智能型手机中的音频设计

文章摘要： 图3 专属音频处理系统概念 图4 智能型手机音频处理架构图 此外，音频系统也可以有不同的作法。当语音CODEC被整合在通信芯片组中时，搭配另一颗具有额外模拟输入、输出和内部混音的Hi-Fi CODEC是恰当的作法；在另一种情况下，一个具有直接连结无线耳机功能(如蓝芽)的专属PCM接口的双CODEC也有其使用上的好处，请参考(图5)。 图5具有无线耳机功能(如蓝芽)的双CODEC音频架构 以下针对音频系统中的几个重要组成进行规划上的分析： 频率与接口 共享通信与应用子系统的内部电路虽然可行，但对于接口来说并非如此，因为不同的音频应用得在独立的频率区域中以自己的频率来运作。只要情况仍是如此，整合

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图3 专属音频处理系统概念

图4 智能型手机音频处理架构图

　　此外，音频系统也可以有不同的作法。当语音CODEC被整合在通信芯片组中时，搭配另一颗具有额外模拟输入、输出和内部混音的Hi-Fi CODEC是恰当的作法；在另一种情况下，一个具有直接连结无线耳机功能(如蓝芽)的专属PCM接口的双CODEC也有其使用上的好处，请参考(图5)。

图5　具有无线耳机功能(如蓝芽)的双CODEC音频架构

以下针对音频系统中的几个重要组成进行规划上的分析：

频率与接口

　　共享通信与应用子系统的内部电路虽然可行，但对于接口来说并非如此，因为不同的音频应用得在独立的频率区域中以自己的频率来运作。只要情况仍是如此，整合性智能型手机的CODEC就需要同时有PCM接口和独立的I2S或AC97连结接口。

　　在非移动性的设备(如PC)中，音频频率通常由一个石英振荡器(crystal oscillator)来产生，但在智能型手机的设计中，为了避免额外的耗电、板面空间和频率芯片的成本，设计者偏向于将Hi-Fi音频所需的频率功能从既有的频率中独立出来。由于低耗电、低噪音的锁相回路(PLL)能被以相对较低成本整合到混合讯号芯片当中，所以今日芯片厂商的作法是将一颗或两颗PLL整合到他们的智能型手机CODEC中。

麦克风

　　在智能型手机中最难的设计议题，往往与麦克风(Mic)有关。一般来说至少有两个麦克风需要考虑：一是内建的内部麦克风和插入耳机(headset)的外部麦克风。此外，可能还会有用于噪音消除(noise cancellation)或立体声录音的额外内部麦克风，以及车用免提功能所需要的另一个外部麦克风。除了讲话外，这些麦克风也能透过应用处理器的控制来录制语音短讯或视频短片中的音效。
若要由音频CODEC芯片来涵盖各种切换功能，此芯片的电路需要做好妥善的设计。除了录音功能，CODEC也应提供侧音(side tone)的功能，这样一来耳机用户也能听到自己的声音。插入侦测功能则能提供无缝的切换功能，也就是当耳机插入或拔出时，系统会自动转换使用内部或外部的耳机。

　　人声(acoustic)的噪噪音消除是另一个问题，它需要用到两个麦克风，一个同时接收讲话的声音和背景噪音，另一个则只接收背景噪音。模拟的作法往往不足够，因此需要透过数字信号处理来加强，而音频CODEC需达成两个麦克风讯号的数字化任务。

　　另一个问题是室外风声噪印的问题，它的频率通常低于200Hz，因此透过高通(high-pass)滤波器就能处理掉，但这样一来，在室内录音时就少了低频部分的声音。对于两用的麦克风来说，这个过滤器应该是可选用的，但很多的音频ADC中都已内建了这颗high-pass滤波器，因此，手机厂商应针对需求选择合用的解决方案。

外接耳机

　　手机外接耳机(headset/headphone)的使用也需要特殊的模拟电路，也就是当耳机插入时，音频输出信号就能绕径到耳机上头。虽然整合机械性开关的插槽(socket)能够满足此要求，但它的尺寸过大且昂贵；此外，扬声器的音量大小可能也不适合这个耳机。为内部与外部音频提供独立的音量控制可以解决此问题，而且也能使用较简单的插槽设计。这一外接耳机是否具有麦克风也需要被侦测出来，这可以通过是否感测到偏流(bias current)来分辨，如果没有电流流动，那就表示没有麦克风被插入。智能型手机的音频CODEC中应加入这一电流传感器，进而能因应不同情况达成音频输入输出的处理。

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