIPS 模擬音頻 IP 的 SoC 設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。