在向未來發(fā)展的進(jìn)程中， 蜂窩手機(jī)已經(jīng)逐步演變成為一種多通道、多媒體信息終端，對音頻的需求也在基本的雙向語音通信基礎(chǔ)上發(fā)生著巨大的變化。音頻信號以模擬和多種數(shù)字格式的形式存在，并被傳輸至多種類型的模擬和數(shù)字輸出器件。供蜂窩手機(jī)使用的信號通路可以是模擬、數(shù)字，或者二者兼而有之，這取決于處理器芯片上是否含有麥克風(fēng)和耳機(jī)所需的編解碼器以及小信號放大器。而處理器的半導(dǎo)體制造工藝正在向更小尺寸、更高器件密度和更低工作電壓發(fā)展。

數(shù)字音頻接口

在尺寸更小的處理器上構(gòu)架任何模擬電路都將造成性能損失，例如會降低輸出功率和信噪比( SNR)。因此，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和放大器功能應(yīng)當(dāng)從處理器中分離出去，代之以一個(gè)或多個(gè)數(shù)字接口來連接外部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和放大器功能，這些功能可以由分立器件提供，也可以包含在音頻子系統(tǒng)中。表1是目前一些著名的數(shù)字音頻接口，以及它們用于蜂窩手機(jī)時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)比較。

上述每個(gè)接口都有不同的信號特點(diǎn)，因此必須在蜂窩手機(jī)內(nèi)進(jìn)行不同處理。而現(xiàn)有蜂窩手機(jī)已經(jīng)使用的音頻控制接口包括I(SUP/)2(/SUP)C總線、SPI等。其中，I(SUP/)2(/SUP)C(內(nèi)置電路)總線是蜂窩手機(jī)中最常用的控制總線，這是一種多主機(jī)、多從機(jī)2線雙向串行接口，活動線路、串行數(shù)據(jù)和串行時(shí)鐘(SDA和SCL)都是雙向的。連接到I(SUP/)2(/SUP)C總線的最大設(shè)備量需要滿足線上最大允許電容(400pF)以及127個(gè)設(shè)備地址的要求。目前有兩種形式的I(SUP/)2(/SUP)C，“標(biāo)準(zhǔn)”(100Kbps)和“快速”(400Kbps)。根據(jù)初始規(guī)定，I(SUP/)2(/SUP)C信號特征與5伏直流電源電壓相關(guān)，高、低電平邏輯閾值是Vcc的函數(shù)，而不是固定值。

隨著CPU的工藝尺寸變小、電源電壓和邏輯電平下降，目前有多個(gè)版本的I2C可以在低于5V直流電源電壓的條件下工作。特別是3.3Vcc，其邏輯閾值固定在特殊值上，從而能夠與電源電壓低至1.8Vcc的處理器發(fā)出的數(shù)字控制信號配合工作。

未來蜂窩手機(jī)將呈現(xiàn)的新型音頻架構(gòu)

蜂窩手機(jī)具有一個(gè)通信處理器和一個(gè)應(yīng)用處理器，每個(gè)處理器用于實(shí)現(xiàn)上述所有音頻功能。然而，這種集成所有可能的控制、數(shù)據(jù)接口、音頻格式選擇的狀況導(dǎo)致了蜂窩手機(jī)中數(shù)字音頻高度分立的架構(gòu)。為了幫助減輕架構(gòu)上的障礙、提高效率，多個(gè)蜂窩手機(jī)公司成立了移動行業(yè)處理器接口聯(lián)盟( MIPI)以規(guī)劃下一代手持設(shè)備的設(shè)計(jì)，該聯(lián)盟將為手持設(shè)備中的包括音頻在內(nèi)的各種不同功能制定接口標(biāo)準(zhǔn)。但是在MIPI推出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)之前，未來蜂窩手機(jī)將呈現(xiàn)出如下的新型音頻架構(gòu)。

F1: 未來蜂窩手機(jī)的新型音頻架構(gòu)

與模擬麥克風(fēng)相比，數(shù)字麥克風(fēng)可以提供更好的信噪比以及更好抗RF和EMI干擾能力。在 MEMS數(shù)字麥克風(fēng)或傳統(tǒng)的駐極體電容麥克風(fēng)之后，跟隨一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器電路，將在給定的采樣速率輸出條件下直接向新總線提供音頻采樣。數(shù)字麥克風(fēng)的數(shù)據(jù)可以更加直接由蜂窩手機(jī)CPU軟件控制，以提供多種語音處理功能。另一路數(shù)字麥克風(fēng)可以很容易地附于總線中，以實(shí)現(xiàn)立體聲錄音，或作為麥克風(fēng)陣列的一部分實(shí)現(xiàn)噪聲抑制或定向成形技術(shù)，以增強(qiáng)轉(zhuǎn)換收聽端的語音智能。

為了減少內(nèi)部熱量、延長電池壽命，符合邏輯的改進(jìn)是采用數(shù)字輸入、D類放大器，并直接在揚(yáng)聲器處進(jìn)行最終的模擬轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在這些直接連到總線結(jié)構(gòu)上，不需要到揚(yáng)聲器的模擬連接，即可在板上將總線安裝到揚(yáng)聲器安裝區(qū)域。數(shù)字放大器可以附加于揚(yáng)聲器，極大地減少了它的輸出引腳 EMI/RFI輻射的機(jī)會。從系統(tǒng)的觀點(diǎn)來看，附加揚(yáng)聲器非常簡單，只需連接到總線上。

