基于WM8994的智能手機設計的訣竅

　如今，智能手機中以應用為中心的設計已經(jīng)成為主流趨勢，同時(shí)這類(lèi)設計中的外設功能如各種調制解調器已經(jīng)被卸載到各種獨立的芯片組中。導致這種結果的原因有許多，一部分是由于激烈的市場(chǎng)競爭所致，包括那種希望通過(guò)領(lǐng)先性能來(lái)實(shí)現差異化，還有手機制造商方面所面臨的快速上市壓力，以及與多媒體技術(shù)和無(wú)線(xiàn)芯片組領(lǐng)域里不同的技術(shù)發(fā)展思路交織在一起。

　　對各種應用處理器“功能驅動(dòng)”的創(chuàng )新來(lái)說(shuō)，其趨勢往往是偏離了“標準驅動(dòng)”的發(fā)展道路，而偏向于無(wú)線(xiàn)通信芯片組的開(kāi)發(fā)潮流。這些領(lǐng)域里所需的核心能力是有所不同的：藍牙、蜂窩或Wi-Fi芯片組需要滿(mǎn)足各自的規范，同時(shí)要求成本最低，而且功耗也要有競爭力;此外，為了應對競爭，應用處理器需要在其數字功能和性能上實(shí)現很大程度的差異化。日益激烈的競爭已經(jīng)把單芯片解決方案提供商的能力發(fā)揮到了極限，要想在器件功能的所有方面都能夠維持其領(lǐng)先優(yōu)勢已經(jīng)是不再切合實(shí)際了。如今，成本和上市時(shí)間方面的壓力正在驅使業(yè)界開(kāi)發(fā)具有更有效分工的解決方案，從長(cháng)遠來(lái)看，這樣做無(wú)論是對芯片設計師還是對消費者來(lái)說(shuō)都是有利的，因為這可使芯片組提供商將精力集中在他們做得最好的地方，并在系統中消除許多浪費成本的重復功能。

　　過(guò)去，這些外設功能通常是集成在一些應用處理器或調制解調器中，其目的是為了通過(guò)集成來(lái)增值。由于時(shí)間和成本方面的壓力，使得它們的實(shí)現方案常常不盡如人意，特別是那些需要專(zhuān)業(yè)技能的地方。長(cháng)期以來(lái)，音頻是過(guò)度集成的受害者，音頻功能的實(shí)現不但重復而且質(zhì)量較差，原因在于音頻的實(shí)現都是依賴(lài)于兩個(gè)或者更多的芯片組，再加上由系統集成商外加的一大堆“補丁”器件，由此來(lái)支持他們終端產(chǎn)品所需的混音、切換、爆破音和咔嗒噪音抑制以及功率放大。

　　歐勝微電子推出的音頻中心編碼解碼器WM8994充分利用了最新的、以應用為中心的調制解調器架構，這種架構整合了所有的混合信號音頻功能，可確保選用低成本的處理器來(lái)成功實(shí)現系統，以及保證各種數據來(lái)源的音頻信號通路特性的一致(圖1)。

　　圖1：WM8994采用以應用為中心的調制解調器架構。

　　WM8994中集成了多種的模擬和數字I/O，目的是為了驅動(dòng)手機中所有類(lèi)型的音頻換能器，同時(shí)還要實(shí)現與各種處理器之間的接口連接，例如用來(lái)處理藍牙收發(fā)器、FM調頻收音機、蜂窩調制解調器以及應用處理器等。如此高水平的音頻集成，在為手機帶來(lái)靈活性、一致性以及高性能等好處的同時(shí)，在設計階段只需要投入很少的規劃，即可最有效地發(fā)揮系統架構的優(yōu)勢。

　　對于絕大多數混合信號系統，應關(guān)注時(shí)鐘方案和系統噪聲的良好控制，再加上采用好的電源、接地方案和一個(gè)低噪聲基準，這樣就能實(shí)現最優(yōu)化的系統性能。不過(guò)，對于復雜的音頻系統來(lái)說(shuō)，除此之外還有許多其他方面的挑戰。下面的設計技巧將告訴設計工程師如何在挑戰性極強的智能手機環(huán)境中充分發(fā)揮WM8994的優(yōu)勢。

　　采用WM8994設計智能手機的十大訣竅

　　1.提前規劃音頻應用場(chǎng)景。對于每一種應用，首先要搞清楚究竟都有哪些芯片組會(huì )啟動(dòng)，然后要搞清楚信號具體從哪里來(lái)，又要到哪里去?同時(shí)最高效的傳輸路徑是什么?在音頻流傳輸的過(guò)程中必須要考慮到一些意外的事件發(fā)生。例如，當一個(gè)特定的音頻通道激活的時(shí)候，如果發(fā)生某個(gè)事件，結果將會(huì )是什么?該通道應該是被中止?衰減?與別的某種聲音混合?或者是重新尋找其他傳輸路徑?實(shí)際上會(huì )有多少這類(lèi)的小型應用會(huì )同時(shí)運行?

