一款内置DSP、6.25V输出的Digital Smart K数字音频功放产品

上海艾为电子技术股份有限公司(awinic)，作为国内引领音频IC设计潮流的龙头企业，开创性地推出了一款内置丰富音效和保护算法DSP、具有极低底噪和静态功耗的6.25V电压输出、2.1W@8Ω Digital Smart K数字音频功放产品AW88166FCR。此新产品AW88166FCR非常适用于多声道终端设备(如平板等)和各类IoT设备(手表、AR、VR等)对好音质和大响度的应用需求。

近年来，随着智能家居、智能物流、智能城市、智能农业、智能医疗等IoT的应用场景越来越丰富，消费者对IoT设备中的人机交互和外放的音质追求也越来越高。而大多数IoT设备的主控平台较为低端，没法集成复杂度较高的音效和保护算法，只能依托简单的硬件功放+小喇叭的解决方案，因此没法提供好音质(低频有质感、人声厚实、乐器分离度高)和大响度的人机交互和外放需求。

另外对于移动的终端设备，随着消费者对移动设备的好音质和声场效果的追求越来越高，移动设备的声道数越来越多(如平板)，从两声道到四声道再到六声道或者八声道。而每个声道都需要将算法集成在主控平台(如高通/MTK等)中来做处理，因此多声道的需求对主控平台能提供的算力诉求也成倍数增加，大大增加了主控平台的成本和集成调试压力。

图表 1 传统功放，算法都集成在主控平台中

图表 2 使用内置DSP的功放AW88166可节省平台算力

针对以上的两大类应用场景，awinic在Digital Smart K数字功放系列中，采用业内先进的90nm BCD高压特色工艺，创新地将awinic的国民神仙算法awinicSKTune集成到了芯片的DSP中，推出了内置丰富音效和保护算法DSP、支持turnkey调试、具有极低底噪和静态功耗的6.25V输出Digital Smart K数字功放AW88166FCR，出色地解决了IoT设备中多样的低端平台算法集成和多声道对主控平台算力成倍增加的难题。在提供了好音质(低频有质感、人声厚实、乐器分离度高)和大响度的人机交互和外放需求的同时，拓展了算法+功放+喇叭的高灵活度全链路的解决方案，给终端制造商提供了更多的方案适配空间的同时，也大大节约了音效集成和调试的工时(60%以上)。

图表 3 内置丰富音效和保护算法的turnkey UI界面

新产品特点

音频功放 Digital Smart K系列的新产品AW88166FCR，内置6.25V升压，可给8ohm扬声器提供2.1W的输出功率。该产品底噪低至10uV，达到业内领先水平。AW88166FCR内置DSP功能丰富，DSP内集成低功耗解决方案，可有效增加移动设备的待机时间，同时DSP内集成国民神仙算法awinicSKTune，给用户带来高音质和大响度的声学体验。

图表 4 AW88166FCR的典型应用图

1、多维度的低功耗方案，增加移动设备的待机时间

AW88166FCR作为 Digital Smart K数字功放的一员，集成了Digital Smart K数字功放产品族自适应多台阶Smart Boost升压的功能。音乐场景功放大部分时间工作在小效率条件下，在小功率下，比传统架构的强制升压(Force Boost)效率提升超过10%，节约的功耗约30mA，大大增加了移动设备的续航时间。

图表 5 小功率下AW88166效率曲线比传统架构效率曲线高10%

表格 1 实测AW88166功耗比传统架构低30mA左右

对于内置丰富音效和保护算法DSP的AW88166FCR，我们在原有的Digital Smart K数字功放产品族的基础上，进一步创新，增加了基于心理声学的功耗优化算法，在不影响歌曲主观效果的前提下，功耗可优化15%~20%，进一步将整机音乐外放续航时间延长10%以上。

