使用手機、無線耳機和集成網(wǎng)絡(luò)攝像頭麥克風和語音IP (VoIP)附件的筆記本電腦等便攜通信設(shè)備的消費者，都要求能在嘈雜環(huán)境下不用大聲通話和能聽到對方的說話，并且能不受回聲干擾。

    影響音頻效果的因素眾多，如信噪比、動態(tài)范圍、失真度和瞬態(tài)響應(yīng)等等，其中動態(tài)范圍是一個相當關(guān)鍵的技術(shù)指標，如果動態(tài)范圍過窄，就會使得整體的音頻表現(xiàn)力相當有限。在通話噪聲方面，一個典型的例子是在汽車中用手機通話時，除了用戶本身的聲音，設(shè)備還會捕獲持續(xù)及動態(tài)的背景噪聲，如風噪聲、地面噪聲或發(fā)動機噪聲等，這些噪聲可能會給通話的另一方造成嚴重干擾。

    另外，由于便攜設(shè)備日趨小巧，麥克風和揚聲器的位置正靠得越來越近，手機用戶也可能會面臨自己傳送給對方的語音又被對方的麥克風傳送回來從而聽到回聲的窘境。

    這些影響消費者音頻體驗的因素，使得他們要求制造商和系統(tǒng)設(shè)計人員在便攜通信設(shè)備中集成包含軟、硬件在內(nèi)的更先進音頻處理功能，令嘈雜環(huán)境下的語音通話即使聲音不大也可被聽清楚，以及消除回聲等。這帶動了那些具有高保真(Hi-Fi)效果的音頻處理解決方案更受到消費者的青睞。

    這些要求為設(shè)計人員帶來挑戰(zhàn)，因為他們通常必須在更小的外形尺寸，以及不影響功耗(電池壽命)、重量(電池大小)和成本(消費類設(shè)備尤其敏感)等設(shè)計限制下完成。

表1：安森美半導(dǎo)體BelaSigna®系列音頻處理器主要指標

    最新的BelaSigna® 300是尺寸僅為3.6 × 2.6 mm的24位超低功率Hi-Fi音頻處理器，它以固定功能專用集成電路(ASIC)的功耗和尺寸提供通用數(shù)字信號處理器(DSP)的靈活性，增添的先進模擬音頻輸入及24位信號通道可實現(xiàn)極佳的音頻質(zhì)量，獨特的專利雙核架構(gòu)實現(xiàn)回聲消除和噪聲消減等眾多先進音頻算法同時運行，而且功率消耗更低，適合于手機和無線耳機等便攜通信設(shè)備應(yīng)用。圖1是BelaSigna® 300的功能模塊圖，各個功能模塊的簡要分析如下：

圖1：安森美半導(dǎo)體BelaSigna® 300音頻處理器的功能模塊圖

輸入段(Input Stage)：提供信號選擇、信號放大、防混疊(anti-alias)濾波、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)和采樣率抽取功率。支持多種麥克風和線路-電平音頻輸入信號。四個獨立Sigma-Delta ADC能夠同時使用。還能結(jié)合其中兩個ADC組成一個輸入通道，使得動態(tài)范圍高達110 dB。

輸入輸出控制器(IOC)：先進的直接存儲器存取(DMA)處理器定制設(shè)計用于管理音頻信號移動，而不需要加載任意一個DSP內(nèi)核(HEAR或CFX)。智能存取機制確保只需要最少的地址算法，簡化了整體系統(tǒng)的編程。

片上外設(shè)(On-chip Peripheral)：強大的電源管理模塊能夠處理多種電池或電源條件；時鐘產(chǎn)生和管理模塊提供優(yōu)化的計算效率/功率比；IP保護模塊防止未經(jīng)授權(quán)的軟件訪問。定時器和其它系統(tǒng)監(jiān)視模塊用于進一步簡化系統(tǒng)編程。

HEAR可配置加速器：執(zhí)行超高效率的低延遲、高保真(Hi-Fi)濾波器組和矢量處理操作。濾波能夠工作在時域以及頻率，可以采用統(tǒng)一或非統(tǒng)一頻段設(shè)置。HEAR加速器的功能鏈高度可配置，具有專用軟件工具。

