设计师指南：为您的下一代移动设备利用最新的音频 IC 技术

作者：Carolyn Mathas，特约作家

新一代高性能音频 IC 正在解决在下一代移动设备中实现音频功能和音质的挑战。这些 IC 支持广泛的生产力和个人娱乐用途，同时控制功耗以保持较长的电池寿命。

对于设计人员而言，音频 IC 选择需要有效地兼顾性能、空间、电池寿命、成本和上市时间。过去，音频性能依赖于编解码器、音频模数转换器 (ADC) 和数模转换器 (DAC)，它们具有足够的信噪比、最佳的谐波失真和低功率。片上系统 (SoC) 将功能集成在一个大芯片中，但成本、功能和上市时间都受到影响。

今天存在更高的音频质量要求。音频组件必须以更高的频率、更低的功率和最小的损耗处理信号。在移动设备中，空间不断缩小，而输入和输出的数量涉及立体声和单声道音频信号混合和路由、内部和外部麦克风、录制和播放各种数字音频格式，因为主力组件处理传统语音、多媒体文件、流媒体音频和铃声。

如今，鉴于智能手机处理器的小工艺几何形状以及处理能力和图形的更大集成，音频功能正朝着集成在音频 SoC 或集线器设备中的方向发展。这些高度集成的音频设备包含多个输入/输出和功能，使设计人员能够消除对额外组件的需求。

通过外部实现音频，可以轻松使用具有不同工艺技术的芯片，并且将音频功能从主处理器中移出，可以将各种功能集成到独立的放大器中，从而简化设计并提高音频性能和效率。

更现代的集成方法的一个例子是 Qualcomm Technologies 的 DDFA 数字放大器技术。CSRA6640集成到单个芯片中，允许音频 OEM 减少外部组件，为紧凑型和低端设备实现商业上可行的高端 D 类放大。

CSRA6640 提供比线性和模拟放大器更清晰、更响亮的音频，其集成的 DSP 和 D 类放大器每通道可提供高达 20 W 的功率。该芯片还可以桥接输出驱动器以创建单个 40W 放大器。该芯片响应扬声器输出的波动以防止故障，保持低噪声、低失真和高动态范围的音频。如果您缺乏特定的放大器经验，评估套件可结合硬件、软件、开发工具和信息，轻松将 DDFA 功能集成到产品中。

几家公司正在将信号处理直接插入放大器 IC。例如，德州仪器公司最近推出了用于语音控制设备的智能音频放大器。其TAS2770提供音频清晰度和响度，但仅消耗 15 W。放大器 IC 采用独特的音频处理算法，可提供更丰富的音频、回声消除和防止导致音频播放问题的削波。第二个音频 ICTAS5825M向支持回声消除的应用处理器提供专用的串行音频接口信息，并通过实时准确的电压和电流感应提供热保护。

通过消除线性增益设备和其他模拟组件，使用 D 类音频放大器可以实现 90% 以上的能效。Cirrus Logic Inc. 还将 DSP 集成到其 D 类设备中。据该公司称，Cirrus Logic CS35L41 智能功率放大器比竞争对手的 IC 小 50%，并结合了先进的电源管理系统和先进的算法，以适应便携式设备中不断变化的音频、扬声器和电池条件，而不会降低音频性能。智能功率放大器在扬声器电话模式下可增加音量，同时降低噪音和功耗，从而延长电池寿命和通话时间。

设计师可以体验到几个好处。例如，其小巧的 5.64-mm 2  节省空间的 WLCS 封装专为需要双扬声器设计以及新特性和功能的 OEM 设计。据该公司称，5.3W 数字输入、单声道 D 类放大器在同类产品中具有最低的噪声和空闲功耗。一个集成的 11V H 类 DC/DC 转换器可提升电源电压并保持更高的效率。回放滤波可补偿扬声器的独特频率响应，并消除传统线性相位滤波器中的预振铃。音频工程师可以充分利用小型扬声器，改善移动设备的游戏和视频流音频体验。

Cirrus Logic CS35L41 智能功率放大器集成了一个 11-V H 类 DC/DC 转换器，可提升电源电压并保持比其他依赖 G 类升压稳压器的音频功率放大器更高的效率。（图片：Cirrus Logic）

音频编解码器还减少了应用处理器的处理负担和功耗。例如， Cirrus Logic 的CS42L73 智能音频编解码器具有一流的功耗和数字混音器以及高性能异步采样率转换器，适合需要整合全系列音频功能的设计人员。Cirrus 声称，该解决方案在使用模拟麦克风进行手机语音通话期间在 1.8 V 时的功耗为 6.4 mW，在使用数字麦克风时为 4.1 mW，Cirrus 声称该解决方案为具有异步采样率转换器和数字混合引擎。播放立体声音频时功耗更低。

当人们看到快速发展的智能手机音频放大器产品时，考虑汽车应用中音频实现的设计挑战是合理的。鉴于蓝牙音频的使用越来越多，实现音频/视频流和互联网连接，以下设备是两个可能的考虑因素。

东芝针对汽车音响应用的独特需求，推出了全新的汽车音响四声道功率放大器。TCB503HQ对汽车环境中固有的电涌具有很强的抵抗力。它支持配备怠速降低系统的车辆的 6V 操作，抑制电源电压波动时可能出现的爆裂声。

TCB503HQ 还包括一个内置滤波器，以提高对外来高频噪声的抵抗力，即使在手机无线电波和车门后视镜调整存在高频噪声时也能防止产生异常噪声。

为您的设计提供更大功率、灵活性和更好音频体验的不仅仅是单个 IC；在为您的设计提供音频方面，蓝牙也发挥着更大的作用。例如，如果您希望实施 Wi-Fi 和蓝牙以将内容同时传输到多达 10 个移动设备，赛普拉斯半导体的CYW89650 Wi-Fi 6 和蓝牙 5.0 组合可提供超过 1-Gbits/s 的吞吐量。赛普拉斯实时同步双频 (RSDB) 架构可在高性能系统中实现并发操作，而不会降低音频或视频质量。赛普拉斯的蓝牙设备允许产品以递增的速率消耗功率，从而实现汽车、移动设备和可穿戴设备之间的连接。

最后，如果您需要为您的音频设计增加更多的直觉，请查看Qualcomm Snapdragon 855 移动平台和芯片组，例如旨在利用数千兆位 4G 连接并提供变革性 5G 体验的Qualcomm aptX Adaptive 。该平台和芯片组使设计人员能够通过硬件和人工智能增强他们的语音助手功能，升级移动音频体验并确保移动设备更加直观。

功能更强大、更灵活的音频 IC 正以惊人的速度推出。音频实施以前受限于集成带来的挑战多于解决的挑战，现在可以释放芯片，这些芯片可提供显着改善的音频质量和更高的性能，可在更小的空间内使用，同时满足电源需求。

审核编辑 黄昊宇