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全新片上D类放大技术给手机带来高保真音响效果
发布时间:2011/2/28 18:15:00 来源:
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现在市场上以Walkman手机作为代表的多媒体手机,正受到消费者的青睐。手机和PMP的多媒体性能不断加强,功能日渐丰富,从而对音视频的要求不断提高。针对这个趋势和蓬勃兴起的市场,传统的高品质音频方案提供商Wolfson Microelectronics(欧胜微电子)推出了新的音频Codec-WM8960WM8985。这两款芯片将D类放大器技术带到了便携式产品中,并保持了声音的高品质,并且特别针对手机等无线应用进行了优化,因此也预示着欧胜正将市场战略重点从过去的音乐播放设备,转移到多媒体手机和便携媒体播放器(PMP)。

该公司营销副总裁兼消费音频业务部门总经理Julian Hayes表示,欧胜的技术优势在于混合信号设计,一向以其高品质的音频芯片和低功耗性能享誉业界。的确,该公司的各种音频器件已经成功地应用于许多世界顶级消费产品中,包括苹果电脑的iPod、艾利和的H10、索尼的PSP、微软的XBOX360和三星的多款高性能手机。

他还指出,欧胜的市场策略就是针对世界的不同地方、不同的细分市场推出满足用户需求的产品,至于欧胜的技术策略,那就是专注于混合信号设计,未来还会将电源管理技术集成到芯片中。

“欧胜的音频产品定位于为在数字信号处理和真实的模拟世界之间建立沟通的桥梁,给那些提供高品质音频功能的多媒体设备提供解决方案。”Hayes说。

 

随着在线多媒体内容的丰富和未来手机电视的兴起,手机对于音视频的要求会不断提高,因此推动了对高品质声音的需求。欧胜把高保真的音响质量应用到电话中,并且为了更低功耗采用了D类技术。D类放大技术能够高效的输出功率,因此能实现更长的电池寿命。欧胜很好地利用了D类放大技术,但在音频质量上没有“打折扣”。

效率驱动立体声扬声器

该公司的WM8960在芯片内同时集成了音频Codec和D类放大器,可以高效率地驱动扬声器。该芯片能够达到单独采用D类放大器和音频Codec相同的性能,但是集成后的成本更低。Hayes声称,现在有一些公司能实现高品质的声音,还有一些公司能够保持低功耗,但是成功地结合这两者非常困难,而这正是欧胜的优势所在。

WM8960 的D 类立体声扬声器驱动器能够持续提供高达1W的功率,并免除了外部的滤波器件,缩小了PCB面积。同时还有与DAC同步时钟的特点,以实现低噪音以及噼啪声和咔嚓声抑制,

在负载为8欧姆时的信噪比为 90dB。为了实现最高输出功率,可以采用BTL方式驱动扬声器。在5V电源时,每声道输出达到了1W(1%总谐波失真);3.3V电源时每声道输出为500mW(0.02%总谐波失真)。

这款芯片之所以能实现很好的总谐波失真,是因为欧胜在芯片内部有效地将音频Codec和D类放大器电路相互隔离。另外,时钟对于声音品质非常重要,欧胜运用独特的技术使得音频DAC的时钟和PWM时钟之间的相互影响最小化。

WM8960耳机驱动器仍采用AB类放大,支持无电容器模式。WM8960在回放模式下的功耗仅为10mW,使之成为同类产品中功耗最低的器件之一。它还针对无线应用进行了优化,电源供应抑制比(PSRR)为72db@217Hz。

对于WM8960在手机中应用带来的好处,Hayes指出:“扬声器的线圈越多,灵敏度就越高。在手机中,扬声器的体积受到限制,往往很薄并且体积很小,线圈数量不多,灵敏度因此降低。而D类放大能输出很高的功率,因此非常适合在手机中应用。”

“对于需要高品质声音和高效率、高质量的驱动立体声扬声器的应用,WM8960是最好的选择。”Hayes总结WM8960的特点时说。

自由切换AB类与D类工作模式

WM8985的特点则是可以在AB类工作模式和D类工作模式间进行动态切换,据称是世界上首款能实现该功能的芯片。在没有射频发射/传输的时候,运行D类模式;在射频发射/传输的时候,运行AB类模式,从而为设计师提供了灵活性。而D类的效率比AB类效率高的多,因此电池能使用更长的时间。用户可以在听音乐时使用D类方式;在打电话时,使用AB类方式。

