將音頻編解碼器植入28nm高級(jí)移動(dòng)多媒體芯片系統(tǒng)

概述

　　音頻處理對(duì)于手機(jī)、平板電腦等消費(fèi)電子應(yīng)用和其他大量生產(chǎn)的產(chǎn)品非常重要。面積和功耗往往是關(guān)鍵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而市場(chǎng)要求有高質(zhì)量高保真（Hi-Fi）音頻效果。將經(jīng)過(guò)硅驗(yàn)證和優(yōu)化的音頻IP集成實(shí)現(xiàn)特定的音頻功能，有助降低當(dāng)今多媒體芯片系統(tǒng)的功耗、面積和成本。

　　隨著設(shè)計(jì)逐漸過(guò)渡到28納米工藝技術(shù)，集成音頻功能這一挑戰(zhàn)變得愈加復(fù)雜，原因是模擬電路并不遵循摩爾定律，也不會(huì)隨著工藝發(fā)展而尺寸減小。采用28納米工藝的晶圓成本會(huì)比65納米或40納米工藝技術(shù)高出許多。數(shù)字電路遵循摩爾定律，雖然晶圓成本提高，但是它的性能和密度也提升了。音頻編解碼器采用的模擬電路一般使用IO器件，因此不會(huì)像數(shù)字電路那樣使用內(nèi)核器件（core device）而減小尺寸。這樣晶圓成本增加的同時(shí)，模擬電路固有性能并沒(méi)有改善，面積也沒(méi)有減小，因此必須開(kāi)發(fā)新的架構(gòu)以減少總面積。例如，采用65納米技術(shù)、面積為2.5平方毫米的音頻編解碼器，在采用28毫米技術(shù)后面積需要減小至1.9平方毫米才能使硅成本保持相同。就是這25%面積的減小構(gòu)成了對(duì)高級(jí)工藝節(jié)點(diǎn)音頻編解碼器的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

　　本文研究了將音頻功能集成在28納米移動(dòng)多媒體芯片系統(tǒng)上所面臨的主要系統(tǒng)及技術(shù)挑戰(zhàn)，以及如何通過(guò)以下技術(shù)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)：

　　·利用摩爾定律，將部分功能從模擬改由數(shù)字來(lái)實(shí)現(xiàn)；

　　·靈活設(shè)計(jì)，支持芯片系統(tǒng)通用參考時(shí)鐘的音頻采樣速率；

　　·做好好電源電壓降低和性能之間的平衡；

　　· 深入了解芯片系統(tǒng)之外的系統(tǒng)功能劃分；

　　認(rèn)識(shí)到有措施可使系統(tǒng)成本最小化，設(shè)計(jì)人員和系統(tǒng)架構(gòu)師將能夠發(fā)現(xiàn)成本、功能和性能之間的有效平衡，使他們能夠嵌入音頻IP解碼器解決方案，從而幫助他們的SOC在競(jìng)爭(zhēng)中勝出。

　　音頻編解碼器基本知識(shí)

　　音頻編解碼器主要由兩類(lèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器模塊組成，即用于錄音的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）和用于回放的數(shù)字-模擬換器（DAC）。對(duì)于立體聲或多聲道解碼器，這些模塊會(huì)被分別復(fù)制。圖1是典型的立體聲音頻編解碼器框圖。 圖中文錄音聲道包括具有音量控制的放大器，可將小信號(hào)麥克風(fēng)和大信號(hào)線(xiàn)纜調(diào)整到模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入范圍。回放聲道包括能夠直接驅(qū)動(dòng)耳機(jī)或小型揚(yáng)聲器放大，每路都分別具有音量控制功能。此外還有提供麥克風(fēng)偏置的低噪音電源。

　　數(shù)字電路有多個(gè)部分構(gòu)成，最重要的是數(shù)字音頻濾波器，它可將數(shù)據(jù)速率轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的過(guò)采樣時(shí)鐘，并消除音頻帶外的高頻噪聲。時(shí)鐘管理也很重要，它可確保不同速率的模塊彼此保持同步，并支持多種采樣速率。

　　圖1：音頻編解碼器功能性框圖

　　音頻編解碼器基本知識(shí)

　　開(kāi)發(fā)高效的28納米音頻編解碼器的第一步是利用更先進(jìn)的工藝減少面積和提高總體性能。采用28納米技術(shù)后數(shù)字性能顯著改善，因此，明智的音頻工程師會(huì)接受而不是反對(duì)向高級(jí)節(jié)點(diǎn)遷移。結(jié)果就