將音頻編解碼器植入28nm高級移動(dòng)多媒體芯片系統

　　但是，在28納米工藝，大多數芯片系統設計都將過(guò)渡到1.8伏IO晶體管。將供給電壓限制在1.8伏，會(huì )對音頻輸出性能產(chǎn)生根本性的制約。目前，最大輸出電壓擺幅限制在0.6VRMS，而電源電壓3.3伏時(shí)擺幅為1.1 VRMS。32歐姆耳機的耳機驅動(dòng)輸出功率限制在11mW。在過(guò)去的65納米和40納米工藝時(shí)代，耳機驅動(dòng)能夠從較高電源電壓提供40mW功率。

　　在電源電壓為1.8伏的28納米工藝中采用輸出驅動(dòng)的平衡方法

　　當今市場(chǎng)上的許多設備，包括各種商業(yè)化的智能手機和平板電腦，提供給耳機的輸出功率不到10mW。這種情況下，對1.8伏電源電壓沒(méi)有輸出性能限制。有些芯片系統設計人員在明知有更高電源電壓可用的情況下，有意讓音頻編解碼器工作在1.8V，目的是降低總體功耗。

　　對于為達到更好收聽(tīng)體驗所要求的40mW而提供更高輸出功率的移動(dòng)多媒體設備，許多都使用外置音頻IC，例如，智能手機和平板電腦有拆解報告，你會(huì )發(fā)現他們使用專(zhuān)用的音頻編解碼器IC。在這些情況下，使用外置音頻IC不再有28納米工藝電源電壓的限制，但代價(jià)是使用功率更高、面積更大、成本更高的額外元件。

　　有兩種方案都支持耳機直接從芯片系統獲得較高的輸出功率，并消除外置音頻編解碼器IC帶來(lái)的系統成本和復雜度。

　　· 第一個(gè)方案就是使用USB接口所需的3.3伏電源電壓。絕大多數移動(dòng)多媒體芯片系統至少有一個(gè)USB接口，因此都有3.3伏電源電壓。由于電源電壓用于高速USB接口，因此可能會(huì )限制其支持的電流負荷，以確保USB性能不受影響。

　　·第二種方案是使用電荷泵生成3.3伏電源電壓，這需要利用現有的1.8伏電源電壓和形成負1.8伏電源電壓，如圖4所示。由于線(xiàn)路輸出和耳機驅動(dòng)所需電流相對較低，電荷泵的開(kāi)關(guān)可以很小。負電源電壓的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，輸出驅動(dòng)將在地成為中心，形成真實(shí)地（true ground）而不是虛擬地（vitual ground），使音頻編解碼器輸出直接連接其他設備，無(wú)需使用大的隔直流電容器。

　　在以上兩種方案中，1.8伏的器件需要正確地進(jìn)行級聯(lián)，以承受3.3伏電源電壓。級聯(lián)由串聯(lián)在一起的堆疊晶體管組成，需占用額外的硅芯片面積。不過(guò)，如果采用適當的設計技術(shù)，如擴散-合并（diffusion-merging）布局技術(shù)，可盡量減小增加的面積。

　　圖4：true ground輸出驅動(dòng)可提供以ground為中心的輸出信號，不需要使用隔直流電容器。

　　深入了解芯片系統之外的系統分區

　　在一些情況下，性能降低可顯著(zhù)削弱系統的整體競爭力，揚聲器驅動(dòng)就是其中之一。典型的揚聲器驅動(dòng)必須將最高500mW的功率傳輸到8歐姆負荷中。這在3.3伏電源電壓工藝能力范圍之內。但是，對于1.8伏電源電壓的28納米芯片系統而言，限制在300mW和4歐姆負荷范圍內。但是，只有1.8V電壓驅動(dòng)晶體管門(mén)，必須大量增加驅動(dòng)晶體管個(gè)數，以支持大電流要求，這會(huì )導致硅面積成本高昂難以承受。

　　最理想的情況是，高壓工藝可用來(lái)產(chǎn)生所需電源。幸運的是，移動(dòng)多媒體設備都使用電池，有一些電源管理集成電路（PMICs）用來(lái)在整個(gè)系統中合理分配電壓，并監控電池的充電和放電狀態(tài)。許多這些設備都采用高壓模擬工藝制成，完全能夠驅動(dòng)揚聲器輸出。

　　圖5提供了在移動(dòng)多媒體系統中部署揚聲器驅動(dòng)的四種常用方案。第一個(gè)是完全將驅動(dòng)集成到芯片系統中（圖5a）。第二個(gè)方案是將整個(gè)音頻編解碼器功能轉移到專(zhuān)用的音頻集成電路，并在專(zhuān)用音頻集成電路和芯片系統之間采用I2S數字接口（圖5b）。第三種方案是將所有音頻功能集成到芯片系統（但揚聲器驅動(dòng)除外），并使用低成本的專(zhuān)用揚聲器驅動(dòng)（圖5c）。第四個(gè)方案是將揚聲器驅動(dòng)集成到電源管理集成電路（PMIC）中（圖5d）。由于PMIC已經(jīng)支持高壓和大電流，它是放置大功率電路的理想位置。