浅谈智能手机的音频设计技巧

码由通信处理器来控制，Hi-Fi立体声（AC？7或I2S）的处理则连到另一颗应用处理器。在此架构中，两个音频子系统之间的整合性还很低，分布式的硬件切换电路除了较占空间、需要额外的外围组件来做信号交换和混音外，也会带来谐波失真（harmonic distortion）等的问题。

　　因此，为特定应用而量身定制一套整合性的解决方案是较理想的作法。在SoC的技术趋势下，已有一些厂商将立体声数字模拟转换器（DAC）或编译码器（CODEC）整合到特定功能的IC当中。不过，有些功能适合整合在一起，有些则可能得到反效果。

　　举例来说，当厂商将电源管理和音频处理功能整合在一起时，通常得在音质的部分做妥协，因为电源稳压器（regulator）所产生的噪音会干扰到附近的音频路径；若将音频功能整合到数字IC中也有困难，因为对于Hi-Fi的组件来说，需要用到0.35mm的工艺来让混合讯号处理得到最佳化效能，但目前数字逻辑方面的应用已朝0.18mm以下的更高工艺发展。以上述两种整合性的芯片策略来说，要让两种不同的电路同时存在于一个芯片当中，其最终的芯片尺寸可能也会大到难以接受。

　　此外，扬声器功率放大机（loudspeaker amplifier）特别难被整合。它所产生的热是一个问题，需要做散热处理，因此往往需要另一颗独立的扬声器驱动IC。还有一个整合上的常见问题，也就是为了让IC尽量做到最小化，可能会产生模拟输入或输出接脚数目不足的问题。

　　专属的音频IC可避免这些问题，而音频整合有好几种方法可以达成。共享ADC和DAC能减少硬件成本，但却不能同时播放或录制两种音频流格式。为个别功能安排专用的转换器（converter）可以解决这个问题，不过，此一作法会增加芯片成本。折中的作法是只共享ADC的部分，但有独立的DAC，这样做的话，当电话通信在进行时，也同时可以播放其它音频（如播放另一通电话的铃声，或播放音乐），但在通信时不能同时进行录音。ADC的耗电可以通过关掉一种功能，而以较低取样速率的方式来加以控制。

　　以下针对音频系统中的几个重要组成进行规划上的分析：

　　频率与接口

　　共享通信与应用子系统的内部电路虽然可行，但对于接口来说并非如此，因为不同的音频应用得在独立的频率区域中以自己的频率来运作。只要情况仍是如此，整合性智能型手机的CODEC就需要同时有PCM接口和独立的I2S或AC97连结接口。

　　在非移动性的设备（如PC）中，音频频率通常由一个石英振荡器（crystal oscillator）来产生，但在智能型手机的设计中，为了避免额外的耗电、板面空间和频率芯片的成本，设计者偏向于将Hi-Fi音频所需的频率功能从既有的频率中独立出来。由于低耗电、低噪音的锁相回路（PLL）能被以相对较低成本整合到混合讯号芯片当中，所以今日芯片厂商的作法是将一颗或两颗PLL整合到他们的智能型手机CODEC中。

　　麦克风

　　在智能型手机中最难的设计议题，往往与麦克风（Mic）有关。一般来说至少有两个麦克风需要考虑：一是内建的内部麦克风和插入耳机（headset）的外部麦克风。此外，可能还会有用于噪音消除（noise cancellation）或立体声录音的额外内部麦克风，以及车用免提功能所需要的另一个外部麦克风。除了讲话外，这些麦克风也能透过应用处理器的控制来录制语音短讯或视频短片中的音效。

　　若要由音频CODEC芯片来涵盖各种切换功能，此芯片的电路需要做好妥善的设计。除了录音功能，CODEC也应提供侧音（side tone）的功能，这样一来耳机用户也能听到自己的声音。插入侦测功能则能提供无缝的切换功能，也就是当耳机插入或拔出时，系统会自动转换使用内部或外部的耳机。

　　人声（acoustic）的噪噪音消除是另一个问题，它需要用到两个麦克风，一个同时接收讲话的声音和背景噪音，另一个则只接收背景噪音。模拟的作法往往不足够，因此需要透过数字信号处理来加强，而音频CODEC需达成两个麦克风讯号的数字化任务。

　　另一个问题是室外风声噪印的问题，它的频率通常低于200Hz，因此透过高通（high-pass）滤波器就能处理掉，但这样一来，在室内录音时就少了低频部分的声音。对于两用的麦克风来说，这个过滤器应该是可选用的，但很多的音频ADC中都已内建了这颗high-pass滤波器，因此，手机厂商应针对需求选择合用的解决方案。

　　外接耳机

手机外接耳机（headset/headphone）的使用也需要特殊的模拟电路，也就是当耳机插入时，音频输出信号就能绕径到耳机上头。虽然整合机械性开关的插槽（socket）能够满足此要求，但它的尺寸过大且昂贵；此外，扬声器的音量大小可能也不适合这个耳机。为