作者：Carolyn Mathas，特約作家

新一代高性能音頻 IC 正在解決在下一代移動設(shè)備中實(shí)現(xiàn)音頻功能和音質(zhì)的挑戰(zhàn)。這些 IC 支持廣泛的生產(chǎn)力和個人娛樂用途，同時(shí)控制功耗以保持較長的電池壽命。

對于設(shè)計(jì)人員而言，音頻 IC 選擇需要有效地兼顧性能、空間、電池壽命、成本和上市時(shí)間。過去，音頻性能依賴于編解碼器、音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)，它們具有足夠的信噪比、最佳的諧波失真和低功率。片上系統(tǒng) (SoC) 將功能集成在一個大芯片中，但成本、功能和上市時(shí)間都受到影響。

今天存在更高的音頻質(zhì)量要求。音頻組件必須以更高的頻率、更低的功率和最小的損耗處理信號。在移動設(shè)備中，空間不斷縮小，而輸入和輸出的數(shù)量涉及立體聲和單聲道音頻信號混合和路由、內(nèi)部和外部麥克風(fēng)、錄制和播放各種數(shù)字音頻格式，因?yàn)橹髁M件處理傳統(tǒng)語音、多媒體文件、流媒體音頻和鈴聲。

如今，鑒于智能手機(jī)處理器的小工藝幾何形狀以及處理能力和圖形的更大集成，音頻功能正朝著集成在音頻 SoC 或集線器設(shè)備中的方向發(fā)展。這些高度集成的音頻設(shè)備包含多個輸入/輸出和功能，使設(shè)計(jì)人員能夠消除對額外組件的需求。

通過外部實(shí)現(xiàn)音頻，可以輕松使用具有不同工藝技術(shù)的芯片，并且將音頻功能從主處理器中移出，可以將各種功能集成到獨(dú)立的放大器中，從而簡化設(shè)計(jì)并提高音頻性能和效率。

更現(xiàn)代的集成方法的一個例子是 Qualcomm Technologies 的 DDFA 數(shù)字放大器技術(shù)。CSRA6640集成到單個芯片中，允許音頻 OEM 減少外部組件，為緊湊型和低端設(shè)備實(shí)現(xiàn)商業(yè)上可行的高端 D 類放大。

CSRA6640 提供比線性和模擬放大器更清晰、更響亮的音頻，其集成的 DSP 和 D 類放大器每通道可提供高達(dá) 20 W 的功率。該芯片還可以橋接輸出驅(qū)動器以創(chuàng)建單個 40W 放大器。該芯片響應(yīng)揚(yáng)聲器輸出的波動以防止故障，保持低噪聲、低失真和高動態(tài)范圍的音頻。如果您缺乏特定的放大器經(jīng)驗(yàn)，評估套件可結(jié)合硬件、軟件、開發(fā)工具和信息，輕松將 DDFA 功能集成到產(chǎn)品中。

幾家公司正在將信號處理直接插入放大器 IC。例如，德州儀器公司最近推出了用于語音控制設(shè)備的智能音頻放大器。其TAS2770提供音頻清晰度和響度，但僅消耗 15 W。放大器 IC 采用獨(dú)特的音頻處理算法，可提供更豐富的音頻、回聲消除和防止導(dǎo)致音頻播放問題的削波。第二個音頻 ICTAS5825M向支持回聲消除的應(yīng)用處理器提供專用的串行音頻接口信息，并通過實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的電壓和電流感應(yīng)提供熱保護(hù)。

通過消除線性增益設(shè)備和其他模擬組件，使用 D 類音頻放大器可以實(shí)現(xiàn) 90% 以上的能效。Cirrus Logic Inc. 還將 DSP 集成到其 D 類設(shè)備中。據(jù)該公司稱，Cirrus Logic CS35L41 智能功率放大器比競爭對手的 IC 小 50%，并結(jié)合了先進(jìn)的電源管理系統(tǒng)和先進(jìn)的算法，以適應(yīng)便攜式設(shè)備中不斷變化的音頻、揚(yáng)聲器和電池條件，而不會降低音頻性能。智能功率放大器在揚(yáng)聲器電話模式下可增加音量，同時(shí)降低噪音和功耗，從而延長電池壽命和通話時(shí)間。

