从PNX0161看手持设备USB接口芯片的设计

出于竞争和差异化的需要，不少手持设备采用了非标准的USB接口设计，比如手机。但这并不影响包括手机在内的手持设备系统越来越多的集成USB功能，至少，在无线空中接口技术成熟普及之前，手持设备最为便捷的资源获取方式依然是USB方式，显然，这为USB芯片应用开拓了更多的市场。
　　
　　前不久，NXP推出了一款全速USB 2.0数字音频解决方案PNX0161，利用USB2.0标准将主音频流功能转移到主设备的USB连接器上，以推进便携式消费产品USB2.0标准化。NXP半导体中国区个人移动部门销售经理 Herbert Lee将PNX0161总结为小型的(7mm×7mm)、超低功耗高速USB2.0单芯片解决方案，提供立体声回放和录音以及FM收音机功能。

　　
　　芯片特点：丰富的功能集成
　　
　　PNX0161最大的特点在于它包括音效处理在内的丰富集成。PNX0161的I /O控制采用了成本比较合算的可编程ARM7 TDMI内核，内置了由USB总线提供电力的DC/DC转换器。这种解决方案与USB规格标准完全相符，可以在任何USB主机或OTG设备上即插即用，并支持USB音频和人机接口类设备(HID) 。
　　
　　PNX0161内建了两个驱动软件--Audio Device Class和Human InteRFace Device，前者负责USB音乐传输驱动，后者负责周边I/O接口的驱动。在音效设计上，它支持可编程Flash或ROM两种版本，前者通过内置的 DSP软件，系统制造商能够对均衡器进行预设，消除回音，从而得到良好的音质和多种音效模式，而一旦确定好模式，在产品量产时就可以替换成低成本的 ROM。
　　
　　功耗问题是为耳机提供数字音频遇到的最大挑战，Herbert Lee认为，PNX0161是目前首款能够有效解决这一问题的方案。由于内置了电源管理功能和智能电源控制，PNX0161回放模式只需极小电量，在5V 电压时耗电量仅为10 mA；同时，PNX0161内置了24位DAC和ADC转换模块，考虑到直接连接数字耳机的应用，还内置了Class AB放大器。在一个以音频处理为特点的芯片中，如果内建电源管理和放大器，那么噪音抑制将成为首要解决的问题。PNX0161采用了低噪音放大器（LNA）+可编程增益放大器（PGA）设计，有效抑制了噪音，当然，NXP也提供"可选软件"的方式来处理噪音。
　　
　　产品定义：创新整合和增值
　　
　　尽管PNX0161集成了丰富的功能，但这些功能似乎并没有超越那些高端手持设备中系统芯片赋予的功能，如何理解NXP这款芯片的定义呢？是替代现有产品、规范统一的接口还是为现有系统增加一个增值的选择？
　　
　　Herbert Lee表示，PNX0161是一个创新概念主导的产品，最初是希望用USB规格统一现有手持设备的多种接口。在这一基础上采用低功耗设计使之更适用于手持设备，它的定义在于整合了音效处理模块的针对手持设备的USB芯片。强调USB规格，是因为它既是传输接口也可以是充电接口。目前，手机有很多接口，例如充电、USB、读卡等等接口。NXP希望整合多个接口为单一接口，USB是现有的PC或NB设备资源的成熟接口，最适合作为统一接口来整合现有设备接口。而且一个统一的接口可以让手持设备更加轻薄短小。
　　
　　Herbert Lee同时表示，虽然，目前一些高端设备比如智能手机都有同样的功能实现，但其成本较高，像音乐手机要通过一个协处理器实现音频的功能，而且几乎所有的便携式系统供应商在其产品规划中都在强调加大USB的应用，In-Stat的最新的一个统计数字显示，到2011年，高速USB将作为便携产品上的本地接口而统领市场，市场对这种产品的需求将达27亿部，复合年增长率为24.4%。NXP相信，PNX0161在满足这一趋势的同时降低了实现成本。

发布者：吕勇