图表 6 心理声学算法功耗优化15%~20%

2、内置含有turnkey方案的丰富音效和保护模块的艾为国民神仙算法awinicSKTune，减轻算法对主控平台压力的同时，带来高音质和大响度的声学体验

内置含有turnkey方案的丰富音效和保护模块的艾为国民神仙算法awinicSKTune，可以让客户在分钟级的时间内完成高质量音效调试，大大地节约了客户的工时。其中绿色边框模块为基础算法模块，粉红色边框的模块为awinic特色定制模块。虚拟低频模块(VBE)、动态EQ模块、MBDRC模块可以提供更有质感的低频;声音增强模块(Sound Enhancement)可以让人声变得更加厚实;大音量模式(Super Voice Mode)可以提升免提音量，提升的幅度超过5dB,并且支持多档位快速调试;动态增益控制(AGC)、MBDRC、EQ等模块可以调整消费者喜欢的音色;振幅控制(IV MEC)和温度控制(IV TPC)可以在提供大功率输出的同时，有效地保护IoT设备的小单体喇叭，防止喇叭线圈超振幅断线和过温烧伤。

图表 7 AW88166FCR集成国民神仙算法awinicSKTune的DSP

图表 8 大音量模式(Super Voice Mode)响度提升>5dB

3、响应速度百微秒级的多维度多级调试的低电量保护方案

作为Digital Smart K数字功放的一员，awinic将低电量场景下的保护需求进一步升级，打造出百微秒级别响应速度、可以多级调试、并且有多种调试手段的低电量保护算法(LTP)，使得功放在更低的电源电压下仍旧能正常工作并且没有杂音。

图表 9 2.7V低电量下AW88166依旧正常发声

如上图所示，当电源电压从3.8V降低到2.7V时，AW88166依旧能够无失真和无杂音地输出音乐信号(低电量保护算法启动，整体幅度会略有下降)，无低电量保护的音频功放在2.7V电源电压下，会进入不正常工作状态，输出无声。

图表 10 LTP保护逻辑框图

因为LTP算法集成在芯片DSP中，算法的响应速度可以达到百微秒级别(其它不带DSP的低电量保护方案功放的响应时间远大于10ms)。

其中电池电压通过内部Vsensor获取，芯片温度通过内部的Temp Sensor获取，外部温度通过I²C获取。这样LTP算法模块可以同时检测到电池的电压、外部温度和芯片温度，根据不同的温度和电压，可以动态配置芯片对电池的最大抽取电流Ipeak，防止在电池低温低电的场景下，将电池电压抽取的过低，导致芯片触发UVLO进入不正常工作状态或者导致移动设备强制关机。同时在Ipeak降低、芯片最大输出能力下降的时候，LTP模块可以控制芯片的Volume和Vmax, 保证最大输出波形不削波，没有杂音。

4、小于10uV的低底噪，在夜深人静时，也能带来无底噪高保真外放听感

人耳对底噪是非常敏感的，在夜深人静的寂静场景，超过10uV的噪声还是会被消费者所感知，Digital Smart K数字功放对低底噪技术不断迭代升级，从传统架构方案到动态匹配优化噪声方案，再到动态增益控制低噪声DAC架构，已经将功放底噪降到10uV以内，远优于同类产品的20uV水平，并且配合AW88166FCR创新的硬件Noise gate功能，可以将芯片底噪降低到1uV以内。

图表 11 硬件Noise gate控制示意图

硬件Noise gate的工作原理是，当输入信号小于Threshold(如-90dB)时，将芯片的部分功能模块关闭，输出表现为高阻态，有效地将功放的输出噪声降低到1uV以内，同时芯片的静态功耗也可以从3.2mA降低到1.9mA。其中从Noise gate模式会早于有效信号(可以被人耳听到的信号幅度)到达之前退出，并不会在输出信号中引入POP音。

awinic Digital Smart K

数字功放系列介绍

艾为Digital Smart K数字功放系列，在国内外享有崇高知名度，作为该系列中的明星产品AW88166FCR已于2023年1月推出。Digital Smart K数字功放系列从2014年开始不断演进，从常压到高压，从不带DSP到内置丰富DSP，从输出功率2W到5W，从无IV sensing到有IV sensing均可全系列覆盖。该系列产品已广泛应用于手机、IoT、工业和车载等领域。

表格 2 Digital Smart K数字功放系列典型产品for IoT

审核编辑：汤梓红