原创 v节省PCB空间的新一代音频子系统

当下的手机增加了很多新功能，比如MP3（Mpeg layer 3，专门用来播放音乐）、MP4（Mpeg layer 4，专门用来播放视频）、收音机、电视机、MMS（多媒体简讯）以及立体声扬声器等。但是电话部分的电路尺寸并没有改变，而整个手机的尺寸却一直在缩小。因此，PCB空间就成为电路设计人员的另外一个主要考虑元素。

第一代手机不需要使用任何外置放大器，因此很多手机使用者感到声音的音量不足。手机制造商在第二代手机中加入了一个额外的放大器（AB类放大器）以提升音量和音质。为了跟上产品的更新替换步伐，目前的手机制造商将不断在手机中整合MP3铃声和免持听筒功能。基于低功耗和高输出功率等考量，制造商将考虑使用D类放大器。

编解码器加外置放大器是市场上实现MP3功能的常见解决方案。手机设计中对PCB的大小限制非常严格。由于使用了功能更加强大的CPU晶片，一些基频晶片目前已经具备了软体解码能力，其输出为解码后的一连串标准音频数位比特流（I2S）。对于整合了MP4功能的手机，则需要一个多媒体晶片进行编解码。在这种情况下，如果要求整合功率放大器的编解码器以及一些类比输入能够达到较理想的条件，就需要採用更多的元件，佔用更多的空间。在音频一端，对输入和输出有很多条件︰

输入︰MP3解码输出I2S（数位）
　　　广播输出（类比）
　　　基频输出（类比）
　　　Melody（类比）
输出︰扬声器
　　　耳机
　　　Line Out输出


由于有许多输入输出线路需要控制，有时候客户需要增加一个类比开关来控制讯号通路，而这个类比开关将会佔用额外的空间。基于这些需求，美国国家半导体开发出一种新型音频子系统 - LM4934。LM4934是一个3D音频子系统，包括立体声扬声器驱动电路、立体声耳机、单声道听筒及单声道线路输出设备。封装形式为42引脚micro-SMD，尺寸为3.5×3.93×0.6毫米。使用I2C/SPI控制界面可以控制所有的内部讯号路径选择、各路输入输出的音量控制、3D效果以及PLL模式设置。I2S输入支持讯号支持高达18 比特、48Khz的採样速率。具有高输出功率的立体声扬声器放大器，1W立体声功率放大器，2组类比输入（单声道, 左右声道）和一组数字输入（I2S）。
　

LM4934音频子系统框图
美国国家半导体公司的3D音频增强电路
　

LM4934採用了一个增加可编程的美国国家半导体公司3D音频增强电路。这使得3D增能仅透过I2C/SPI界面接受国家半导体公司的3D增强水准选择暂存器（3D1 & 3D0）的控制。另外，耳机和扬声器输出在该增强电路中採用相同的3D路径。因此，除非暂存器内容改变，否则从耳机切换到立体扬声器时，3D音效将维持不变。该增强电路的另一个优点在于当3D音频效果开启或关闭时，原始讯号的增能皆不会受到影响。
　

增能考虑元素
　

在使用混音器合成输入讯号与立体声输出（例如耳机或者扬声器）时，如果每个输入讯号相互独立，则增能自动减小到原来的1/N，其中N为合成的频道数。这样可以确保不同模式下总的输出增能（也就是说，如果左右声道输入被合成为一个单声道输出，则它们的增益将分别减小6分贝）。但对于像EP和lineout之类的单声道输出模式并不适用。在这些情况下，立体声输入在与单声道输入合成之前被视为一路带有6分贝衰减的输入。每一路输出都具有独立的使能暂存器用于控制。以下为各种模式下的相对输出强度的范例︰
　

输出模式
　

输出使能表
　

（本文作者为亚太区音频产品应用工程师）