借花献佛：在手機中實現高傳真音訊

haichao

由於手機整合了更多的多媒體功能，其音訊能力也必須提高或改進。雖然語音呼叫可依然使用單聲道且傳真度相對較低，但音樂和視訊功能卻需要使用更高的採樣速率來實現高品質的立體聲再現。這兩個音訊串流是相互獨立的，但由於兩者共享同一個頭戴耳機、喇叭或麥克風，所以它們必須能夠無縫地協同工作。
與不帶語音串流的純多媒體系統相較，這種帶兩套音訊的系統複雜性大幅提高。同時，在行動系統的印刷電路板空間、電功率、CPU週期和元件成本等方面，它與其它手機系統一樣受到嚴格的限制。雖然把額外電路整合在現有的IC上所增加的佔位面積相對較小，但這可能導致消耗的功率太大或增加的成本太多而令人難以接受。
另一個長期影響手機音訊品質的問題就是干擾。由於RF電路以及數位IC發出電子噪音而且沒有足夠的空間使音訊電路與這些噪音源保持較大的實體距離，難以使類比訊號保持‘潔淨’。
解決這些問題最好方法是‘防’、‘治’結合。‘防’意味著精心設計電路板佈局並採用差分連接，因而盡可能減少耦合在音訊訊號的噪音量；而‘治’則代表著盡可能濾掉已經夾雜在訊號中的噪音。
設計上的建議
* 以差分方式連接麥克風，因而消除噪音源在攜帶麥克風訊號的電路板走線中感應出的電氣噪音。這種方法在正負訊號走線對稱佈置並相互接近時(每條走線中感應出的噪音相同)效果最好。這個技巧對於電容器式麥克風(輸出幅度低，對特定量的噪音訊息噪音比偏小)尤為有用。
* 對語音訊號和高傳真音訊訊號使用由分離的A/D、D/A轉換器和訊號處理電路組成的雙音訊電路。這種方式可在節省語音處理功耗的同時保證高傳真音訊的品質。如果對這兩類訊號使用單個音訊路徑將需要做出不希望的折衷。另外，雙音訊IC也通常具有兩個單獨的音訊介面，可以不必進行採樣速率轉換。
* 使用數位訊號增強技術：比如，在錄音路徑上加入陷波濾波器以消除在GSM電話中由RF功率放大器產生的頻率為217Hz的突發噪音(burst noise)或其它窄頻噪音；在播放路徑上，使用高通濾波器來抑制風噪音和使用動態尖峰壓縮技術來提高小型擴音器的可感測音量。實現這些功能最高效方法通常是使用專用硬體(如音訊IC中的專用硬體)。
* 保證電源潔淨。電源噪音將對所有類比電路產生影響且常常是導致音訊性能不佳的根本原因。
* 關注電源去耦。把合適的低ESR電容器放在手機音訊IC的電源接腳附近，這可以使交流噪音短路。去耦也可以降低電源紋波。
* 在印刷電路板佈局中分開類比地層和數位地層並保證類比訊號走線遠離數位或功率開關走線。
不建議
* 不要用軟體轉換音訊串流的採樣速率。採樣速率軟轉換會耗費CPU週期，造成功耗提高、處理速度減慢及系統響應速度變慢。可以使用原本就支援多速率採樣的音訊電路。設計可以使用鎖相環為每個速率產生合適的時脈訊號。符合AC97標準的音訊編解器是另一種支援多速率採樣且高功效的硬體方法。
* 當可以在硬體中完成時不要在軟體中混合音訊串流。在類比域，通常只需對現有的運算放大器電路加入一個電阻就可以實現訊號混合而不會額外增加功耗。當要對兩個不同採樣速率的訊號串流進行混合時，類比混合可以迴避採樣速率轉換問題。
* 在可以使用硬體中斷時不要使用輪詢程式。可以使用硬體中斷讓CPU無需處理諸如檢測耳機插入等即時任務。
* 不要使用共享的電源軌，因為這樣做電源噪音一定會泄漏到音訊訊號中，而這是很糟糕的事。
* 不要從電源直接向電容器式麥克風提供偏置電壓。由於偏置電壓中的噪音在麥克風的前置放大器中被放大，它比在下游電路中產生的熱噪音更加有害。相反，應使用專用偏置電壓或低通濾波類比電源。
* 不要以直流方式把語音訊號耦合到麥克風的前置放大器中。加入合適的電容器將可以在語音訊號進入麥克風的前置放大器之前削弱低頻風噪音和處理噪音。這可以防止由於放大器輸出飽和產生的‘wump’噪音並減少對後續的濾波要求。
作者：Yan Goh