低功耗單芯片高性能音頻CODEC的設計

　　1 CJC89888芯片特點(diǎn)：

　　芯片支持兩路立體聲輸入，即可支持線(xiàn)性輸入也可支持麥克風(fēng)輸入，單端輸入或者差分輸入可選，當采用差分輸入可顯著(zhù)提高電源抑制比取得更好的錄音效果。采用帶有自動(dòng)增益控制的可調增益放大器能保證恒定的錄音音量。

　　芯片支持多路混音來(lái)應對復雜的應用環(huán)境，DAC回放和各模擬通路的混音功能保證了芯片的靈活應用。

　　片上24bit ∑△ADC, DAC采用了多階過(guò)采樣∑△架構來(lái)保證高性能和低的功耗要求。芯片帶有數字音頻處理功能，如3D音效增強功能和頻率均衡器調節功能。3D音效增強的原理是利用增強左右聲道的差異化的原理來(lái)達到空間立體感增強的效果。頻率均衡器是采用幾種不同的頻率響應曲線(xiàn)來(lái)實(shí)現各種聲音效果。

　　芯片采用去pop聲的設計和上電配置順序，可使得POP聲的影響基本忽略不計。

圖1: ∑△ADC DAC block diagram

　　2 低功耗芯片設計要點(diǎn)

　　為了保證芯片低的功耗同時(shí)性能也沒(méi)有妥協(xié)，需要對芯片的每個(gè)模塊精心設置電流比例。

　　圖1為音頻處理簡(jiǎn)略框圖，單端信號經(jīng)過(guò)單轉雙驅動(dòng)放大器和抗混疊濾波后的差分信號輸入給調制器和抽取濾波器，完成AD的轉換。DA是經(jīng)過(guò)數字插值濾波器，重構濾波器后完成模數的轉換。

　　ADC采用單環(huán)三階多bit的架構，單環(huán)架構對電路的失配和運放的有限帶寬和增益不敏感，采用了高通butterworth濾波器的噪聲整形，在128倍過(guò)采樣率下經(jīng)過(guò)simulink仿真達到120bit的信噪比。在實(shí)際電路的實(shí)現中，一級運放的等效噪聲和KT/C噪聲不能被噪聲整形，那么需要給予較多的面積和功耗的開(kāi)銷(xiāo)來(lái)滿(mǎn)足整個(gè)ADC的信噪比要求以及帶寬的要求。

　　采用多位量化器可以直接提高調制器的性能，但是反饋回路中多位DAC引入的誤差會(huì )降低調制器的性能。由于工藝誤差的原因，每一個(gè)電容單元的實(shí)際值與理想值有一定的差異，DAC的實(shí)際輸出值與理想輸出值就會(huì )不同。該誤差會(huì )和該級的輸入信號一樣，沒(méi)有經(jīng)過(guò)衰減輸出，最后導致量化器的諧波增加。這里采用動(dòng)態(tài)校準，數據權重平均法DWA（Data Weighted Averaging），對DAC的誤差表現為一階噪聲整形，將DAC的工藝誤差移向高頻范圍，并依靠數字濾波器濾除。ADC前的驅動(dòng)級同時(shí)完成單轉雙和抗混疊濾波的功能，采用classAB兩級運放并要仔細的選擇偏置電流，以保證在盡量低的偏置電流下避免交越失真同時(shí)保證THD諧波失真。

圖2: ADC THD+N ratio vs input level with 1KHZ input

　　DAC采用3階4bit DSM調制器，SC濾波器和重構濾波器來(lái)完成數模轉換，這里仍然采用了DWA算法抑制電容工藝偏差，DAC的輸入等效噪聲要兼顧KT/C 噪聲和運放噪聲和熱噪聲。而SC濾波器的開(kāi)關(guān)尺寸也要兼顧盡量小的時(shí)鐘饋通效應下的線(xiàn)性度。測試取得了100dB的信噪比和88dB的THD+N, 而DAC的工作電流小于300μA.

圖3: DAC THD+N ratio vs input level with 1KHZ input

　　對于音頻芯片惱人的各種POP聲問(wèn)題，我們采用多種方法相結合。首先是上電的需要正確的配置順序，同時(shí)各通路和模塊的輸出電壓都盡量保持在共模電平，減小各通路切換時(shí)候因為電平差異帶來(lái)的沖擊。而音量調節需要在聲音信號過(guò)零的時(shí)間點(diǎn)調節可減小沖擊聲，最終的效果才能保證音頻芯片最好的客戶(hù)體驗。

　　以上是此低功耗音頻CODEC芯片的簡(jiǎn)要設計特點(diǎn)，在保證性能的同時(shí)獲得最優(yōu)化的功耗水平，得以滿(mǎn)足低功耗便攜設備的嚴格要求。