兩種方案 - 將音頻編解碼器植入28nm高級移動多媒體芯片系統(tǒng)

　　有兩種方案都支持耳機直接從芯片系統(tǒng)獲得較高的輸出功率，并消除外置音頻編解碼器IC帶來的系統(tǒng)成本和復雜度。

　　· 第一個方案就是使用USB接口所需的3.3伏電源電壓。絕大多數(shù)移動多媒體芯片系統(tǒng)至少有一個USB接口，因此都有3.3伏電源電壓。由于電源電壓用于高速USB接口，因此可能會限制其支持的電流負荷，以確保USB性能不受影響。

　　·第二種方案是使用電荷泵生成3.3伏電源電壓，這需要利用現(xiàn)有的1.8伏電源電壓和形成負1.8伏電源電壓，如圖4所示。由于線路輸出和耳機驅動所需電流相對較低，電荷泵的開關可以很小。負電源電壓的另一個優(yōu)點是，輸出驅動將在地成為中心，形成真實地（true ground）而不是虛擬地（vitual ground），使音頻編解碼器輸出直接連接其他設備，無需使用大的隔直流電容器。

　　在以上兩種方案中，1.8伏的器件需要正確地進行級聯(lián)，以承受3.3伏電源電壓。級聯(lián)由串聯(lián)在一起的堆疊晶體管組成，需占用額外的硅芯片面積。不過，如果采用適當?shù)脑O計技術，如擴散-合并（diffusion-merging）布局技術，可盡量減小增加的面積。

　　圖4：true ground輸出驅動可提供以ground為中心的輸出信號，不需要使用隔直流電容器。

　　深入了解芯片系統(tǒng)之外的系統(tǒng)分區(qū)

　　在一些情況下，性能降低可顯著削弱系統(tǒng)的整體競爭力，揚聲器驅動就是其中之一。典型的揚聲器驅動必須將最高500mW的功率傳輸?shù)?歐姆負荷中。這在3.3伏電源電壓工藝能力范圍之內(nèi)。但是，對于1.8伏電源電壓的28納米芯片系統(tǒng)而言，限制在300mW和4歐姆負荷范圍內(nèi)。但是，只有1.8V電壓驅動晶體管門，必須大量增加驅動晶體管個數(shù)，以支持大電流要求，這會導致硅面積成本高昂難以承受。

　　最理想的情況是，高壓工藝可用來產(chǎn)生所需電源。幸運的是，移動多媒體設備都使用電池，有一些電源管理集成電路（PMICs）用來在整個系統(tǒng)中合理分配電壓，并監(jiān)控電池的充電和放電狀態(tài)。許多這些設備都采用高壓模擬工藝制成，完全能夠驅動揚聲器輸出。

　　圖5提供了在移動多媒體系統(tǒng)中部署揚聲器驅動的四種常用方案。第一個是完全將驅動集成到芯片系統(tǒng)中（圖5a）。第二個方案是將整個音頻編解碼器功能轉移到專用的音頻集成電路，并在專用音頻集成電路和芯片系統(tǒng)之間采用I2S數(shù)字接口（圖5b）。第三種方案是將所有音頻功能集成到芯片系統(tǒng)（但揚聲器驅動除外），并使用低成本的專用揚聲器驅動（圖5c）。第四個方案是將揚聲器驅動集成到電源管理集成電路（PMIC）中（圖5d）。由于PMIC已經(jīng)支持高壓和大電流，它是放置大功率電路的理想位置。

　　如果音頻編解碼器所占面積大小充分合理并能夠保證集成到芯片系統(tǒng)中，將揚聲器驅動集成到PMIC中可降低系統(tǒng)成本和功耗，并減少元件數(shù)量。如果找不到帶有集成揚聲器驅動的PMIC，或是它與系統(tǒng)不兼容，可使用專用的揚聲器功放代替。這種方法具有集成PMIC的許多優(yōu)點，只是需要額外IC（盡管體積很?。?/p>

　　圖5：將揚聲器驅動植入移動多媒體系統(tǒng)中的不同方案

　　小結

　　在28納米芯片系統(tǒng)中實現(xiàn)音頻編解碼器的模擬功能需要采用新方法新技術，而先進工藝既有優(yōu)點，也有局限性。系統(tǒng)設計人員只需牢記以下技術，就可開發(fā)出高性能低成本的音頻系統(tǒng)。

　　·利用摩爾定律，將功能轉移到數(shù)字域實現(xiàn)。28納米工藝的關鍵優(yōu)點是數(shù)字電路的密度和性能。設計人員需要考慮哪些音頻編解碼器功能可以遷入數(shù)字域，以利用工藝上的改進，并將模擬模塊重點集中在外界的接口上。

　　· 靈活設計多種時鐘速率。音頻采樣速率有多種頻率。音頻編解碼器應非常靈活，支持采用芯片系統(tǒng)參考時鐘（如12MHz USB時鐘）的音頻采樣頻率，以簡化IP集成。

　　·管理好電源電壓降低后的性能平衡。電源電壓降低至1.8伏造成輸出功率受限，但仍符合當今市場上許多便攜產(chǎn)品實際的輸出功率要求。不過，使用電荷泵和特殊的級聯(lián)，有可能在芯片上產(chǎn)生高電源電壓，支持良好收聽體驗所需的輸出功率。

　　·深入了解芯片系統(tǒng)之外的系統(tǒng)分區(qū)。并非每一個功能都必須集成到芯片系統(tǒng)。有些功能，如揚聲器驅動，植入電源管理集成電路（PMIC）或作為獨立的集成電路使用有利于提高性能和降低系統(tǒng)成本。

　　系統(tǒng)和芯片系統(tǒng)設計人員考慮將音頻編解碼器功能集成的關鍵是充分理解：1）集成的意義在哪里？2）不集成的意義在哪里？3）如何具備充分的靈活性來支持不同使用模式和要求？新思科技的DesignWare IP開發(fā)出了經(jīng)過硅驗證、功能全面的音頻編解碼器，使芯片系統(tǒng)設計人員能夠在成本與性能之間實現(xiàn)最佳平衡，并能夠專注于如何實現(xiàn)產(chǎn)品差異化。

——本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)11月《視音頻技術特刊》“透視新設計欄目”，轉載請注明出處，違者必究！