數(shù)字揚(yáng)聲器是具有數(shù)字輸入的移動線圈揚(yáng)聲器。若將“無濾波器”的D類放大器安裝在揚(yáng)聲器框架附近，由于放大器和揚(yáng)聲器之間沒有導(dǎo)線，這樣的設(shè)計(jì)可進(jìn)一步降低EMI/RFI。此外，蜂窩手機(jī)PCB上只有低電平數(shù)字信號，放大器和揚(yáng)聲器特性可以進(jìn)行匹配，從而獲得更好的效率，并且可在能夠放置數(shù)字音頻總線的地方安裝數(shù)字揚(yáng)聲器。手機(jī)制造商可以支持單聲道或立體聲揚(yáng)聲器，或者根據(jù)手機(jī)型號的功能需求制作揚(yáng)聲器陣列以改善揚(yáng)聲器麥克風(fēng)性能和PTT應(yīng)用。

同時(shí)，頭戴式麥克風(fēng)不會很快就變?yōu)槿珨?shù)字化，因?yàn)榈凸β瘦敵鱿碌腄類放大器的效率并不比低功耗AB類放大器的高。更重要的是，需要改變連接器的結(jié)構(gòu)來適應(yīng)額外的導(dǎo)線。最后，如果D類開關(guān)信號在蜂窩手機(jī)外有很長的導(dǎo)線，無論麥克風(fēng)上的功率有多低，信號都將表現(xiàn)出一定的 EMI、RFI輻射。

如果還需要硬件音樂合成器，若設(shè)計(jì)成帶有新總線接口的形式，至少可以消除8個(gè)連接，且不會導(dǎo)致性能下降。可以通過任何的 MIDI命令和數(shù)字音頻采樣來合成最終的輸出音樂，新軟件合成器還能夠混合不同的音頻文件類型(MIDI、SMAF、WAV和MP3)，并直接向新總線接口輸出數(shù)字采樣。

在連接模擬麥克風(fēng)、頭戴式麥克風(fēng)、模擬放大器和模擬輸入-輸出源時(shí)，轉(zhuǎn)換器仍然是必要選擇。通過簡化的轉(zhuǎn)換器，可適應(yīng)不同類型和功率要求的麥克風(fēng)，且輕松的加入到手持設(shè)備設(shè)計(jì)中?，F(xiàn)存的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和編解碼器設(shè)計(jì)可以與新數(shù)字音頻總線接口匹配。

射頻和電視服務(wù)中的音頻內(nèi)容( DAB、 DMB、 DVB-H等)通常通過數(shù)字(I(SUP/)2(/SUP)S)或/和模擬形式(帶有媒體處理器和立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器的模塊)解碼，最終在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。使用新的總線架構(gòu)，可以控制這些器件并使其數(shù)字輸出直接放在總線上，隨后送至合適的數(shù)字轉(zhuǎn)換器中；而獨(dú)立器件或者包含在模擬子系統(tǒng)中的器件被橋接到音頻器件上。

其它器件還包括用于安全目的的數(shù)字生物傳感器，其數(shù)據(jù)輸出是一系列類似于數(shù)字音頻采樣的字節(jié)，或者類似于I(SUP/)2(/SUP)C總線數(shù)據(jù)的字節(jié)。娛樂照明設(shè)備通過一系列與I(SUP/)2(/SUP)C數(shù)據(jù)傳輸類似的數(shù)據(jù)字節(jié)進(jìn)行控制。根據(jù)需求，燈的亮滅還可以利用聲音進(jìn)行同步控制。震動馬達(dá)也可以很輕松地進(jìn)行控制。此外，制造商試圖把震動馬達(dá)與聲音進(jìn)行同步，這樣馬達(dá)就可以隨著聲音的曲調(diào)震動，并帶有閃光模式。所以，連接到數(shù)字音頻總線結(jié)構(gòu)上是符合邏輯的。

手機(jī)游戲提供商對觸摸設(shè)備也很感興趣。這些設(shè)備通常由音頻聲音觸發(fā)，如游戲中的爆炸、槍聲、高音以及其它的聲音效果。同樣，它們可以連接到數(shù)字音頻總線結(jié)構(gòu)上。此外，藍(lán)牙調(diào)制解調(diào)器也能很輕松的連接到新總線結(jié)構(gòu)上并得以控制。

世界不會一下子就步入數(shù)字設(shè)備時(shí)代，未來架構(gòu)還會需要連接到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、放大器和模擬音頻設(shè)備(如揚(yáng)聲器和麥克風(fēng))的接口，這可以通過音頻子系統(tǒng)的橋接來實(shí)現(xiàn)。利用新的總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將包含混合信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，以及支持模擬放大器、麥克風(fēng)和其它音頻子系統(tǒng)所具有的模擬輸入或輸出的電路。這種新音頻子系統(tǒng)“橋接”電路將只需要一個(gè)數(shù)字接口，而不是三個(gè)，進(jìn)一步減少了器件和引腳數(shù)量以及板面積。另外，每個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)換器或設(shè)備功能有各自到達(dá)新總線結(jié)構(gòu)的數(shù)字連接。