MP3播放器的解析SoC的设计挑战和应对

互联网 | 编辑: 2006-10-24 00:00:00转载 一键看全文

最近几年来,便携式音频播放器(以俗称的MP3为代表)已经成为消费电子市场最绚丽的亮点。与此同时,各家芯片供应商之间的竞争也日趋白热化。消费电子产品的比拼永远集中于往更高性能、更低成本、更高集成度和更低功耗的方向发展,而便携式音频播放器芯片则更加突出地表现出了

提供Hi-Fi音质

提供Hi-Fi音质

Hi-Fi是High-Fidelity的缩写,对于音响系统即为“高保真”的意思,顾名思义就是重放出与原音高度相似的重放声音。当然,现在一般所讲的“Hi-Fi”已经是一个相对的概念,通常就是指高品质的音频录放系统。对于一般的发烧友来说,由于缺乏仪器和测量手段,更多的是凭主观听感来评定播放器的音质优劣。

消费者对便携式音频播放器的音质要求主要有:乐器和人声的音色真实、定位清晰,富有空间感和立体感、适当的混响、较高的信噪比、足够大的动态范围、均衡的音调比例、足够的功率储备等等,只有满足了这些要求,才能被称为Hi-Fi播放系统。

音频播放器作为一个数字音频播放设备,首先要将存储介质上的数字音频文件进行解码还原,通常是生成PCM数据,然后通过数模转换器(DAC)转化成模拟音频信号,最后经过功率放大器输出驱动耳机或者喇叭发声。由此可见,影响音质的环节有两个,一是要对源文件进行高品质的解码,使其产生的失真和对音质的损伤尽可能低;二是数模转换器(DAC)和功率放大器的音频指标必须达到甚至超过Hi-Fi的标准。

ATJ2097系统芯片中包含一个24位定点运算的DSP,通过小心地处理运算过程中的溢出和尾数的取舍,24位字长的数码精度已足以保证解码过程不对音质造成任何损伤。

解码后的PCM数据进入到系统芯片集成的18位元Sigma-Delta架构的数模转换器,产生出高品质的模拟音频信号,并经过集成的音量调节单元和高达14毫瓦的功率放大器后,直接驱动耳机发声。由于该播放器芯片内含有大量的数字电路和存储单元,它们运行时会产生严重的噪声干扰;而且为了获得较高的电源转换效率,便携式音频播放器几乎都会使用升压或降压的开关电源(即DC-DC),因而芯片内部模拟电路的电源噪声本来就高达上百毫伏;再加上前文所述对引脚数量和外围元器件数量的限制,芯片内各模拟电路的电源和地不可能分得很干净,外围电源滤波电路因尺寸的关系而效果也非常有限;所以,芯片中音频模拟电路部分所面对的电磁环境和电源污染非常恶劣。

ATJ2097则使用了三个方面的技术来处理这种问题。一是充分利用集成电路的N阱和P阱,一方面利用阱深划断基片表面的低阻层,以降低不同地之间的内阻,另一方面将许多独立的N阱单独反向偏置,以形成一个个独立而又较纯净的电源孤岛,从而得到较好的数字电路和模拟电路的界面隔离以及芯片基底隔离;二是巧妙地规划模拟电路各个部分的电源和地的回路,既要使电源和地回路上的阻抗较低,又要使整个回路的平面面积较小,以抑制电磁感应的污染;三是通过采用全差分电路结构形式、调整电路元件的尺寸和静态工作电流、挑选合适的操作频率等措施,来提高模拟电路的电源噪声抑制能力(PSRR),而重点又是在开关电源的工作频率即数百千赫兹至数兆赫兹的频段。通过上述三个方面的努力,ATJ2097最终获得了大于90dB的信噪比(不含A-Weight),而且当输出高达14毫瓦功率去驱动16欧姆阻抗的耳机时,THD仍可低至-85dB以下,通道隔离度也高达80dB,全面超出了Hi-Fi音频设备所要求的硬件指标。

另外,提供均衡器的功能,以对音乐进行适度的渲染,也是音频播放器的一个重要功能。一般的均衡器仅能对高频、中频、低频三段频率分别进行调节。而ATJ2097则依据对各声音频段的响应特性,可以分别针对ROCK、POP、CLASSIC、SOFT、JAZZ、DBB等多种风格在20-20千赫兹范围内分7段频段进行调节。同时,它还能提供SRS WOW音效的功能。WOW是一种能显著增强立体声音频播放质量的专利技术。通过这套技术,可以将音场拉宽,展现出更具有空间感的立体声环绕音效和超重低音的震撼效果。

当然,要生产出高品质的音频播放器,还必须要求下游的整机生产厂家合理安排机器内的结构,并严格按照芯片供应商的要求选择芯片外围电路的元器件,并且精心安排PCB的布局和布线。对此,ATJ2097也配套了完整的标准应用方案和设计指南供生产厂家参考。

结束语

目前,便携式音频播放器的市场仍在不断上升,而随着消费者的要求不断提高,以及芯片供应商设计技术的持续提升,未来的便携式播放器将在音质、音效、成本、播放时间、应用领域扩展等方面继续发展,而真正拥有CD音质的音频播放器,以及具有视频播放、游戏、移动电视等功能的多媒体播放器将会越来越普遍。

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