設(shè)計(jì)師可以體驗(yàn)到幾個好處。例如，其小巧的 5.64-mm 2 ?節(jié)省空間的 WLCS 封裝專為需要雙揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)以及新特性和功能的 OEM 設(shè)計(jì)。據(jù)該公司稱，5.3W 數(shù)字輸入、單聲道 D 類放大器在同類產(chǎn)品中具有最低的噪聲和空閑功耗。一個集成的 11V H 類 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可提升電源電壓并保持更高的效率?；胤艦V波可補(bǔ)償揚(yáng)聲器的獨(dú)特頻率響應(yīng)，并消除傳統(tǒng)線性相位濾波器中的預(yù)振鈴。音頻工程師可以充分利用小型揚(yáng)聲器，改善移動設(shè)備的游戲和視頻流音頻體驗(yàn)。

Cirrus Logic CS35L41 智能功率放大器集成了一個 11-V H 類 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，可提升電源電壓并保持比其他依賴 G 類升壓穩(wěn)壓器的音頻功率放大器更高的效率。（圖片：Cirrus Logic）

音頻編解碼器還減少了應(yīng)用處理器的處理負(fù)擔(dān)和功耗。例如， Cirrus Logic 的CS42L73 智能音頻編解碼器具有一流的功耗和數(shù)字混音器以及高性能異步采樣率轉(zhuǎn)換器，適合需要整合全系列音頻功能的設(shè)計(jì)人員。Cirrus 聲稱，該解決方案在使用模擬麥克風(fēng)進(jìn)行手機(jī)語音通話期間在 1.8 V 時(shí)的功耗為 6.4 mW，在使用數(shù)字麥克風(fēng)時(shí)為 4.1 mW，Cirrus 聲稱該解決方案為具有異步采樣率轉(zhuǎn)換器和數(shù)字混合引擎。播放立體聲音頻時(shí)功耗更低。

當(dāng)人們看到快速發(fā)展的智能手機(jī)音頻放大器產(chǎn)品時(shí)，考慮汽車應(yīng)用中音頻實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是合理的。鑒于藍(lán)牙音頻的使用越來越多，實(shí)現(xiàn)音頻/視頻流和互聯(lián)網(wǎng)連接，以下設(shè)備是兩個可能的考慮因素。

東芝針對汽車音響應(yīng)用的獨(dú)特需求，推出了全新的汽車音響四聲道功率放大器。TCB503HQ對汽車環(huán)境中固有的電涌具有很強(qiáng)的抵抗力。它支持配備怠速降低系統(tǒng)的車輛的 6V 操作，抑制電源電壓波動時(shí)可能出現(xiàn)的爆裂聲。

TCB503HQ 還包括一個內(nèi)置濾波器，以提高對外來高頻噪聲的抵抗力，即使在手機(jī)無線電波和車門后視鏡調(diào)整存在高頻噪聲時(shí)也能防止產(chǎn)生異常噪聲。

為您的設(shè)計(jì)提供更大功率、靈活性和更好音頻體驗(yàn)的不僅僅是單個 IC；在為您的設(shè)計(jì)提供音頻方面，藍(lán)牙也發(fā)揮著更大的作用。例如，如果您希望實(shí)施 Wi-Fi 和藍(lán)牙以將內(nèi)容同時(shí)傳輸?shù)蕉噙_(dá) 10 個移動設(shè)備，賽普拉斯半導(dǎo)體的CYW89650 Wi-Fi 6 和藍(lán)牙 5.0 組合可提供超過 1-Gbits/s 的吞吐量。賽普拉斯實(shí)時(shí)同步雙頻 (RSDB) 架構(gòu)可在高性能系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)并發(fā)操作，而不會降低音頻或視頻質(zhì)量。賽普拉斯的藍(lán)牙設(shè)備允許產(chǎn)品以遞增的速率消耗功率，從而實(shí)現(xiàn)汽車、移動設(shè)備和可穿戴設(shè)備之間的連接。

最后，如果您需要為您的音頻設(shè)計(jì)增加更多的直覺，請查看Qualcomm Snapdragon 855 移動平臺和芯片組，例如旨在利用數(shù)千兆位 4G 連接并提供變革性 5G 體驗(yàn)的Qualcomm aptX Adaptive 。該平臺和芯片組使設(shè)計(jì)人員能夠通過硬件和人工智能增強(qiáng)他們的語音助手功能，升級移動音頻體驗(yàn)并確保移動設(shè)備更加直觀。

功能更強(qiáng)大、更靈活的音頻 IC 正以驚人的速度推出。音頻實(shí)施以前受限于集成帶來的挑戰(zhàn)多于解決的挑戰(zhàn)，現(xiàn)在可以釋放芯片，這些芯片可提供顯著改善的音頻質(zhì)量和更高的性能，可在更小的空間內(nèi)使用，同時(shí)滿足電源需求。

審核編輯 黃昊宇