1、PHS 手機音頻設計Guo Qing1Agenda:1. PHS手機音頻概述2. PHS手機各平臺音頻部分比較3. PHS手機中的噪音設計一).噪聲理論和分類二).噪聲的電路抑制4. Feature Phone 中的音頻應用5. 音頻器件的選擇2PHS手機音頻概述3PHS手機音頻概述PHS手機音頻電路：語音通話電路：發送接受多媒體音頻電路：Midi 和弦MP3 PlaybackFM Radio 收發Audio CODEC4PHS手機音頻概述與PHS手機音頻電路相關聯的設計：軟件：音頻邏輯控制音頻調節控制音頻編解碼ME：音頻器件布局音腔設計5PHS各平臺音頻電路部分比較 在目前公司PHS手機設計

2、中使用的三個平臺， 對音頻設計提供了不同的支持與配置。 在項目中根據實際需求做相應調整Toshiba TC35607：作為較早開始使用的平臺 ， 音頻通道由BBIC和PMIC共同成。其中BBIC的語音發送，接受，軟和弦鈴聲部分均不包含功放， 都需要配合PMIC中集成的三個音頻功放來提供驅動能力。 對音頻電路的供電也由PMIC中集成的LDO來完成。設計特征：集成度不高， 需要較多分離器件。 沒有提供用于耳機通話的音頻通道， 設計中需要另外搭建。由于芯片本身設計問題， 語音電路較容易受到電源和射頻的干擾。設計中需對Burst Noise做謹慎對策。PMIC中集成的電源性能不佳。LDO雖然標稱有60

3、dB的紋波抑制比，并不能提供很好的噪聲抑制性能。對于有較高噪聲要求的外部電路應盡量選用外部LDO。6PHS各平臺音頻電路部分比較2. Atheros Phoenix IC：單芯片方案， 設計時就力求將能實現的電路模塊都集成在Phoenix IC的內部。芯片內部的音頻路徑如下：7PHS各平臺音頻電路部分比較設計特征：集成度很高， 外部分離器件較少。 同樣沒有提供用于耳機通話的音頻通道， 設計中需要另外搭建。由于芯片本身原因， 在Receiver通路輸出中包含較高的高頻噪聲。需在外部設計音頻低通濾波電路來改善聽覺效果。芯片本身對音頻部分電源處理效果比較理想， 設計時能減少部分麻煩。內核處理能力相對

4、較強， 可軟件實現MP3 Decoder功能。做低端MP3播放手機時有成本優勢。8PHS各平臺音頻電路部分比較3. Mavell UT8860：雙核處理器， 同樣將電源管理和音頻等功能盡可能的集成在內：9PHS各平臺音頻電路部分比較設計特征：集成度較高， 外部分離器件相對較少。 BBIC提供了用于耳機通話的音頻通道，可方便帶耳機功能手機的設計。需要提出的是芯片原本設計的耳機檢測方案并不能穩定工作。原意是通過檢測耳機麥克風偏置電流變化的方法來判斷耳機的存在， 由于該電流變化無法達到預期而不能穩定檢測。 設計時需要搭建相應檢測電路。芯片Receiver 輸出信號驅動能力有限， 較多項目中需要增加外

5、置的音頻功放做推動。10PHS手機中的噪聲設計（）手機音頻電路的設計目標在于真實的還原音源的實際效果， 在實際電路中一些意想不到的噪聲會產生并傳入音頻回路。 以下希望對目前為止PHS手機設計中遇到較多的噪聲做一歸納：Burst Noise：作為TDMA系統的一個共有噪聲問題，在手機通話語音設計中受到普遍關注。PHS手機在通話等工作狀態中，RF PA產生200Hz的突發信號。大功率的信號在空中輻射到音頻回路中，被檢波后以200Hz倍頻的形式存在于音頻回放中，對聽覺產生影響。另外由于系統以200Hz的頻率突發的工作，電流負載的變化使得電源產生同樣頻率的巨大紋波。同樣使音頻電路中混入這種有規律的噪聲

