智能电话CODEC的音频整合技术前景展望

电话CODEC通常带有一个脉冲编码调制(Pulse Code Modulation，PCM)接口。严格来说，PCM概念包含了今天我们正在使用的大多数数字格式，其中包括I2S;PCM的初衷是将数字编码和诸如调频之类的模拟技术加以区别。然而，在数字电话中，PCM通常指一种特定的，与Hi-Fi立体声不兼容的单音数据格式。

计算机音频的出现也孕育了另一类接口的的出现。由于质量要求与现有消费音频市场类似，就出现了以不同的取样率(特别是8kHz、44.1kHz和48kHz)来播放录制好的音频文件的需求。虽然以软件方式进行取样率转换是可能的，但是代价也非常昂贵。因此，目前已普遍使用的AC 97标准将该项任务交给CODEC处理，通过专门的硬件可以实现非常高的效率。目前，AC 97已经成为计算机音频领域的主导性工业标准。

便携式系统起初时还保持着自己的本来面目：个性CD、迷你唱碟和MP3播放器使用的是I2S DAC，移动电话保留了PCM技术，而具有音频增强功能的PDA一般采用同台式计算机相同的AC 97 CODEC。因此，这简直令人震惊，第一代组合系统通常含有电话和PDA两块电路板，两者背靠背排列在一个机箱内，其PCM通话CODEC由通讯处理器进行控制，Hi-Fi立体声(AC 97或I2S)CODEC则由应用处理器进行控制。然而，CODEC根本就不是为这类应用设计的，几乎很少或者根本就没有为这两个音频子系统之间的互联互通做任何考虑。因此，工程师通常会在模拟信号路径中插入一些分立的固态(solidstate)开关，但是这也引入了噗噗声、咔咔声和谐波失真，并且占用PCB空间。

整合

显然，为上述应用量身定做一个整合方案是很受欢迎的。受系统级芯片(SoC)设计理念的启发，某些厂商已经将立体声DAC或CODEC集成到大规模集成电路中。然而，这类方式并不能实现专用音频芯片所达到的音频质量。将电源管理IC和音频IC组合在一起通常会折损音频质量，因为电源调节器通常会向附近的音频信号路径中引入噪音。

将音频整合到数字IC中同样非常棘手，因为真正的Hi-Fi元器件一般要求采用最适合混合信号应用的0.35μm工艺，而数字逻辑电路已经发展到了0.18μm甚至于以下水平。对於这两种单芯片整合方法来说，不是折损模拟范畴的性能，就是整个芯片的尺寸增大到难以接受的程度(如果整个IC按照较大的几何原理进行设计的话)。

喇叭放大器会产生大量的热量，需要采用适当的散热装置，特别难以整合。很多组合式芯片缺少这种功能，因此不能将其当成真正的"系统芯片"方案对待，它们通常需要一个外部扬声器驱动器IC。另外一个常见的问题是由于希望IC尺寸尽可能小，导致模拟输入或输出数量不足。在方形封装(如QFN四方扁平封装，无引线)中，管脚环绕IC四周排列，可以通过将每边的长度延长1mm来容纳少数额外管脚，导致IC脚距大幅度增加。举例来说，从5×5mm增加到6×6mm需要额外占用11mm2 PCB面积;如果从10×10mm封装开始，额外增加的面积就是21mm2。

专用音频IC避免了这些问题。通过将其它混合信号功能(如触摸屏数字化处理)与通话CODEC和Hi-Fi CODEC集成，依然可以降低芯片管脚总数。这里，通话CODEC集成于电话芯片组中，Hi-Fi CODEC带有另外的模拟输入、输出和内部混频功能可能比较合适。另一方面，带有蓝牙连接专用PCM接口的双CODEC也是非常有益的。

实现音频整合的方法有很多。共享ADC和DAC能减少硬件成本，但是却不能同时播放或录制两个音频流。为每个功能配置专门的转换器可以克服这个问题，而且还能延长电池的使用寿命，因为电话级(telephonygrade)音频模块的功耗可以设计得比Hi-Fi功能的功耗还要低。然而，这类解决方案却增加了矽圆的成本。一个普遍的折衷是采用一些分立DAC，但是却要共享这些ADC。这就允许通话(例如第二个来电的响铃或音乐)的同时播放音频，但是通话过程中应用处理器不会将这些记录下来--这是一个可接受的局限性，因为用户在这样的使用场合下并不愿意查看第二个来电究竟有多大的接听价值。关闭一个通道，并使另一通道以低取样率运行，可以控制DAC的功耗。

计时和接口

虽然在通讯和应用两个领域之间共享内部电路模块是可能的，但是这种情况却不会在接口应用发生。这是因为每个音频数据流均按自己本身的时钟频率，运行于一个独立的时钟领域。只有这种情形存在，组合式智能电话CODEC就同时需要一个PCM接口和一个独立的I2S或AC 97连接。

在固定系统中，音频时钟通常是由石英晶体振荡器产生的。举例来说，AC 97规定符合该规范的CODEC应该具有一个与外部24.576MHz(512×48kHz)石英晶体相连的片上振荡器，而I2S零件则使用多重取样率，最常见的是256。