智能手機(jī)中的音頻設(shè)計(jì)

　　以下針對音頻系統(tǒng)中的幾個(gè)重要組成進(jìn)行規(guī)劃上的分析：

　　頻率與接口

　　共享通信與應(yīng)用子系統(tǒng)的內(nèi)部電路雖然可行，但對于接口來說并非如此，因?yàn)椴煌囊纛l應(yīng)用得在獨(dú)立的頻率區(qū)域中以自己的頻率來運(yùn)作。只要情況仍是如此，整合性智能型手機(jī)的CODEC就需要同時(shí)有PCM接口和獨(dú)立的I2S或AC97連結(jié)接口。

　　在非移動性的設(shè)備(如PC)中，音頻頻率通常由一個(gè)石英振蕩器(crystal oscillator)來產(chǎn)生，但在智能型手機(jī)的設(shè)計(jì)中，為了避免額外的耗電、板面空間和頻率芯片的成本，設(shè)計(jì)者偏向于將Hi-Fi音頻所需的頻率功能從既有的頻率中獨(dú)立出來。由于低耗電、低噪音的鎖相回路(PLL)能被以相對較低成本整合到混合訊號芯片當(dāng)中，所以今日芯片廠商的作法是將一顆或兩顆PLL 整合到他們的智能型手機(jī)CODEC中。

　　麥克風(fēng)

　　在智能型手機(jī)中最難的設(shè)計(jì)議題，往往與麥克風(fēng)(Mic)有關(guān)。一般來說至少有兩個(gè)麥克風(fēng)需要考慮：一是內(nèi)建的內(nèi)部麥克風(fēng)和插入耳機(jī)(headset)的外部麥克風(fēng)。此外，可能還會有用于噪音消除(noise cancellation)或立體聲錄音的額外內(nèi)部麥克風(fēng)，以及車用免提功能所需要的另一個(gè)外部麥克風(fēng)。除了講話外，這些麥克風(fēng)也能透過應(yīng)用處理器的控制來錄制語音短訊或視頻短片中的音效。

　　若要由音頻CODEC芯片來涵蓋各種切換功能，此芯片的電路需要做好妥善的設(shè)計(jì)。除了錄音功能，CODEC也應(yīng)提供側(cè)音(side tone)的功能，這樣一來耳機(jī)用戶也能聽到自己的聲音。插入偵測功能則能提供無縫的切換功能，也就是當(dāng)耳機(jī)插入或拔出時(shí)，系統(tǒng)會自動轉(zhuǎn)換使用內(nèi)部或外部的耳機(jī)。

　　人聲(acoustic)的噪噪音消除是另一個(gè)問題，它需要用到兩個(gè)麥克風(fēng)，一個(gè)同時(shí)接收講話的聲音和背景噪音，另一個(gè)則只接收背景噪音。模擬的作法往往不足夠，因此需要透過數(shù)字信號處理來加強(qiáng)，而音頻CODEC需達(dá)成兩個(gè)麥克風(fēng)訊號的數(shù)字化任務(wù)。

　　另一個(gè)問題是室外風(fēng)聲噪印的問題，它的頻率通常低于200Hz，因此透過高通(high-pass)濾波器就能處理掉，但這樣一來，在室內(nèi)錄音時(shí)就少了低頻部分的聲音。對于兩用的麥克風(fēng)來說，這個(gè)過濾器應(yīng)該是可選用的，但很多的音頻ADC中都已內(nèi)建了這顆high-pass濾波器，因此，手機(jī)廠商應(yīng)針對需求選擇合用的解決方案。

　　外接耳機(jī)

　　手機(jī)外接耳機(jī)(headset/headphone)的使用也需要特殊的模擬電路，也就是當(dāng)耳機(jī)插入時(shí)，音頻輸出信號就能繞徑到耳機(jī)上頭。雖然整合機(jī)械性開關(guān)的插槽(socket)能夠滿足此要求，但它的尺寸過大且昂貴;此外，揚(yáng)聲器的音量大小可能也不適合這個(gè)耳機(jī)。為內(nèi)部與外部音頻提供獨(dú)立的音量控制可以解決此問題，而且也能使用較簡單的插槽設(shè)計(jì)。這一外接耳機(jī)是否具有麥克風(fēng)也需要被偵測出來，這可以通過是否感測到偏流(bias current)來分辨，如果沒有電流流動，那就表示沒有麥克風(fēng)被插入。智能型手機(jī)的音頻CODEC中應(yīng)加入這一電流傳感器，進(jìn)而能因應(yīng)不同情況達(dá)成音頻輸入輸出的處理。

