現在市場上以Walkman手機作為代表的多媒體手機,正受到消費者的青睞。手機和PMP的多媒體性能不斷加強,功能日漸豐富,從而對音視頻的要求不斷提高。針對這個趨勢和蓬勃興起的市場,傳統的高品質音頻方案提供商Wolfson Microelectronics(歐勝微電子)推出了新的音頻Codec-WM8960和WM8985。這兩款芯片將D類放大器技術帶到了便攜式產品中,并保持了聲音的高品質,并且特別針對手機等無線應用進行了優化,因此也預示著歐勝正將市場戰略重點從過去的音樂播放設備,轉移到多媒體手機和便攜媒體播放器(PMP)。
該公司營銷副總裁兼消費音頻業務部門總經理Julian Hayes表示,歐勝的技術優勢在于混合信號設計,一向以其高品質的音頻芯片和低功耗性能享譽業界。的確,該公司的各種音頻器件已經成功地應用于許多世界頂級消費產品中,包括蘋果電腦的iPod、艾利和的H10、索尼的PSP、微軟的XBOX360和三星的多款高性能手機。
他還指出,歐勝的市場策略就是針對世界的不同地方、不同的細分市場推出滿足用戶需求的產品,至于歐勝的技術策略,那就是專注于混合信號設計,未來還會將電源管理技術集成到芯片中。
“歐勝的音頻產品定位于為在數字信號處理和真實的模擬世界之間建立溝通的橋梁,給那些提供高品質音頻功能的多媒體設備提供解決方案。”Hayes說。
隨著在線多媒體內容的豐富和未來手機電視的興起,手機對于音視頻的要求會不斷提高,因此推動了對高品質聲音的需求。歐勝把高保真的音響質量應用到電話中,并且為了更低功耗采用了D類技術。D類放大技術能夠高效的輸出功率,因此能實現更長的電池壽命。歐勝很好地利用了D類放大技術,但在音頻質量上沒有“打折扣”。
效率驅動立體聲揚聲器
該公司的WM8960在芯片內同時集成了音頻Codec和D類放大器,可以高效率地驅動揚聲器。該芯片能夠達到單獨采用D類放大器和音頻Codec相同的性能,但是集成后的成本更低。Hayes聲稱,現在有一些公司能實現高品質的聲音,還有一些公司能夠保持低功耗,但是成功地結合這兩者非常困難,而這正是歐勝的優勢所在。
WM8960 的D 類立體聲揚聲器驅動器能夠持續提供高達1W的功率,并免除了外部的濾波器件,縮小了PCB面積。同時還有與DAC同步時鐘的特點,以實現低噪音以及噼啪聲和咔嚓聲抑制,
在負載為8歐姆時的信噪比為 90dB。為了實現最高輸出功率,可以采用BTL方式驅動揚聲器。在5V電源時,每聲道輸出達到了1W(1%總諧波失真);3.3V電源時每聲道輸出為500mW(0.02%總諧波失真)。
這款芯片之所以能實現很好的總諧波失真,是因為歐勝在芯片內部有效地將音頻Codec和D類放大器電路相互隔離。另外,時鐘對于聲音品質非常重要,歐勝運用獨特的技術使得音頻DAC的時鐘和PWM時鐘之間的相互影響最小化。
WM8960耳機驅動器仍采用AB類放大,支持無電容器模式。WM8960在回放模式下的功耗僅為10mW,使之成為同類產品中功耗最低的器件之一。它還針對無線應用進行了優化,電源供應抑制比(PSRR)為72db@217Hz。
對于WM8960在手機中應用帶來的好處,Hayes指出:“揚聲器的線圈越多,靈敏度就越高。在手機中,揚聲器的體積受到限制,往往很薄并且體積很小,線圈數量不多,靈敏度因此降低。而D類放大能輸出很高的功率,因此非常適合在手機中應用。”
“對于需要高品質聲音和高效率、高質量的驅動立體聲揚聲器的應用,WM8960是最好的選擇。”Hayes總結WM8960的特點時說。
自由切換AB類與D類工作模式
WM8985的特點則是可以在AB類工作模式和D類工作模式間進行動態切換,據稱是世界上首款能實現該功能的芯片。在沒有射頻發射/傳輸的時候,運行D類模式;在射頻發射/傳輸的時候,運行AB類模式,從而為設計師提供了靈活性。而D類的效率比AB類效率高的多,因此電池能使用更長的時間。用戶可以在聽音樂時使用D類方式;在打電話時,使用AB類方式。
WM8985帶有兩對耳機驅動器以支持一個音頻播放器上的兩個用戶。一個集成的鎖相環支持從9到27MHz的輸入時鐘。在D類模式下,32歐姆、3.3V和20mW輸出功率時的總諧波失真為 -72dB(0.025%)。額定電源供應抑制比(PSRR)為-70dB。