　　2.要為關(guān)鍵應用場(chǎng)景勾勒出音頻時(shí)鐘方案，然后也要為那些邊角應用擬出時(shí)鐘方案。從“慣例”上來(lái)看，今天的邊緣應用就可能是明日的“必備”功能。要確保各個(gè)鎖相環(huán)(FLL)、時(shí)鐘分配器和音頻接口都配置妥當，使得處理器中的存儲緩沖器不會(huì )因為非最佳配置而過(guò)滿(mǎn)或過(guò)空。由于WM8994中有足夠強大的時(shí)鐘可編程能力，因此能夠覆蓋絕大多數的場(chǎng)景;但值得考慮的問(wèn)題是，FLL基準時(shí)鐘應當來(lái)自每個(gè)應用的什么地方?究竟哪一個(gè)端口應該被配置成操作主模式?通過(guò)多個(gè)時(shí)鐘輸入引腳中的一個(gè)來(lái)連接到始終喚醒的32KHz時(shí)鐘，就能夠在許多情況下實(shí)現功率節省，特別是在需要一個(gè)時(shí)鐘對GPIO輸入進(jìn)行去抖動(dòng)的待機模式，或者是在簡(jiǎn)單的低功率音樂(lè )回放模式中。利用音頻接口位時(shí)鐘和幀時(shí)鐘作為FLL的基準輸入，就不再需要另外的高頻主時(shí)鐘輸入，從而實(shí)現了功率節省。

　　WM8994的采樣率轉換器允許該器件在兩個(gè)彼此完全獨立的時(shí)鐘域內工作，支持音頻混合和發(fā)送(路由)跨越這些時(shí)鐘邊界。由于器件的采樣率轉換器工作在兩個(gè)全雙工通道中的最大的一個(gè)上，因此，當采樣率轉換器連接到音頻接口2和/或音頻接口3上時(shí)，幾乎沒(méi)有什么限制，而音頻接口2和3通常是連接到幾乎很少需要多于一個(gè)或兩個(gè)并發(fā)通道的無(wú)線(xiàn)芯片組的接口。

　　3.不用擔心采用D類(lèi)工作模式的喇叭放大器。這種模式的放大器所節省的功耗是非常多的，所節省的功耗通?？梢赃_到幾十甚至幾百毫瓦。隨著(zhù)更多采用立體聲喇叭的手機出現在市場(chǎng)上，節省的功耗自然會(huì )翻倍。設想一下，如果所節省的功率預算能夠用于系統中其他的功能，對于那些對D類(lèi)放大技術(shù)不太熟悉的工程師來(lái)說(shuō)，數據手冊都給出了有關(guān)各方面的具體建議，包括電磁兼容(EMC)設計、如何選用喇叭、如何提高效率以及如何實(shí)現最佳的電路板設計。在早期的手機設計中，人們通常比較關(guān)注EMC;而如今，設計工程師則往往關(guān)注熱設計，因為實(shí)際上在某些案例中，熱耗散對手機性能的約束更大。于是設計工程師們開(kāi)始對電源利用效率予以更多的關(guān)注。D類(lèi)放大器具有更高的效率，因而減小了喇叭放大器所用電源上的電流浪涌，這種浪涌會(huì )引起電池電壓的下降以及系統更早停止工作，并縮短電池壽命，尤其是這種浪涌與系統中其他的電流浪涌一起出現時(shí)，上述問(wèn)題將更加嚴重。電池壓降幅度的減小將有助于降低高信號電平上的失真，而在有的場(chǎng)合還將提供更大的空間來(lái)提高喇叭的最大輸出信號。

　　4.在可能的地方，都應該用數字連接來(lái)替代到調制解調器的模擬連接。盡管WM8994也能夠支持模擬語(yǔ)音數據通道，不過(guò)這種模擬方案會(huì )占用更多的系統級功耗，從而更容易遭受串擾侵害，這在很多情況下會(huì )導致PCB返工，并且會(huì )增加由信號通道上無(wú)源元器件的額外成本及電路板面積開(kāi)銷(xiāo)(圖2)。

　　圖2：采用WM8994將大幅改善音頻性能。