6、信號。11PHS手機中的噪聲設計（）2.Floor Noise：電子系統中都存在的底部噪音問題， 直接體現在手機音頻當中是用戶所能聽到的背景聲音。由于GSM等手機中較普遍的靜噪功能沒有應用到PHS系統中，設計中經常碰到無規律的底部噪音問題。音頻電路的通道中各種器件對電源和地噪聲的抑制有不同的表現， 最終的音頻回放是一個疊加的結果。3.Shot Noise：通話的實際測試結果當中， 經常會遇到一些突發性的噪聲。持續時間較短，能量集中。在已有項目經驗中的8K Noise；接通時的“咔咔”音；耳機接通瞬間的“POP/CLICK”噪音都可歸為這一類噪音。12PHS手機中的噪聲設計（二）事實上， 前節的

7、噪聲分類的目的在于將有關聯性和內在共同點的問題集中。在我們設計中這些問題也是有類似的解決方案，這一節當中希望能將解決的經驗做成條目型的總結。：Burst Noise：前節提到， Burst Noise的引入途徑主要有兩方面：空中和線路間的輻射竄擾；電源紋波的引入。因此在設計當中通常需要針對這兩方面調試和對策。使用差分走線和差分功放器件，在音頻路徑上預留匹配元件，破壞對空中輻射信號的檢波。保證電源的潔凈，貼近音頻的電源和偏置等信號上使用大容值低ESR的電容做去藕。注意布線中音頻鏈路的獨立， 盡量用地線與其他信號隔離。特別注意遠離電源線和時鐘線和大電流的信號線13PHS手機中的噪聲設計（二）2.F

8、loor Noise：以往對于地噪聲的抑制主要仍然從兩方面入手：電源和地的處理：電源的去藕仍然是必要和有效的方法，另外在印刷電路板布局中分開模擬地層和數字地層并保證模擬音頻信號走線遠離數字或功率開關走線，保證音頻地的穩定也被證明是有效的手段。 濾波：在地噪聲中有部分情況是分布在較高的頻段。例如Atheros平臺中Receiver的底噪較多分布在4K Hz以上的部分， 針對這種情況可以在不犧牲通話語音質量的情況下對3.4K Hz以上信號做過濾。 以下是我們在實際設計中利用常用的運放器件，搭建出的一階和二階的濾波電路：14PHS手機中的噪聲設計（二）15PHS手機中的噪聲設計（二）3.Shot N

9、oise：由于短噪聲發生的原因各不相同，因此有不同的解決方案：軟件修改：許多短噪聲的產生和通話中切換和部分模塊的開關有關，因此軟件的方法規避是最為有效的手段。在此不作為討論內容。 使用開關電路：部分短噪聲發生在通話或者聲音播放的建立階段，這種突發噪聲通常可通過在輸出端加入模擬開關電路來規避。在發生短噪聲的階段將模擬開關切換至其他部分，達到規避作用。 使用特殊功放器件：對于普通耳機功放存在的“Pop/Click” 聲，可以通過更換新型的器件來抑制。新型的耳機功放增加抑制“Pop/Click”聲功能，內置了Charge Pump產生副電源因此可避免使用大容量耦合電容。16Feature Phone

10、 中的音頻應用（一）在當前產品強調功能性的前提下，有越來越多的音頻應用成為PHS的特征。 例如公司推出的 UT190，X60，UT668 等產品以 FM Radio 或 MP3播放功能作為產品特征，這些音頻應用的設計也逐漸重要：FM Radio Receiver：目前手機中普遍應用的FM Radio功能是基于單芯片集成方案，這種電子調諧的FM Radio芯片集成了IF選擇和解調應用電路。在我們選用的Rohm公司芯片內部包含以下模塊：FM front end, IF amplifier, FM detector, FM stereo demodulator, and PLL frequency

11、synthesizer.總結UT190的設計調試經驗，有如下信息可做分享：因為這種單芯片方案中，音頻信號只能以模擬形式輸出且不能做幅度調節。設計但中必須在后端接入可做幅度調節的音頻功放或將其編碼數字化后再處理。在FM Radio電臺的反射端，為了提高傳輸信噪比，做了預加重（PreEmphasis）。如果在接收端不作處理聲音效果將有高音區偏重的現象。實際當中可通過在聲音輸出端并接電容的方式做處理由于這種方案中，普遍使用耳機中的地線作為天線。因此耳機地線于手機地層的高頻隔離非常重要。由于前端的敏感性，該芯片對電源要求極高，在電源設計中發現須使用RR值高于70dB的LDO作為模擬的電源供電。芯片的地