　　揚(yáng)聲器

　　智能電話在先后增加了多音調(diào)振鈴、MP3播放及FM廣播等功能后，其播音系統(tǒng)也朝向立體聲揚(yáng)聲器來發(fā)展。在手機(jī)揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)上，主要的問題是配置架構(gòu)、功率與耗電性的考慮。若要支持立體聲，手機(jī)需要有兩個(gè)外部揚(yáng)聲器，但由于手機(jī)體積太小，這兩個(gè)揚(yáng)聲器的位置難以拉開，所以立體聲的效果不易展現(xiàn)，這時(shí)就需要采用特殊的3D效果處理。若是要支持免持聽筒的功能，那就需要連結(jié)到另一個(gè)較大的揚(yáng)聲器上。為個(gè)別揚(yáng)聲器提供專屬的模擬輸出是最好的方式，但電源管理上必須有相應(yīng)改變。

　　由于揚(yáng)聲器功率放大器會用掉大量的供電，當(dāng)它們不使用時(shí)關(guān)掉電源是很重要的。智能型手機(jī)的音頻CODEC能提供一些電源管理功能，為個(gè)別揚(yáng)聲器的輸出做好開關(guān)管理，這樣一來能避免不需要的電源消耗。此外，系統(tǒng)電源管理方案中的電壓穩(wěn)壓器通常無法為揚(yáng)聲器提供達(dá)到最大音量所需的功率，因此CODEC芯片廠商采用加入芯片內(nèi)揚(yáng)聲器的作法，也就是直接通過電池來驅(qū)動揚(yáng)聲器。這樣做雖然不見得能降低耗電，但它也省下了對額外電壓穩(wěn)壓器的需求。

　　鈴聲

　　近幾年來，手機(jī)鈴聲愈來愈復(fù)雜，從單純的響鈴，到和弦鈴聲，再到各種聲音都能制作成立體聲的WAV和MP3格式。MIDI已成了和弦鈴聲的標(biāo)準(zhǔn)格式，很多廠商為這一應(yīng)用推出專屬的低耗電MIDI芯片。要在音頻次系統(tǒng)中整合MIDI芯片，CODEC上需要有額外的模擬輸入。

　　這些額外的輸入對于FM收音機(jī)IC的連結(jié)也是有用的，能為多媒體應(yīng)用提供附加功能。MIDI音頻的產(chǎn)生當(dāng)然也能由音頻CODEC來產(chǎn)生，但現(xiàn)今市場的趨勢是以特殊的鈴聲文件來儲存，并通過現(xiàn)存的Hi-Fi DAC來播放，欠缺MIDI軟件庫的CODEC芯片廠商并不會積極去做這件事情。

　　結(jié)語

　　智能型手機(jī)的下一步會如何?就Hi-Fi的立體聲來說，儼然已是必備的系統(tǒng)功能，至于I2S與AC97在手機(jī)音頻系統(tǒng)上的競爭仍然會繼續(xù)下去。有些人喜歡較單純的I2S界面，但也有人更中意低引腳數(shù)和很容易可跑不同取樣速率的AC97。以智能型手機(jī)來說，目前多數(shù)低耗電的處理器對兩種規(guī)格都支持，看來兩者還是會并存下去。不過，對于CODEC的廠商來說，要同時(shí)支持兩項(xiàng)規(guī)格是比較困難的，因?yàn)锳C97的VRA(variable rate audio)功能需要和I2S不同的頻率架構(gòu)，也需要多出許多額外的數(shù)字電路才能做到。

　　不過，智能型手機(jī)還會不會如PC世界一樣，從立體聲走向多聲道的環(huán)繞音效格式(Intel的Azalia)呢?在近期內(nèi)還看不出這樣的可能性，因?yàn)榻袢盏亩嗦暤佬Чm然很炫，但芯片的成本和耗電性都還太高，這不是手機(jī)世界所能接受的。但今日否定的答案，在未來的電子世界仍存在很大的變量，沒有人能說得準(zhǔn)的。