關鍵詞： 模擬 , 芯片 , 音頻

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

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 現在可以集成在單個 SoC 中，得到了同等的質量，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，全數字“D 類”音頻放大器已成為可集成到 SoC 設計的音頻功能模塊，其功率輸出高達 1 瓦，足以驅動耳機和小型揚聲器。

考慮到實現產品體積小型化，同時集成高質量音頻、延長電池壽命，并以具有競爭力的價格推出產品的壓力，IC 設計人員和終端產品制造商發(fā)現將音頻功能集成到其 SoC 設計越來越具有吸引力。當前一流的 SoC 音頻性能對分立式音頻 IC 具有很大的競爭力。

SoC IC 技術概述

SoC 設計人員無需從頭開始，他們可把已開發(fā)設計出來的構建模塊拼到一起，在 SoC 上進行信號處理。這些構建模塊被稱為內核，構建這些內核所需的知識產權稱為“IP 核”或“IP”。??

SoC 制造工廠或代工廠實現了各種尺寸不斷縮小的半導體技術節(jié)點。目前，180nm 和 130nm 技術已經成熟，90nm 和 65nm 節(jié)點越來越受歡迎，45nm 和更小的技術節(jié)點也即將到來。每個更小的技術節(jié)點都代表著一系列新的挑戰(zhàn)。例如，進入深亞微米區(qū)要求開發(fā)淺溝道隔離（STI）技術，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）保護非常關鍵，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，日益成為設計人員面臨的越多越巨大的挑戰(zhàn)。

MIPS 科技為 SoC 設計人員提供一系列模擬音頻 IP 產品，其中包括音頻編解碼器、轉換器、放大器和專門用于便攜設備設計人員的其他音頻功能。有時，單個 SoC 很難實現特定功能，設計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)設計方法。

動態(tài)范圍

“動態(tài)范圍”這個術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。標準音頻 CD 的動態(tài)范圍是 96dB，這對于消費音頻系統(tǒng)可以說是最卓越的性能了。對于專業(yè)音頻應用，在市場上可以找到具有高達 120dB 動態(tài)范圍的分立式音頻 IC，然而，如此高的性能對消費電子應用來說往往已超越實際需求，因為功耗和小尺寸都非常重要。

雖然分立式音頻 IC 的編解碼器和放大器等關鍵功能對于任何追求“Hi-Fi”再現音質的產品都是必需的，但現在這些功能可輕松集成到采用先進高性能音頻 IP 的 SoC 設計當中。

MIPS 用于 Hi-Fi 應用的模擬音頻 IP 內核可以實現全 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備非常理想的選擇。

對于真正的發(fā)燒友音質的應用，MIPS 的 IP 可幫助 SoC 設計人員實現高達 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的芯片面積和功耗，這種平衡方案對于高端相機、便攜式攝像機、數字電視和機頂盒等應用也頗具價值。

先進的模擬音頻功能

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

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

* 耳機檢查（電子插座插入檢測器）：如果沒有耳機插入，為什么要為音頻耳機放大器供電呢？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）機械開關”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 和耳機插座之間所需的一種較大的外部元件。設計人員采用直接將 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)時鐘協同工作，從 12MHz/24MHz USB 到 27MHz 視頻，包括 GSM 13MHz 時鐘。它甚至還可實現音頻 IP 左右雙聲道的工作，而無需高速主時鐘。

* 抽樣率轉換：允許多時域的同步音頻幀與音頻 IP 的連接。

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

* 5/10 段音頻均衡器：內置圖形均衡器有助于 SoC 設計人員節(jié)省用于關鍵系統(tǒng)任務的非常寶貴的處理器 MOPS。

* 3-D 音頻增強器: 為實現更豐富的音頻效果，增加了偽中心音頻通道??

* 麥克風偏置：為駐極體麥克風單元提供無噪聲電源，這樣記錄的信號就可能實現最佳的質量。

* “柔性削峰”：平滑強信號，以避免嚴重的失真。

* 軟增益斜率：平衡不同增益設置的斜率，避免 “zip” 噪聲。

這些功能，連同標準的編解碼器、模數/數模轉換器、混音器/音量控制和放大器功能，構成了完整的“可集成”模擬音頻 IP 系列。設計人員可以根據應用的具體需要選擇所需的功能，在最小的芯片面積上實現這些功能。

按照“你的方式”定制 IP

在 SoC 設計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)勢在于其能夠根據客戶所需的質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電子類產品來說大有裨益，例如，價格低廉的電子玩具，整個產品可能只賣幾美元。隨著設計人員將 D 類音頻功率放大器集成到 SoC，現在的系統(tǒng)設計人員可以實現低功耗、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)設計人員而言，MIPS 也為音頻驅動器、數模/模數轉換器授權 IP 恰如其分地提供了他們所需的功能。如果設計人員需要一個 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，而不是通用設計。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。

當系統(tǒng)產品設計人員設計采用現成的音頻 IC 時，產品的音頻聲譽將歸功于IC 制造商。而在集成音頻 IP 到 SoC 設計的時候，SoC將 憑借其卓越的音質而獲得好評，也就增加了定制 SoC 的價值。

此外，SoC 設計人員可通過集成音頻 IP 控制他們自己的供應鏈。當然，他們也能夠得益于為 SoC 從頭開始設計音頻，但是這會導致上市時間的顯著增加甚至可能產生低劣的性能。

結論

無論是為手機、高性能媒體播放器、相機或廉價玩具設計音頻，MIPS 科技的音頻 IP 都可幫助設計工程師更快更好地實現。之前只能由分立式 IC 實現的 Hi-Fi 音頻要求，包括驅動耳機和小型揚聲器的高效 D 類放大器能力，現在都可以采用 MIPS 模擬音頻 IP 的 SoC 設計來實現。