基于I2C总线控制的音频处理电路设计

文章摘要：低音部分的频率处理电路主要原理如图5所示，主要通过有源运算放大器外接二阶R，C带通滤波器来实现。当需要对低音信号进行衰减时，打开图5所示AV<0的开关对，此时的等效电路如图6(a)所示，通过运放缓冲驱动无源滤波器；当需要对音频信号衰减时，打开图5所示AV>0的开关对，此时的等效电路如图6(b)所示，交换了滤波器的输入／输出。无源滤波器由内部的电阻阵列、外接电容电阻组成，电路原理图如图7所示。根据式(3)的滤波器传输函数可知，通过外接电阻电容值的选取可实现低音峰值频率的设定；内部的分压电阻在I2C总线控制译码的作用下，选择不同的分压比例实现不同的电压增益；最上端的开关对通过调节交换滤

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　　低音部分的频率处理电路主要原理如图5所示，主要通过有源运算放大器外接二阶R，C带通滤波器来实现。当需要对低音信号进行衰减时，打开图5所示AV<0的开关对，此时的等效电路如图6(a)所示，通过运放缓冲驱动无源滤波器；当需要对音频信号衰减时，打开图5所示AV>0的开关对，此时的等效电路如图6(b)所示，交换了滤波器的输入／输出。

　　无源滤波器由内部的电阻阵列、外接电容电阻组成，电路原理图如图7所示。

　　根据式(3)的滤波器传输函数可知，通过外接电阻电容值的选取可实现低音峰值频率的设定；内部的分压电阻在I2C总线控制译码的作用下，选择不同的分压比例实现不同的电压增益；最上端的开关对通过调节交换滤波器的输入／输出，实现对输入的音频信号增强和衰减。

　　高音部分的频率处理电路主要原理如图8所示，主要通过内部有源运算放大器、交叉开关对、增益控制电阻、外接串连R，C实现高音部分音频信号的频率响应。采用低音控制电路的分析方法可见，上述的开关对实现了高音信号的衰减和增强的目的。

　　高音处理的滤波器由内部电阻阵列、外接电阻、外接电容组成，电路原理图如图9所示。

　　由阻抗分压特性可知滤波器的传输函数：

　　式中：

　　由传输函数(4)可知：外接的串连分立电阻电容可实现高音峰值频率的设定；内部分压电阻在I2C总线控制译码的作用下控制不同的开关导通，实现不同的分压比例决定信号的增益大小；最上端的交叉开关对通过改变滤波器的输入和输出，调节整个电路模块对音频信号的增强还是衰减。

　　1．5 输出通道平衡度调整设计

　　高性能的音频处理器要求多声道输出驱动不同的音响系统实现立体声效果，这里音频处理器实现了4路独立的音频信号输出，可驱动4个不同的音响，且不同支路的音频信号在I2C总线控制下实现不同的衰减处理，达到实现调整通道之间的平衡度的目的。由结构框图(图2)所示，将这四路音频输出通路分别称为右前置、右后置、左前置、左后置等。

　　2 版图设计和测试结果

　　2．1 版图设计

　　这里设计的音频处理器芯片采用CMOS工艺实现了低功耗、高性能、低失真度等特点，采用CANDENCE的版图绘制工具完成了版图设计，整个版图如图10所示。在版图设计中要考虑左右声道的音频信号间的隔离减少声道之间的串绕影响；同时注意音频信号线同I2C控制线之间的隔离，避免在不同的控制模式下产生噪声干扰；最后在优化性能的同时尽量优化版图面积减少芯片的成本。

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