無需外置IC ：在系統(tǒng)級芯片上集成模擬音頻IP

　　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(shù)碼相機、便攜式攝像機、電子玩具和許多其他產(chǎn)品至關(guān)重要。此外，GPS 導航設(shè)備和智能手機等先進便攜產(chǎn)品，都需要通過設(shè)置音頻功能來增值并區(qū)別于其他相似產(chǎn)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(xiàn)在可以集成在單個 SoC 中，得到了同等的質(zhì)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(shù)字“D 類”音頻放大器已成為可集成到 SoC 設(shè)計的音頻功能模塊，其功率輸出高達 1 瓦，足以驅(qū)動耳機和小型揚聲器。

　　考慮到實現(xiàn)產(chǎn)品體積小型化，同時集成高質(zhì)量音頻、延長電池壽命，并以具有競爭力的價格推出產(chǎn)品的壓力，IC 設(shè)計人員和終端產(chǎn)品制造商發(fā)現(xiàn)將音頻功能集成到其 SoC 設(shè)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(shù)概述

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

                  
　　SoC 制造工廠或代工廠實現(xiàn)了各種尺寸不斷縮小的半導體技術(shù)節(jié)點。目前，180nm 和 130nm 技術(shù)已經(jīng)成熟，90nm 和 65nm 節(jié)點越來越受歡迎，45nm 和更小的技術(shù)節(jié)點也即將到來。每個更小的技術(shù)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(shù)，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(guān)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(shù)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(shè)計人員面臨的越多越巨大的挑戰(zhàn)。

　　MIPS 科技為 SoC 設(shè)計人員提供一系列模擬音頻 IP 產(chǎn)品，其中包括音頻編解碼器、轉(zhuǎn)換器、放大器和專門用于便攜設(shè)備設(shè)計人員的其他音頻功能。有時，單個 SoC 很難實現(xiàn)特定功能，設(shè)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(shè)計方法。

　　動態(tài)范圍

　　“動態(tài)范圍”這個術(shù)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(yīng)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(yīng)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(guān)鍵功能對于任何追求“Hi-Fi”再現(xiàn)音質(zhì)的產(chǎn)品都是必需的，但現(xiàn)在這些功能可輕松集成到采用先進高性能音頻 IP 的 SoC 設(shè)計當中。

　　MIPS 用于 Hi-Fi 應(yīng)用的模擬音頻 IP 內(nèi)核可以實現(xiàn)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(shè)備非常理想的選擇。

　　對于真正的發(fā)燒友音質(zhì)的應(yīng)用，MIPS 的 IP 可幫助 SoC 設(shè)計人員實現(xiàn)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(shù)字電視和機頂盒等應(yīng)用也頗具價值。

　　先進的模擬音頻功能

　　幫助系統(tǒng)設(shè)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(shù)字濾波：具有真正的 Hi-Fi 音質(zhì)，低于 ±0.02dB 的帶內(nèi)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(guān)”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(shè)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(xié)同工作，從 12MHz/24MHz USB 到 27MHz 視頻，包括 GSM 13MHz 時鐘。它甚至還可實現(xiàn)音頻 IP 左右雙聲道的工作，而無需高速主時鐘。

　* 抽樣率轉(zhuǎn)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(nèi)置圖形均衡器有助于 SoC 設(shè)計人員節(jié)省用于關(guān)鍵系統(tǒng)任務(wù)的非常寶貴的處理器 MOPS。

　　* 3-D 音頻增強器: 為實現(xiàn)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(xiàn)最佳的質(zhì)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(shè)置的斜率，避免 “zip” 噪聲。

　　這些功能，連同標準的編解碼器、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器、混音器/音量控制和放大器功能，構(gòu)成了完整的“可集成”模擬音頻 IP 系列。設(shè)計人員可以根據(jù)應(yīng)用的具體需要選擇所需的功能，在最小的芯片面積上實現(xiàn)這些功能。

　　按照“你的方式”定制 IP

　　在 SoC 設(shè)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(jù)客戶所需的質(zhì)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(chǎn)品來說大有裨益，例如，價格低廉的電子玩具，整個產(chǎn)品可能只賣幾美元。隨著設(shè)計人員將 D 類音頻功率放大器集成到 SoC，現(xiàn)在的系統(tǒng)設(shè)計人員可以實現(xiàn)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(shè)計人員而言，MIPS 也為音頻驅(qū)動器、數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器授權(quán) IP 恰如其分地提供了他們所需的功能。如果設(shè)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(shè)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(chǎn)品設(shè)計人員設(shè)計采用現(xiàn)成的音頻 IC 時，產(chǎn)品的音頻聲譽將歸功于IC 制造商。而在集成音頻 IP 到 SoC 設(shè)計的時候，SoC將 憑借其卓越的音質(zhì)而獲得好評，也就增加了定制 SoC 的價值。

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

　　結(jié)論

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