基于DSP的混合信號解決方案解決高級音頻處理難題

單芯片音頻處理解決方案

圖1展示了由AMI半導(dǎo)體公司開發(fā)的經(jīng)優(yōu)化的混合信號片上系統(tǒng)音頻處理解決方案的示意圖。這款被稱為BelaSigna 250的芯片提供了一個(gè)極好的例子，證明了當(dāng)前使用最新的混合信號半導(dǎo)體處理技術(shù)而可能達(dá)到的集成水平。

該設(shè)備以將非同尋常的功率效率與高性能有機(jī)結(jié)合的平行處理架構(gòu)為基礎(chǔ)，構(gòu)成了一個(gè)完整的音頻解決方案，包括ADC與DAC、濾波器、放大器和電源管理電路。使用一個(gè)完全可編程的16位定點(diǎn)雙哈佛架構(gòu)DSP核心作為其主處理器，意味著BelaSigna 250可以迅速地在軟件中進(jìn)行配置――利用AMIS或第三方軟件合作伙伴提供的程序庫功能，使這個(gè)進(jìn)程得以加速。

通過納入加權(quán)疊加式(WOLA)濾波器組協(xié)處理器而引入的平行性，通過在時(shí)間域和頻率域之間的一個(gè)信號上進(jìn)行轉(zhuǎn)換以及其它基于矢量的計(jì)算，推動(dòng)了數(shù)字濾波。這個(gè)硬件加速功能使得在便攜式設(shè)計(jì)中所要求的電源效率和空間要求成為可能。

這個(gè)平行處理器架構(gòu)被一個(gè)完全立體聲的音頻信號鏈所環(huán)繞，包括經(jīng)由16位過采樣∑-△A/D轉(zhuǎn)換器的輸入和包括模擬線路輸出以及可以直接驅(qū)動(dòng)擴(kuò)音器的差分?jǐn)?shù)字功率輸出。音頻鏈杰出的保真度提供了一個(gè)88dB的整體系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍。架構(gòu)能夠執(zhí)行雙精度操作意味著這個(gè)信號保真度可以在處理期間被維持。通過在WOLA濾波器組協(xié)處理器中使用的新時(shí)間―頻率轉(zhuǎn)換算法，實(shí)現(xiàn)了極低的系統(tǒng)噪音以及較低的群延遲。

由經(jīng)過音頻優(yōu)化的DMA單元，即輸入/輸出處理器(IOP)來管理設(shè)備內(nèi)的信號數(shù)據(jù)。這個(gè)單元管理著從ADC和輸入FIFO得來的數(shù)據(jù)集合。在處理之后，它還向音頻輸出級和輸出FIFO饋送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。每一個(gè)FIFO本身具備兩個(gè)內(nèi)部接口：其一是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)順序，當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)，最近輸入塊的地址會(huì)發(fā)生改變；其二是一個(gè)用于時(shí)域?yàn)V波的“智能”接口，最近的輸入在那里保持不變。

除了接口連接的靈活性之外，可以通過四種一般意義上有所不同的方法來訪問FIFO中的數(shù)據(jù)：單聲道模式；簡單立體聲模式；數(shù)字混合模式；以及完全立體聲模式。這些模式為立體聲數(shù)據(jù)以及單聲道/立體聲輸入/輸出配置的交叉或分塊存儲提供了多樣的選擇。

通過在一個(gè)單獨(dú)設(shè)備中合并兩個(gè)主要的處理單元、硬件加速、數(shù)據(jù)管理以及輸入/輸出信號調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)師可以更快更簡單地集成更大的系統(tǒng)。他們可以顯著地削減組件數(shù)量，滿足便攜式裝備中固有的小尺寸要求。加入I2S、PCM、SPI、I2C、TWSS和GPIO的直接接口，以及采用設(shè)備的小型形狀因子（64針腳LFBGA包，尺寸僅為7mmx7mm）和處理數(shù)據(jù)的集成IOP，進(jìn)一步幫助設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)小型化。

此外，BelaSigna 250還加入了許多額外功能，有助于降低功耗。該設(shè)備具有低功耗設(shè)計(jì)。例如，系統(tǒng)在平均負(fù)載下以1.8V的供電電壓和20MHz的時(shí)鐘頻率工作，通常將消耗不到5mA的電量。為了額外節(jié)能，每一個(gè)輸入通道都可以通過軟件關(guān)斷，同時(shí)，僅需0.05mA電流供應(yīng)的低電流待機(jī)模式延長了電池壽命。