|
在向未來發展的進程中， 蜂窩手機已經逐步演變成為一種多通道、多媒體信息終端，對音頻的需求也在基本的雙向語音通信基礎上發生著巨大的變化。音頻信號以模擬和多種數字格式的形式存在，并被傳輸至多種類型的模擬和數字輸出器件。供蜂窩手機使用的信號通路可以是模擬、數字，或者二者兼而有之，這取決于處理器芯片上是否含有麥克風和耳機所需的編解碼器以及小信號放大器。而處理器的半導體制造工藝正在向更小尺寸、更高器件密度和更低工作電壓發展。 數字音頻接口 在尺寸更小的處理器上構架任何模擬電路都將造成性能損失，例如會降低輸出功率和信噪比( SNR)。因此，數據轉換和放大器功能應當從處理器中分離出去，代之以一個或多個數字接口來連接外部的數據轉換器和放大器功能，這些功能可以由分立器件提供，也可以包含在音頻子系統中。表1是目前一些著名的數字音頻接口，以及它們用于蜂窩手機時的優缺點比較。 上述每個接口都有不同的信號特點，因此必須在蜂窩手機內進行不同處理。而現有蜂窩手機已經使用的音頻控制接口包括I(SUP/)2(/SUP)C總線、SPI等。其中，I(SUP/)2(/SUP)C(內置電路)總線是蜂窩手機中最常用的控制總線，這是一種多主機、多從機2線雙向串行接口，活動線路、串行數據和串行時鐘(SDA和SCL)都是雙向的。連接到I(SUP/)2(/SUP)C總線的最大設備量需要滿足線上最大允許電容(400pF)以及127個設備地址的要求。目前有兩種形式的I(SUP/)2(/SUP)C，“標準”(100Kbps)和“快速”(400Kbps)。根據初始規定，I(SUP/)2(/SUP)C信號特征與5伏直流電源電壓相關，高、低電平邏輯閾值是Vcc的函數，而不是固定值。 隨著CPU的工藝尺寸變小、電源電壓和邏輯電平下降，目前有多個版本的I2C可以在低于5V直流電源電壓的條件下工作。特別是3.3Vcc，其邏輯閾值固定在特殊值上，從而能夠與電源電壓低至1.8Vcc的處理器發出的數字控制信號配合工作。 未來蜂窩手機將呈現的新型音頻架構 蜂窩手機具有一個通信處理器和一個應用處理器，每個處理器用于實現上述所有音頻功能。然而，這種集成所有可能的控制、數據接口、音頻格式選擇的狀況導致了蜂窩手機中數字音頻高度分立的架構。為了幫助減輕架構上的障礙、提高效率，多個蜂窩手機公司成立了移動行業處理器接口聯盟( MIPI)以規劃下一代手持設備的設計，該聯盟將為手持設備中的包括音頻在內的各種不同功能制定接口標準。但是在MIPI推出統一標準之前，未來蜂窩手機將呈現出如下的新型音頻架構。 F1: 未來蜂窩手機的新型音頻架構 與模擬麥克風相比，數字麥克風可以提供更好的信噪比以及更好抗RF和EMI干擾能力。在 MEMS數字麥克風或傳統的駐極體電容麥克風之后，跟隨一個模擬數字轉換器電路，將在給定的采樣速率輸出條件下直接向新總線提供音頻采樣。數字麥克風的數據可以更加直接由蜂窩手機CPU軟件控制，以提供多種語音處理功能。另一路數字麥克風可以很容易地附于總線中，以實現立體聲錄音，或作為麥克風陣列的一部分實現噪聲抑制或定向成形技術，以增強轉換收聽端的語音智能。 為了減少內部熱量、延長電池壽命，符合邏輯的改進是采用數字輸入、D類放大器，并直接在揚聲器處進行最終的模擬轉換。現在這些直接連到總線結構上，不需要到揚聲器的模擬連接，即可在板上將總線安裝到揚聲器安裝區域。