智能手机“音乐播放器”高保真还原的解决方案

智能手机音频音质应当包含两方面的内容：第一，作为便携式通信设备的音质；第二，作为智能手机“音乐播放器”的高保真还原。本期方案快讯将立足于高保真（Hi-Fi）音频音质，从芯片选用、电路设计、处理算法入手，提出了NCN技术、均衡器过滤算法、PCB布线技巧、miniDSP Codec和MEMS器件的选用等。

1、便携式通信设备的音质

随着智能手机的消费群体日益扩张，以及人们对智能手机所带来生活的高质量化，消费者都要求能在嘈杂环境下不用大声通话和能听到对方的说话，并且能不受回声干扰。从各种数据可以看出，影响音频效果的因素众多，如高分辨率音频放大器的引入、射频干扰、PCB布线、电力不足等都能对通话质量造成影响。这些影响消费者音频体验的因素，使得他们要求制造商和系统设计人员在便携通信设备中集成包含软、硬件在内的更先进音频处理功能，令嘈杂环境下的语音通话即使声音不大也可被听清楚，以及消除回声等。这带动了那些具有高保真（Hi-Fi）效果的音频处理解决方案更受到消费者的青睐。

这些要求为设计人员带来挑战，因为他们通常必须在更小的外形尺寸，以及不影响功耗（电池寿命）、重量（电池大小）和成本（消费类设备尤其敏感）等设计限制下完成。下面是对以上一些因素的研究和解决方案，希望对工程师、开发者有所帮助：

高分辨率音频放大器引入引起的噪声

不管手机使用的网络是GSM 还是TDMA，RF 发送器的开关动作都会产生严重影响电源的噪声，因为射频功放的开关频率为217Hz。功放在每次开关时都会从电源吸取很大的电流（典型情况下高达1.7A），使得电池等效串联电阻（ESR）上将产生高达500mV 的突发压降。对于嵌入了高分辨率音频转换器和音频放大器的SoC 设计或者高灵敏的MEMS 来说，这种变化将危害SoC 的总体性能，特别是音频质量将受到严重影响，会听得到嗡嗡的噪声。本资料提出来 PSRR 的概念（PSRR 代表了稳压器在输入电压变化时保持输出电压稳定的能力），详细分析了PSRR和其它电源因素对手机音频质量的影响。例子：

射频载波干扰

目前，音频放大器受射频强电场干扰的机会是越来越多。许多音频放大器在设计时并没有考虑到高频信号干扰问题，因此很容易将射频载波信息解调进音频频带中，从而造成射频干扰。本资料提出了一下几种方法来减少射频噪声影响：

1、将音频放大器集成到基带器件中

2、优化电路板设计

3、采用不受射频影响的音频放大器

PCB布线改善蜂窝电话音质

蜂窝电话电路板布线是PCB布线工程师所面临的极大挑战，现代蜂窝电话几乎囊括了便携式的所有子系统，每个子系统都有相互矛盾的需求。一个设计完美的 PCB必须在充分发挥每个互联设备性能优势的同时，避免子系统之间的相互干扰，因此，对于相互冲突的要求不得不对每个子系统性能进行折衷考虑。虽然蜂窝电话的音频功能在持续增加，但给予音频电路PCB布线的关注却很少。本资料提出了PCB布线与蜂窝电话音质之间的关系，从布线上来降低智能手机的通话噪声。

先进器件选型，降低通话噪声

越来越多的移动设备，如手机、耳机、相机和MP3，采用了先进的降噪技术，以消除背景音，提高声音质量。为此，爱普科斯生产的MEMS麦克风不仅具有抗射频和电磁干扰的能力，还具有极小的尺寸，是符合现代智能手机设计的理想解决方案；Texas Instruments 推出了超低功耗 miniDSP 音频 Codec 集成了双miniDSP内核，可在耗电极低的工作状态下为电池供电的便携式产品提供高性能的语音及音乐处理能力。

2、智能手机“音乐播放器”高保真还原

在2009年，全球在Feature phones（多功能手机）和Smart phones（智能手机）的出货量将超过10亿部，占所有手机出货量的80%以上。在目前中国手机市场上，Feature Phone和Smart Phone的发展也是最为迅速的。在这些手机中，用于音乐播放的手机扬声器已经是一个标准配置了，可以说现在大部分的手机都是音乐手机。“想唱就唱，唱得响亮”是对音乐手机的要求，但是现在手机在音乐播放方面遇到了挺多问题，从MP3 源文件、手机放大器的硬件设计、播放器的软件设计等都会引入噪声，从而对还原之后的声音丢失了原本的色彩。下面将从几方面来对这些因素进行技术综述：

无破音（NCN）技术

所谓 NCN 技术就是指在音量增大或者电源电压变化的时候，音乐中的大声音不会超过最大的不失真幅度，形成破音，做到音质的“大而不破”。无破音（NCN）功能采用的是专业音响系统中的压缩/限幅技术（Compression &limiting），有门限阈值、启动时间和释放时间等重要参数。

音频处理算法

提升手机音频质量并非易事，其中两个主要因素就是手机外形尺寸的大小，以及音频文件的压缩程度。

于手机的小尺寸中获得高质的音频效果，确实是个挑战，而要想应对该挑战，只能依靠由工业、机电、电子学领域的设计师们组成的交叉功能团队来实现了，于是电子工程师提出了这一个倡仪：使用音频处理算法。于压缩音频，音频通常被压缩成较小文件以供用户下载，文件压缩是通过编码算法实现的（如MP3），文件的减小可能会造成信息的缺失，最终影响音频效果，所以，音频处理算法同样也可以派上用场。

噪声及其解决方案

在当前功能集中的便携式多媒体设备中，有越来越多的功能正被集成到越来越小的系统中。音频是市场上任何具有多媒体功能的系统中最基本的功能，但系统设计师通常更关注‘吸引人眼球’的特性，如无线连接、视频处理、图像捕获和显示等。其结果是，在众多的重要元器件之间，哪里有一点空间，就把音频电路挤身到哪里，从而导致音频质量非常一般乃至低劣。然而，只要稍加注意，良好的音频质量就能与用户要求的众多其它性能一起被无缝集成到系统中。本文提供了一些与包含有音频回放和/或记录功能的任何便携式系统设计相关的优秀系统设计和PCB版图设计的各种建议，以及分析了在便携式音频系统中存在的许多引起劣质音频的模拟音频信号上影响音质的噪声源。

高清语音技术

高清语音也被称为宽带语音，是一种能为蜂窝网络、移动电话和无线耳机传输高清、自然语音质量的音频技术。与传统的窄带电话相比，高清语音很大程度上提高了语音质量，减少了听觉负担。随着窄带网络和设备向高清语音过渡，一种名为带宽扩展（BWE）的语音处理技术可以用来在接收终端设备上模拟类似于高清语音的通话质量，为不支持高清语音的设备提供了一个折中的解决方案。本文将详细介绍 BWE 技术。