為揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器找到合適的系統(tǒng)位置

　　對(duì)在28nm工藝整合進(jìn)音頻編解碼器提出特殊挑戰(zhàn)的輸出驅(qū)動(dòng)器是揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器。通常情況下，采用3.3V電源供電的揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器可提供高達(dá)500mW功率。為了獲得上好的音頻性能，揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)功率不應(yīng)低于250mW。然而，因只有1.8V可用來驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器的邏輯門，所以必須顯著增加輸出器件的體積以支持大電流需求，從而導(dǎo)致往往不可接受的硅片面積成本的增加。

　　結(jié)果是，在28nm SoC內(nèi)集成進(jìn)揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器在技術(shù)上并不總是可行或?qū)嶋H的，這使得設(shè)計(jì)師有必要考慮系統(tǒng)級(jí)選項(xiàng)。圖6顯示了在移動(dòng)多媒體系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器的四種常見選擇。第一種，是將驅(qū)動(dòng)器完全集成到SoC內(nèi)（圖6a）。第二種，是將整個(gè)音頻編解碼器功能由一個(gè)專用音頻IC來實(shí)現(xiàn)，并使用I2S數(shù)字接口連接專用音頻IC和SoC（圖6b）。

　　圖6： 移動(dòng)多媒體系統(tǒng)內(nèi)的揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器實(shí)施選項(xiàng)。

　　第三種，是將除揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器外的所有音頻功能都集成到SoC內(nèi)，并使用一款低成本、專用的揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器（圖6c）。第四種選擇，是將揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器整合進(jìn)電源管理IC（PMIC）（圖6d）。因?yàn)镻MIC業(yè)已支持高電壓和大電流，它成為高功率電路合乎邏輯的一個(gè)所在。此外，表2列出了每個(gè)選擇的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　表2：在移動(dòng)多媒體系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　總之，基于揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器的大功率和大電流要求，它是在1.8V電壓下、以一種有面積效率的方式最難整合的輸出驅(qū)動(dòng)器。為了支持揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器，SoC設(shè)計(jì)師必須決定是否將該功能集成到系統(tǒng)內(nèi)的另一個(gè)模塊（如電源管理IC），或采用外部揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器對(duì)其進(jìn)行支持。

　　將模擬功能轉(zhuǎn)移到數(shù)字域

　　在智能手機(jī)或平板電腦中，在音頻編解碼器上可能存在三個(gè)數(shù)字宿主。一個(gè)是基帶處理器，它處理語音信號(hào)并送至蜂窩射頻用來發(fā)送和接收。第二個(gè)是應(yīng)用處理器，它處理智能手機(jī)存儲(chǔ)器上的媒體文件。第三個(gè)是藍(lán)牙射頻，它無線連接立體聲耳機(jī)。

　　每個(gè)音頻信號(hào)都工作在不同的時(shí)鐘域。第一個(gè)，工作在通常是13MHz的射頻時(shí)鐘。第二個(gè)，可能工作在480MHz的USB時(shí)鐘。第三個(gè)，可能工作在16MHz，即藍(lán)牙芯片的典型工作頻率。這樣一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的音頻編解碼器不僅橋接了數(shù)字域和模擬域，它同時(shí)還橋接了數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)中的不同時(shí)鐘域。

　　典型的音頻編解碼器將若干模擬信號(hào)源連接在一起并輸出到一個(gè)單一的數(shù)字宿主（digital host）。然而，在當(dāng)今有眾多數(shù)字宿主的系統(tǒng)中，每個(gè)數(shù)字宿主都有其自己的時(shí)鐘域且往往互相并不同步。因此，將大多信號(hào)控制（音量、混合和交換）移到數(shù)字域，使ADC和DAC盡可能地接近模擬終端就很有好處（圖7）。

　　圖7：借助多個(gè)數(shù)字音頻宿主的基于數(shù)字化的音頻處理。

　　借助將更多的信號(hào)處理從模擬域轉(zhuǎn)到數(shù)字域，音頻編解碼器可以增加遵循摩爾定律的數(shù)字電路的百分比并減少不那么隨工藝的縮小而減小的電路比例。這將導(dǎo)致一種新的以數(shù)字為中心的架構(gòu)，其中，所有的信號(hào)處理在數(shù)字模塊實(shí)施；而其外圍是模擬電路，不僅包含數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，還包含異步采樣率轉(zhuǎn)換器（ASRC）以匹配輸入時(shí)鐘域。

　　本文小結(jié)

　　隨著移動(dòng)多媒體SoC縮小到28nm工藝技術(shù)，集成音頻編解碼器功能的挑戰(zhàn)將變得更加棘手。系統(tǒng)架構(gòu)師和SoC設(shè)計(jì)師必須考慮到如下五個(gè)重點(diǎn)事項(xiàng)：

　　1. 先進(jìn)節(jié)點(diǎn)所增加的硅成本。與65nm工藝相比，先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)增加的晶圓成本要求將音頻編解碼器的面積減少25%；

　　2. 音頻編解碼器隨工藝縮小而減小的限制。對(duì)28nm技術(shù)來說，音頻編解？？碼器設(shè)計(jì)中對(duì)I/O器件的使用限制了在保持相同性能的前提下，減少芯片面積的能力；

　　3. 電源電壓制約了輸出驅(qū)動(dòng)器的性能。以1.8V電壓驅(qū)動(dòng)音頻輸出信號(hào)，會(huì)限制輸出驅(qū)動(dòng)的性能；

　　4. 為揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器在系統(tǒng)內(nèi)找到合適的位置。揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器是將音頻編解碼器整合進(jìn)28nm技術(shù)所遭遇的最具挑戰(zhàn)性的工作。為揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器功能找到合適的系統(tǒng)劃分對(duì)優(yōu)化整體性能至關(guān)重要；

　　5. 將模擬功能轉(zhuǎn)移到數(shù)字域?？蓪?duì)音頻編解碼器架構(gòu)進(jìn)行改造，通過用數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)更多功能，以充分分享數(shù)字域隨28nm工藝技術(shù)的縮小而減小帶來的好處。
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　　總之，將音頻編解碼器整合進(jìn)新一代的SoC的技術(shù)還值得我們?nèi)パ芯亢吞魬?zhàn)！

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