數字放大器可以附加于揚聲器，極大地減少了它的輸出引腳 EMI/RFI輻射的機會。從系統的觀點來看，附加揚聲器非常簡單，只需連接到總線上。 數字揚聲器是具有數字輸入的移動線圈揚聲器。若將“無濾波器”的D類放大器安裝在揚聲器框架附近，由于放大器和揚聲器之間沒有導線，這樣的設計可進一步降低EMI/RFI。此外，蜂窩手機PCB上只有低電平數字信號，放大器和揚聲器特性可以進行匹配，從而獲得更好的效率，并且可在能夠放置數字音頻總線的地方安裝數字揚聲器。手機制造商可以支持單聲道或立體聲揚聲器，或者根據手機型號的功能需求制作揚聲器陣列以改善揚聲器麥克風性能和PTT應用。 同時，頭戴式麥克風不會很快就變為全數字化，因為低功率輸出下的D類放大器的效率并不比低功耗AB類放大器的高。更重要的是，需要改變連接器的結構來適應額外的導線。最后，如果D類開關信號在蜂窩手機外有很長的導線，無論麥克風上的功率有多低，信號都將表現出一定的 EMI、RFI輻射。 如果還需要硬件音樂合成器，若設計成帶有新總線接口的形式，至少可以消除8個連接，且不會導致性能下降。可以通過任何來源的 MIDI命令和數字音頻采樣來合成最終的輸出音樂，新軟件合成器還能夠混合不同的音頻文件類型(MIDI、SMAF、WAV和MP3)，并直接向新 總線接口輸出數字采樣。 在連接模擬麥克風、頭戴式麥克風、模擬放大器和模擬輸入-輸出源時，轉換器仍然是必要選擇。通過簡化的轉換器，可適應不同類型和功率要求的麥克風，且輕松的加入到手持設備設計中。現存的模數轉換器、數模轉換器和編解碼器設計可以與新數字音頻總線接口匹配。 射頻和電視服務中的音頻內容( DAB、 DMB、 DVB-H等)通常通過數字(I(SUP/)2(/SUP)S)或/和模擬形式(帶有媒體處理器和立體聲數模轉換器的模塊)解碼，最終在系統中實現。使用新的總線架構，可以控制這些器件并使其數字輸出直接放在總線上，隨后送至合適的數字轉換器中；而獨立器件或者包含在模擬子系統中的器件被橋接到音頻器件上。 其它器件還包括用于安全目的的數字生物傳感器，其數據輸出是一系列類似于數字音頻采樣的字節，或者類似于I(SUP/)2(/SUP)C總線數據的字節。娛樂照明設備通過一系列與I(SUP/)2(/SUP)C數據傳輸類似的數據字節進行控制。根據需求，燈的亮滅還可以利用聲音進行同步控制。震動馬達也可以很輕松地進行控制。此外，制造商試圖把震動馬達與聲音進行同步，這樣馬達就可以隨著聲音的曲調震動，并帶有閃光模式。所以，連接到數字音頻總線結構上是符合邏輯的。 手機游戲提供商對觸摸設備也很感興趣。這些設備通常由音頻聲音觸發，如游戲中的爆炸、槍聲、高音以及其它的聲音效果。同樣，它們可以連接到數字音頻總線結構上。此外，藍牙調制解調器也能很輕松的連接到新總線結構上并得以控制。 世界不會一下子就步入數字設備時代，未來架構還會需要連接到數據轉換器、放大器和模擬音頻設備(如揚聲器和麥克風)的接口，這可以通過音頻子系統的橋接來實現。利用新的總線結構進行設計，將包含混合信號數據轉換器，以及支持模擬放大器、麥克風和其它音頻子系統所具有的模擬輸入或輸出的電路。這種新音頻子系統“橋接”電路將只需要一個數字接口，而不是三個，進一步減少了器件和引腳數量以及板面積。另外，每個獨立的轉換器或設備功能有各自到達新總線結構的數字連接。 |