當從AB類切換到D類時,耳機驅動器功耗降低達50%。
“WM8985的目標市場和WM8960相同,但在應用上有稍許的不同。在一個復雜的便攜式多媒體設備中,充滿了噪聲。設備中的微處理器時鐘、顯示驅動時鐘、音頻時鐘、視頻時鐘等,會到處傳播(thrashing around),制造出大量的電磁噪聲。而D類放大器技術的一個缺點是會產生較大噪聲。業界希望盡量減小D類放大器的噪聲,但很難做到足夠好的程度,因為很難準確地仿真或預測D類放大器的噪聲對設備的影響。這時換個思路,D類方式不行,那如果切換到AB類方式工作,就能解決這個問題。這款芯片能夠在D類和AB類之間切換。我們認為這對客戶很有價值。只需要簡單的對設備編程,設置寄存器的相應位,就可以在兩種方式間實時地切換,而不會對聲音質量造成影響。”Hayes分析道。
他進一步解釋說,這個器件相比WM8960,沒有集成揚聲器驅動,只有耳機驅動。對于沒有整合高音量揚聲器的便攜產品,如MP3播放器和某些需要高品質回放MP3音樂的多媒體手機,WM8985是理想的選擇。這個芯片能理想的實現客戶的需求,可以很好地與基帶芯片接口。
混音模式應用情景
Hayes還介紹了新芯片具有的一個非常有趣的混音模式,并描述了可能的應用情景。
使用情景1:當用戶正在聽MP3音樂的時候,語音呼叫被啟動,鈴聲能夠被混合和輸出到立體聲耳機中;一旦接聽語音呼叫,接收到的語音信號被混合和傳輸到立體聲耳機中輸出,而麥克風的輸入通過差分輸出被傳送到基帶。
使用情景2: 當用戶正在收聽MP3卡拉OK音樂時,用戶可以同時演唱,其歌聲通過全面混音在耳機中播放。該模式在有語音呼叫時也能被啟動,使接聽者能夠聽到音樂和自己的歌聲,并且支持全部卡拉OK錄音;卡拉OK錄音能夠采用I2S格式保存,還可以在一個典型的3G應用中通過彩信或電子郵件傳送。
Hayes說:“根據需要可以自動和/或手動的方式在AB類和D類間切換。并且很難覺察到音質上的差異。我們在今年的CES和Cebit上試驗過,詢問使用者更喜歡哪種模式,答案是一半對一半。用戶實際使用時,可以很容易的在兩種模式間切換,選擇自己喜歡的模式。”
偏好分離式音頻方案
當問到相比市場上存在的用單個SoC處理所有功能的解決方案,歐勝采用專用的數字信號處理與混合信號處理分離的芯片解決方案有什么優勢時,Hayes從以下三方面進行了比較:
1. 單SoC方案設計困難重重,常常導致延誤,落后于市場的需求。而專用的分離方案靈活性很高,能快速響應市場的變化,并且數字產品的成本更容易下降。
2. 歐勝認為單SoC方案會導致音質上的損失。而專用的混合信號處理和數字信號處理分離的方式能保持更好的音質。
3. 為了追求產品的差異化和突出自身產品的優勢,采用專用的分離方案設計是最好的選擇。
Hayes認為,今后這兩種解決方式還會共存,具體選擇哪一種,要看應用的需求。如果要價格最低,而不考慮音質和功能,就選擇單芯片SoC方案;要實現產品的創新,保證高質量的音質和性能,需要專用的分離方案才能夠實現。
“設計一個音頻產品,聽起來似乎很容易,但做好非常困難。我們已經在中國的深圳和上海建立了銷售和技術支持辦公室。辦公室里有實驗室,可以提供測試設備,能幫助中國的工程師解決設計中的問題。我們意識到只有好的產品、好的價格和好的支持三者結合才是成功的關鍵。擁有最好的技術但支持不好,也不會取得成功。”他指出,“中國公司應該具有創新意識,給產品增加高附加值,一味的追求低價格不是長久成功之道。
不過,他也坦言,歐勝現在中國只有幾個人,所以還不能全面地對中國的客戶進行銷售和支持,這對公司是個很大的挑戰。
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圖2:典型的多媒體電話架構
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圖1:WM8960在一個典型系統中的應用
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