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可携式消费性电子装置技术趋势和未来展望
 

【作者: Robert Hatfield】2009年03月31日 星期二

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创新是成功的关键,而杰出的公司都竞相开发功能更强且更复杂的可携式技术。为此,设计人员必须不断地提供整合的功能与效能,降低产品成本和尺寸,以及延长电池寿命。


近年来,多媒体功能的需求大量成长,设计者已不再针对基频处理器强调标准化设计,而将研发目标放在如何让处理器达到功率优化的标准,并且专注于功能的强化。


对于下一代系统架构而言,这出现了一个问题,因为标准设计和功能型设计二者基本上是不同的。过去,他们可以藉由将越来越多的系统功能整合到核心数字芯片之内,以降低产品成本、减少功耗和提高时钟速率,亦即传统的系统单芯片(SoC)方法。然而,要将混合讯号和电源功能建置到芯片上,其困难度远高于数字功能整合。


五芯片方案

今天的可携式消费性电子产品通常由五颗不同功能的芯片所组成,以符合产品的功能需求。例如,任何可携式产品一般都采用小尺寸CMOS制程(或许是45奈米技术)制造的核心数字处理器;结合高电压技术的显示芯片,以连接至LCD;采气体或硅锗(SiGe)技术制造的射频芯片;以及用于建置闪存的内存技术。


最后,将其他所有芯片结合在一起就会成为实体世界的接口芯片(real world silicon interface)芯片。实体世界接口芯片能连接至转换器(transducer),例如麦克风和喇叭,或者连接电源供应器以供电池充电和供电至核心处理器。这个混合讯号芯片可以是一颗单一的整合芯片,或者也可以是由多颗组件所构成。如果由多颗组件构成,或许将会包括电源供应组件,或者用于驱动耳机或喇叭的ADC和DAC技术。此外,它也可能包括连接麦克风的组件。


Wolfson的产品能在数字和真实模拟世界之间搭起一座桥梁,为终端消费者提供动人的听觉享受,让客户的产品具有差异化优势。消费者对于多媒体效能的期望持续提高,因此制造商必须在用户接口建立独特的功能,而音频正是其中的一部分。


以音频做为最关键的功能

在可携式多媒体装置中,音频是最重要的功能之一,同时也是整个设计最敏感的部份。


在数字电子和模拟真实世界之间作业的混合讯号IC,如今的设计越来越复杂,也让音频能力大幅提升。这些部分是整体系统中相当复杂的部份,同时也是最耗电的部分。


Enhanced Soundware声学强化的商机

随着移动电话基频处理器、多媒体处理器和音频编译码器之间数字音频传输的增加,进而带动扬声器的发展机会。


移动电话被用来当成收音机使用的情形越来越多,用户透过手机的喇叭以便能够和亲友分享音乐,而渐渐地取代了传统的耳机播放。这样的使用方式对于手机的小型喇叭而言是一种挑战,因为小型喇叭原本仅是处理相对简单的铃声和语音通话。


其他例如视讯播放功能,也同样对喇叭形成类似的挑战。当用户在便携设备观赏电视节目或电影时,其音频内容的范围十分宽广,从安静无声和细声对话到突然涌现的大气声和爆炸声。由于手机喇叭原先并非设计用来处理这些声音,也让用户有着不愉快的使用经验。


Wolfson透过数字接口和先进心理声学技术,并以声音软件算法为基础,以及混合讯号设计能力,为其高效能低功耗音频产品提供创新的声音强化和3D音效。


藉由找出与喇叭直接相关的数字强化功能,例如实际驱动喇叭的等化功能和动态范围控制,以及利用组件之间的数字音频接口技术,Wolfson相信将能克服现今架构所带来的多数限制。


未来,Wolfson计划开发更多产品,为设计者提供工具以协助建立这些新架构。从提供专用的噪音消除芯片以协助移动电话用户即使是在吵杂的环境之下,仍然能拥有清楚的通话;以及其动态范围控制芯片组和3D强化算法,让用户在他们的便携设备观赏电影或播放音乐时,也能从喇叭播放享受绝佳的音质表现。


最有效的使用电力

便携设备的设计工程师除了要设计出更好的音频播放质量之外,还要面对强大的压力来开发出电池寿命较长的产品。然而,设计者必须抗拒诱惑,避免为了降低成本而牺牲质量与效能。


Wolfson在过去18个月来推出多款智能型电源管理芯片,包括整合式多媒体编译码器和电源管理芯片。同时,Wolfson也开发包括SmartDAC、Class W放大器和SilentSwitch等专属性的技术,为下一代超低功耗音频组件建立稳固的基础。


例如应用Class W技术的低功耗编译码器,提供低于5mW功率消耗。若搭配一颗不错的处理器,则具备100小时的播放时间是非常有可能达成的,而这甚至只是现在许多移动电话希望达到的「待机时间」。


Wolfson未来仍计划继续开发新的省电技术,并藉由最新的低功耗放大器技术让设计者掌握优势。


硅晶麦克风

今天,麦克风被用于众多的消费性电子产品中。现在的麦克风通常采用电容式麦克风(Electret Condenser Microphone;ECM)技术,但是越来越多已开始采纳硅晶技术制造。硅晶麦克风拥有许多优点,例如体积较小、更为强韧以及具备流动焊接能力等,在移动电话和笔记本电脑市场特别显著,而Wolfson已在这个市场看到一些商机。


随着人们对于音质、噪音消除和录音需求的增加,也带动了复合麦克风的成长。这些需求将需要藉由全新层级的麦克风方案,以提供高传真音频且符合成本效益,而这是ECM或现有硅晶麦克风所无法满足的。为了配合这些新兴应用,客户要求每一个麦克风必须提供已知且可重复的效能,以协助讯号处理。这些先进麦克风也为客户提供一项额外效益,亦即在组装和最终产品测试时不需要调节音频效能,因此可以减少制造成本。


Wolfson推出AudioPlus True Mics拟真麦克风系列的第一批产品,特别提供针对性的效能强化,满足客户在立体声数组、噪音消除和波束成形(beam forming)应用所要求的更高声学能力。Wolfson的音频设计专业结合ASIC、MEMS和封装技术,让新产品实现>58dB SNR的效能、高输入讯号层级下的超低失真、以及超薄型封装(1mm)。True Mics(拟真麦克风)系列的新产品将陆续推出。


针对问题寻求方案

每一特定领域的设计者都会面临不同的挑战。Wolfson广大的解决方案以及其所具备的混合讯号专业能力,能够针对每一应用之特殊需求开发所需组件。


Wolfson在2009年将继续积极推动其AudioPlus策略,开发许多新方案以协助设计者克服多变的挑战。不论设计者选择如何建构他们的装置,Wolfson希望都能提供一个符合他们需求的产品。


Wolfson相信, Pure Sound纯净音质、Smart Power智能电源、Enhanced Soundware声学强化和True Mic拟真麦克风技术真正具备差异化优势,并改善消费者的使用经验,协助客户提升他们在市场的竞争力,同时继续寻求方法为他们的产品提供更多的优势。


---Wolfson Microelectronics首席产品架构师---


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