CFX DSP內(nèi)核：這個完全可編程的24位雙MAC DSP內(nèi)核是主數(shù)字處理器，用于配置系統(tǒng)和協(xié)調(diào)信號數(shù)據(jù)流。包括能夠?qū)崿F(xiàn)微控制器(MCU)功能的指令集。

輸出段(Output Stage)：提供上采樣(up-sampling)，直接驅(qū)動揚聲器，為耳機和耳筒提供適宜的輸出功率；采用單獨的直流解耦濾波器，確保即便在最高輸出功率下也能提供最低的失真。

接口：支持GPIO、I2C、LSAD、PCM/I2S、UART和SPI接口，確保無縫連接至其它系統(tǒng)和典型人機接口(MMI)器件，如按鍵、電位計和發(fā)光二極管(LED)等。

圖2： BelaSigna® 300 Hi-Fi音頻處理器在手機和免提電話中的應(yīng)用電路圖

    圖2所示的是BelaSigna® 300音頻處理器在手機和免提電話中的應(yīng)用示例。需要說明的是，圖中的揚聲器功能可以被集成為耳筒揚聲器，但在大功率免提電話揚聲器中仍然保持外置。

不同算法軟件與硬件相輔相成，滿足差異化需求
    安森美半導(dǎo)體除了提供BelaSigna®系列音頻處理器的硬件本身，還提供包括先進的回聲消除算法、噪聲消減和其它音頻增強算法在內(nèi)的嵌入式軟件與硬件相輔相成，供設(shè)計人員選擇。這些嵌入式軟件涵蓋安森美半導(dǎo)體算法，ExAudio、2Pi 、dlab、SRS Labs和Alango等第三方合作伙伴提供的算法解決方案，客戶開發(fā)的算法，以及安森美半導(dǎo)體針對應(yīng)用需求開發(fā)的定制算法等。此外，安森美半導(dǎo)體還提供各種開發(fā)支持，如技術(shù)支持和培訓、工程和設(shè)計服務(wù)、參考設(shè)計以及評估和開發(fā)工具(如硬件參考工具、DSP開發(fā)工具和通信工具)，方便應(yīng)用設(shè)計。

    以BelaSigna® 300為例，安森美半導(dǎo)體提供或規(guī)劃提供多種捆綁的算法軟件，滿足客戶的差異化需求。這些捆綁軟件包括：
●   LP-AEC(采用AEC和SNE算法，用于免提電話和手機)
●   噪聲消減(采用SNE算法，用于便攜通信設(shè)備)
●   TX捆綁軟件(采用雙麥克風和AEC算法，用于手機和筆記本電腦)
●   RX捆綁軟件(采用SNE、EQ、AAE算法，用于手機和手機附件)
●   “綜合包”(包括RX捆綁軟件和支持AEC、SNE算法的TX捆綁軟件，用于手機和通信設(shè)備)

總結(jié)
    消費者對便攜通信設(shè)備的音頻質(zhì)量要求越來越高，且要求電池使用時間更長。這驅(qū)使制造商和系統(tǒng)設(shè)計人員在便攜通信設(shè)備中采用先進的低功率音頻處理技術(shù)，進行更好的噪聲消減和回聲消除，提供更高的音頻再現(xiàn)效果。安森美半導(dǎo)體的具有Hi-Fi音效的BelaSigna® 300音頻處理器，采用專利的雙核架構(gòu)，以ASIC的功耗和尺寸提供DSP的靈活性，支持先進的噪聲消減、回聲消除和音頻增強算法，提供極高的動態(tài)范圍，占用極小的電路板空間，并且典型功耗超低，僅需1~10 mW，非常適合于手機和無線耳機等便攜通信設(shè)備應(yīng)用。為了滿足可能的差異化需求及方便便攜系統(tǒng)設(shè)計人員的開發(fā)，安森美半導(dǎo)體更提供豐富的捆綁算法軟件包、參考設(shè)計和評估與開發(fā)工具，幫助他們縮短開發(fā)時間，加快產(chǎn)品上市進程。■