將音頻編解碼器植入28nm高級移動多媒體芯片系統(tǒng)

概述

　　音頻處理對于手機、平板電腦等消費電子應用和其他大量生產(chǎn)的產(chǎn)品非常重要。面積和功耗往往是關鍵設計標準，而市場要求有高質量高保真（Hi-Fi）音頻效果。將經(jīng)過硅驗證和優(yōu)化的音頻IP集成實現(xiàn)特定的音頻功能，有助降低當今多媒體芯片系統(tǒng)的功耗、面積和成本。

　　隨著設計逐漸過渡到28納米工藝技術，集成音頻功能這一挑戰(zhàn)變得愈加復雜，原因是模擬電路并不遵循摩爾定律，也不會隨著工藝發(fā)展而尺寸減小。采用28納米工藝的晶圓成本會比65納米或40納米工藝技術高出許多。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，模擬電路固有性能并沒有改善，面積也沒有減小，因此必須開發(fā)新的架構以減少總面積。例如，采用65納米技術、面積為2.5平方毫米的音頻編解碼器，在采用28毫米技術后面積需要減小至1.9平方毫米才能使硅成本保持相同。就是這25%面積的減小構成了對高級工藝節(jié)點音頻編解碼器的關鍵挑戰(zhàn)。

　　本文研究了將音頻功能集成在28納米移動多媒體芯片系統(tǒng)上所面臨的主要系統(tǒng)及技術挑戰(zhàn)，以及如何通過以下技術應對這些挑戰(zhàn)：

　　·利用摩爾定律，將部分功能從模擬改由數(shù)字來實現(xiàn)；

　　·靈活設計，支持芯片系統(tǒng)通用參考時鐘的音頻采樣速率；

　　·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；

　　認識到有措施可使系統(tǒng)成本最小化，設計人員和系統(tǒng)架構師將能夠發(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在競爭中勝出。

　　音頻編解碼器基本知識

　　音頻編解碼器主要由兩類數(shù)據(jù)轉換器模塊組成，即用于錄音的模擬-數(shù)字轉換器（ADC）和用于回放的數(shù)字-模擬換器（DAC）。對于立體聲或多聲道解碼器，這些模塊會被分別復制。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，可將小信號麥克風和大信號線纜調(diào)整到模擬-數(shù)字轉換器的輸入范圍。回放聲道包括能夠直接驅動耳機或小型揚聲器放大，每路都分別具有音量控制功能。此外還有提供麥克風偏置的低噪音電源。

　　數(shù)字電路有多個部分構成，最重要的是數(shù)字音頻濾波器，它可將數(shù)據(jù)速率轉換為數(shù)據(jù)轉換器的過采樣時鐘，并消除音頻帶外的高頻噪聲。時鐘管理也很重要，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

　　開發(fā)高效的28納米音頻編解碼器的第一步是利用更先進的工藝減少面積和提高總體性能。采用28納米技術后數(shù)字性能顯著改善，因此，明智的音頻工程師會接受而不是反對向高級節(jié)點遷移。結果就