整個行業正在進行的持續和廣泛的數字化生動地表明，我們現在以越來越二元的方式代表世界。不難理解為什么；二進制是我們為處理數據而設計的最有效的格式，它現在是所有技術領域的基礎。

對數字的關注讓人很容易忘記模擬也只是表示信息的另一種方式。這個詞本身實際上只是意味著“可比”。模擬信號中沒有量化的感覺往往會被模擬信號“感覺”像真實事物的事實所掩蓋。雖然它存在，但它是一個技術不斷進步的領域。

然而，只要以原始格式存儲、傳輸或以其他方式表示聲音、景象、氣味和紋理等事物仍然不切實際，我們將繼續依靠傳感器將現實世界的信息轉化為我們可以使用的數據形式與，無論是模擬還是數字。

模數和數模轉換器（ADC、DAC）無處不在的特性清楚地提醒我們，我們必須在這兩個領域之間移動。轉換有多種形式，可用的 ADC 和 DAC 架構種類繁多，反映了基于特定應用需求的轉換對精度、可重復性和穩定性的不同需求。在為給定應用篩選轉換器時，這可能會給工程設計團隊帶來挑戰。

圖 1：ADC 電路符號

可能較少混淆的一個領域是語音數據的處理。一般而言，處理音頻和視頻數據涉及使用 CoDec 或 Coder-Decoder；一類數據轉換器，針對在模擬和數字數據上運行的應用程序進行了優化，這些數據包含與音頻和視頻相關的信號，包括語音。

轉向多媒體

任何類型的轉換器都會引入量化元素，因為它本質上是在解釋——而不是忠實地復制——信息從一種形式到另一種形式。通常，換能器的主要輸出本質上是電的，呈現出可測量的電阻、電容或磁阻變化。出于這個原因，換能器也是一種濾波器，因為它忽略了一些輸入電平而有利于其他輸入電平。由于音頻和視頻信息的形狀在帶寬和頻率方面可能會有很大差異，因此編解碼器的設計重點是關注原始信號的特性。

電話是編解碼器的成熟應用領域，因為它們在麥克風和揚聲器之間提供模擬/數字接口。然而，最近，半導體制造商專注于開發和推進多媒體信號編解碼器，而不是純粹的語音。智能手機和平板電腦的出現在編解碼器方面引起了業界的關注，這并不奇怪，因為它代表了一個與純語音市場相比具有潛在巨大容量的應用領域。與電話等傳統語音設備不同，便攜式消費設備中使用的編解碼器通常需要處理多種類型的數據。便攜式多媒體應用領域的吸引力意味著近年來對更傳統語音編解碼器的投資有所減少。這使得 OEM 在開發面向語音的產品時別無選擇。使用多媒體編解碼器或基于可能已有十年或更長時間的語音編解碼器的新產品。

這未能認識到新興應用對純語音產品的需求，例如移動無線電、有線電話、語音控制設備或公共/私人對講機。它還抑制了這些設備的制造商利用現代傳感器的優勢的潛力，這最終將實現更小、更低功耗和更高性能的解決方案。

配置文件中的語音編解碼器

現有的語音編解碼器可能會被設計為與傳統的駐極體麥克風接口。這些會產生一個小的模擬信號，需要在到達編解碼器之前進行預放大。現有的語音編解碼器可能無法集成數字化語音數據所需的必要 ADC 和 DAC，這意味著需要更多外部組件。此外，編解碼器可能不包括輸出功率放大器，這又意味著額外的電路。最后，編解碼器很可能使用傳統工藝節點制造，這表明超低功耗不是一個特性。總之，這些缺點使現有的解決方案不適合現代應用程序，這些應用程序需要一種小型、低成本但高度集成的語音編解碼器，并在低功耗的同時提供高性能。

