基于DSP的混合信號解決方案解決高級音頻處理難題

單芯片音頻處理解決方案

圖1展示了由AMI半導體公司開(kāi)發(fā)的經(jīng)優(yōu)化的混合信號片上系統音頻處理解決方案的示意圖。這款被稱(chēng)為BelaSigna 250的芯片提供了一個(gè)極好的例子，證明了當前使用最新的混合信號半導體處理技術(shù)而可能達到的集成水平。

該設備以將非同尋常的功率效率與高性能有機結合的平行處理架構為基礎，構成了一個(gè)完整的音頻解決方案，包括ADC與DAC、濾波器、放大器和電源管理電路。使用一個(gè)完全可編程的16位定點(diǎn)雙哈佛架構DSP核心作為其主處理器，意味著(zhù)BelaSigna 250可以迅速地在軟件中進(jìn)行配置――利用AMIS或第三方軟件合作伙伴提供的程序庫功能，使這個(gè)進(jìn)程得以加速。

通過(guò)納入加權疊加式(WOLA)濾波器組協(xié)處理器而引入的平行性，通過(guò)在時(shí)間域和頻率域之間的一個(gè)信號上進(jìn)行轉換以及其它基于矢量的計算，推動(dòng)了數字濾波。這個(gè)硬件加速功能使得在便攜式設計中所要求的電源效率和空間要求成為可能。

這個(gè)平行處理器架構被一個(gè)完全立體聲的音頻信號鏈所環(huán)繞，包括經(jīng)由16位過(guò)采樣∑-△A/D轉換器的輸入和包括模擬線(xiàn)路輸出以及可以直接驅動(dòng)擴音器的差分數字功率輸出。音頻鏈杰出的保真度提供了一個(gè)88dB的整體系統動(dòng)態(tài)范圍。架構能夠執行雙精度操作意味著(zhù)這個(gè)信號保真度可以在處理期間被維持。通過(guò)在WOLA濾波器組協(xié)處理器中使用的新時(shí)間―頻率轉換算法，實(shí)現了極低的系統噪音以及較低的群延遲。

由經(jīng)過(guò)音頻優(yōu)化的DMA單元，即輸入/輸出處理器(IOP)來(lái)管理設備內的信號數據。這個(gè)單元管理著(zhù)從ADC和輸入FIFO得來(lái)的數據集合。在處理之后，它還向音頻輸出級和輸出FIFO饋送數字數據。每一個(gè)FIFO本身具備兩個(gè)內部接口：其一是一個(gè)標準順序，當數據到達時(shí)，最近輸入塊的地址會(huì )發(fā)生改變；其二是一個(gè)用于時(shí)域濾波的“智能”接口，最近的輸入在那里保持不變。

除了接口連接的靈活性之外，可以通過(guò)四種一般意義上有所不同的方法來(lái)訪(fǎng)問(wèn)FIFO中的數據：?jiǎn)温暤滥Ｊ?；?jiǎn)單立體聲模式；數字混合模式；以及完全立體聲模式。這些模式為立體聲數據以及單聲道/立體聲輸入/輸出配置的交叉或分塊存儲提供了多樣的選擇。

通過(guò)在一個(gè)單獨設備中合并兩個(gè)主要的處理單元、硬件加速、數據管理以及輸入/輸出信號調節，設計師可以更快更簡(jiǎn)單地集成更大的系統。他們可以顯著(zhù)地削減組件數量，滿(mǎn)足便攜式裝備中固有的小尺寸要求。加入I2S、PCM、SPI、I2C、TWSS和GPIO的直接接口，以及采用設備的小型形狀因子（64針腳LFBGA包，尺寸僅為7mmx7mm）和處理數據的集成IOP，進(jìn)一步幫助設計師實(shí)現小型化。

此外，BelaSigna 250還加入了許多額外功能，有助于降低功耗。該設備具有低功耗設計。例如，系統在平均負載下以1.8V的供電電壓和20MHz的時(shí)鐘頻率工作，通常將消耗不到5mA的電量。為了額外節能，每一個(gè)輸入通道都可以通過(guò)軟件關(guān)斷，同時(shí)，僅需0.05mA電流供應的低電流待機模式延長(cháng)了電池壽命。