 

WM8985带有两对耳机驱动器以支持一个音频播放器上的两个用户。一个集成的锁相环支持从9到27MHz的输入时钟。在D类模式下,32欧姆、3.3V和20mW输出功率时的总谐波失真为 -72dB(0.025%)。额定电源供应抑制比(PSRR)为-70dB。

当从AB类切换到D类时,耳机驱动器功耗降低达50%。

“WM8985的目标市场和WM8960相同,但在应用上有稍许的不同。在一个复杂的便携式多媒体设备中,充满了噪声。设备中的微处理器时钟、显示驱动时钟、音频时钟、视频时钟等,会到处传播(thrashing around),制造出大量的电磁噪声。而D类放大器技术的一个缺点是会产生较大噪声。业界希望尽量减小D类放大器的噪声,但很难做到足够好的程度,因为很难准确地仿真或预测D类放大器的噪声对设备的影响。这时换个思路,D类方式不行,那如果切换到AB类方式工作,就能解决这个问题。这款芯片能够在D类和AB类之间切换。我们认为这对客户很有价值。只需要简单的对设备编程,设置寄存器的相应位,就可以在两种方式间实时地切换,而不会对声音质量造成影响。”Hayes分析道。

他进一步解释说,这个器件相比WM8960,没有集成扬声器驱动,只有耳机驱动。对于没有整合高音量扬声器的便携产品,如MP3播放器和某些需要高品质回放MP3音乐的多媒体手机,WM8985是理想的选择。这个芯片能理想的实现客户的需求,可以很好地与基带芯片接口。

混音模式应用情景

Hayes还介绍了新芯片具有的一个非常有趣的混音模式,并描述了可能的应用情景。

使用情景1:当用户正在听MP3音乐的时候,语音呼叫被启动,铃声能够被混合和输出到立体声耳机中;一旦接听语音呼叫,接收到的语音信号被混合和传输到立体声耳机中输出,而麦克风的输入通过差分输出被传送到基带。

使用情景2: 当用户正在收听MP3卡拉OK音乐时,用户可以同时演唱,其歌声通过全面混音在耳机中播放。该模式在有语音呼叫时也能被启动,使接听者能够听到音乐和自己的歌声,并且支持全部卡拉OK录音;卡拉OK录音能够采用I2S格式保存,还可以在一个典型的3G应用中通过彩信或电子邮件传送。

Hayes说:“根据需要可以自动和/或手动的方式在AB类和D类间切换。并且很难觉察到音质上的差异。我们在今年的CES和Cebit上试验过,询问使用者更喜欢哪种模式,答案是一半对一半。用户实际使用时,可以很容易的在两种模式间切换,选择自己喜欢的模式。”

偏好分离式音频方案

当问到相比市场上存在的用单个SoC处理所有功能的解决方案,欧胜采用专用的数字信号处理与混合信号处理分离的芯片解决方案有什么优势时,Hayes从以下三方面进行了比较:

1. 单SoC方案设计困难重重,常常导致延误,落后于市场的需求。而专用的分离方案灵活性很高,能快速响应市场的变化,并且数字产品的成本更容易下降。

2. 欧胜认为单SoC方案会导致音质上的损失。而专用的混合信号处理和数字信号处理分离的方式能保持更好的音质。

3. 为了追求产品的差异化和突出自身产品的优势,采用专用的分离方案设计是最好的选择。

Hayes认为,今后这两种解决方式还会共存,具体选择哪一种,要看应用的需求。如果要价格最低,而不考虑音质和功能,就选择单芯片SoC方案;要实现产品的创新,保证高质量的音质和性能,需要专用的分离方案才能够实现。

“设计一个音频产品,听起来似乎很容易,但做好非常困难。我们已经在中国的深圳和上海建立了销售和技术支持办公室。办公室里有实验室,可以提供测试设备,能帮助中国的工程师解决设计中的问题。我们意识到只有好的产品、好的价格和好的支持三者结合才是成功的关键。拥有最好的技术但支持不好,也不会取得成功。”他指出,“中国公司应该具有创新意识,给产品增加高附加值,一味的追求低价格不是长久成功之道。

不过,他也坦言,欧胜现在中国只有几个人,所以还不能全面地对中国的客户进行销售和支持,这对公司是个很大的挑战。

图2:典型的多媒体电话架构

图1:WM8960在一个典型系统中的应用

 
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