然而，除了影響編解碼器的發展外，便攜式多媒體設備的興起也促進了基于微機電系統或 MEMS 的傳感器的巨大發展。最著名的 MEMS 傳感器是加速度計和陀螺儀；允許便攜式和可穿戴設備識別其方向和其他運動的傳感器。由于它們基于相同的技術，MEMS 麥克風比傳統麥克風更小，功耗更低，同時提供更高的整體性能和更多功能的集成。這消除了對大量外部電路的需求，同時為能夠充分利用這一技術發展的編解碼器創造了機會。

近年來技術真正發展的另一個領域是 D 類放大器。本質上，這是一個在數字領域工作的模擬放大器，它的名字呼應了其他形式的放大（如A類、AB類）。D 類放大器是 MEMS 技術的完美補充，但直到最近還比較復雜，因此難以實施。然而，D 類放大器提供的效率提升鼓勵了業界追求這一領域，我們現在正處于 D 類放大器成為主流的地步。

新一代語音編解碼器

面對對適用于最新應用的專用語音編解碼器日益增長的需求，為了解決投資不足的問題，CML Microcircuits 開發了 CMX655 系列。

專為支持針對標準電話和高清語音的語音應用而設計，它們集成了許多高級功能，包括直接連接模擬和數字 MEMS 麥克風的能力。這使得 CMX655 系列在功能和功率效率方面都比通用多媒體編解碼器和現有語音編解碼器更優化。CMX655 系列提供了比現有語音編解碼器更高的音頻質量和更簡單的系統設計，這要歸功于它對 MEMS 麥克風的支持和 D 類輸出放大器的集成，它能夠為揚聲器提供高達 1W 的功率。

圖 2 中的框圖顯示了 CMX655D 的數字變體，說明了主要功能，包括數字麥克風接口、D 類放大器和音頻信號處理塊。該器件可以同時連接兩個數字 MEMS 麥克風，實現降噪等高級功能。

圖 2：CMX655D 框圖

通常，MEMS 麥克風提供符合脈沖密度調制 （PDM） 或 IC 間聲音 （I2S） 協議的串行輸出，這兩種協議都使用單個數字信號對模擬數據進行編碼，并與時鐘同步。 兩種協議本質上都可以支持同一總線上的多個麥克風信號，這反映在 CMX655D 的設計中，它能夠同時處理兩個獨立但完全同步的麥克風信號。

在數字輸出 MEMS 麥克風中，初始轉換發生在設備內部，通常將前置放大與 PDM 調制相結合。輸出隨后由編解碼器處理，編解碼器首先將 PDM 比特流轉換為幀數據。這涉及使用抽取濾波器從高頻 PDM 信號中恢復低頻數據。雖然這可以使用 DSP 來執行，但所涉及的軟件算法可能很復雜，DSP 的成本相對較高并且總體功耗相當大。將此功能作為硬件模塊集成到編解碼器中，有助于簡化設計、降低系統功耗并降低 BoM 成本。例如，CMX655D 在偵聽模式下僅消耗 300μA，這一功能在系統偵聽事件的現代應用中越來越普遍，例如數字助理中的喚醒詞，或安全系統中玻璃破碎的聲音。在這些應用中，超低功耗運行是一個重要特性。

CMX655D 提供的集成水平意味著 OEM 現在可以開發具有更簡單信號鏈的產品，因為所需的大部分功能都集成到單個設備中。它同時支持傳統電話（300Hz 至 3.4kHz）和高清語音（50Hz 至 7kHz）的帶寬，這將支持提供高清質量語音的新一波設備。這包括電話、PMR（私人移動無線電）和公共/私人對講系統。其低功耗證書也使其適用于需要保持“始終在線”的安全和火災報警系統、語音控制消費設備和可穿戴應用。這就是與現有語音/多媒體編解碼器相比，CMX655D 的超低功耗將成為真正區別的地方。

結論

一段時間以來，半導體行業對語音編解碼器的服務嚴重不足，這讓 OEM 廠商別無選擇，只能使用更復雜、更昂貴的多媒體編解碼器（一種無法支持最新 MEMS 技術的語音編解碼器），或者實現信號處理在軟件中。

審核編輯：郭婷