12、層必須于系統的地做隔離，建議使用特性較好的鐵氧體磁珠（Ferrite Bead）做隔離。17Feature Phone 中的音頻應用（一）Rohm FM Radio Receiver IC Diagram18Feature Phone 中的音頻應用（二）2.MP3 Player ：在當前的手機設計當中，較普遍的設計方法有兩種：由BBIC完成解碼功能，利用內置或外置的DAC轉換為模擬的MP3聲音信號。優點是成本較低，節省PCB空間；缺點是耗費CPU資源，難以實現后臺播放功能，功耗較大導致播放時間不長。使用專用的音頻或者多媒體處理器，BBIC可以較少的參與。優點是節省CPU資源，軟件代碼量較小，由

13、于硬件解碼功耗較低，播放時間較長；缺點是成本較高，需增加較多器件使PCB面積加大。因為使用BBIC做解碼的方案較簡單且較多用于低端的MP3鈴聲手機中，在這里著重解釋目前多個正在研發當中的項目里使用的音頻協處理器方案。在這種手機方案中， 音頻協處理器作為音頻信號的核心器件，不只是MP3的解碼器，還能播放Midi和一些波表文件。目前我們多個MP3功能的手機中使用的Vimicro的VC0968就是一顆音頻功能非常完善的音頻處理器, 我們設計中主要涉及的是其定義的核心應用-MP3 & Midi Player。19Feature Phone 中的音頻應用（二）在此設計方案中，同樣有一些值得推廣借鑒的經驗

14、：給處理器電源的供電性能也直接關系到音頻信號的質量，除PRCORE_DVDD以外的電源紋波應當盡量控制在300mV（電源電壓的10%）以下；對于1.8V的CORE電源PRCORE_DVDD，一般要求紋波在5%以下。 芯片所集成的立體聲耳機功放有較嚴重的“Pop/Click”噪音問題，需做相應抑制處理。（對策請參考前文說明)芯片集成的鈴聲功放雖然標稱為550mW，實際驅動能力較低。很難達到公司的測試標準，需增加外部功放作為補充。芯片提供的ADC輸入功能已經過驗證，提供了一個比較零活的設計備份。可作為通話語音，FM Radio等信號采集。除PRCORE_DVDD以外的電源紋波應當盡量控制在300m

15、V（電源電壓的10%）以下；對于1.8V的CORE電源PRCORE_DVDD，一般要求紋波在5%以下。 20音頻器件的選擇在每次設計的開始階段，器件的選擇無疑是最基礎和重要的工作之一。在此也希望和大家分享我們在設計階段對各種器件選擇的原則。針對常用的音頻器件下面給出了一些對應的敏感參數：電容額定電壓：在選擇電容的額定電壓時我們一般根據工作電壓預留30以上的余量。實際根據目前市場普遍的產品性能，我們大量使用的MLCC電容可減少這個余量。對于耦合電容的電壓選擇可以使用4V額定的電容，在使用較大容值保證低頻音質的同時使用減小電容尺寸。ESR：等效串聯阻抗。這似乎是電容除容值外最重要的性能參數，較低E

16、SR值電容能更好的實現濾波。改善電源的性能時經常要用到大容值低ESR的電。另外對于供電器件LDO來說，輸出電容的ESR值在一定范圍內也是保證其穩定輸出的必要條件。2.功放： 對于音頻功放來說，由于輸入輸出信號頻率較低的原因，一些帶寬和瞬態響應的參數似乎并不敏感。更多的似乎還是關注與輸出信號質量直接相關的參數：額定功率：這無疑是和不失真的輸出大信號直接相關的參數，但在器件標稱的參數中請以相同負載的阻抗為前提做比較Maximum Output Voltage Swing：最大輸出擺幅，同樣直接相關驅動喇叭能力的大小。較理想的功放是Rail-to-Rail輸出類型的。除PRCORE_DVDD以外的電源紋波應當盡量控制在300mV（電源電壓的10%）以下；對于1.8V的CORE電源PRCORE_DVDD，一般要求紋波在5%以下。 21音頻器件的選擇PSRR：Power Supply Rejection Rate，電源紋波的抑制比，體現器件對供電紋波的抗擾能力。較高的器件能抑制電源帶入的Burst Noise和其他噪聲。THD：Total harmonic di