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可攜式消費性電子裝置技術趨勢和未來展望
 

【作者: Robert Hatfield】   2009年03月31日 星期二

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創新是成功的關鍵,而傑出的公司都競相開發功能更強且更複雜的可攜式技術。為此,設計人員必須不斷地提供整合的功能與效能,降低產品成本和尺寸,以及延長電池壽命。


近年來,多媒體功能的需求大量成長,設計者已不再針對基頻處理器強調標準化設計,而將研發目標放在如何讓處理器達到功率最佳化的標準,並且專注於功能的強化。


對於下一代系統架構而言,這出現了一個問題,因為標準設計和功能型設計二者基本上是不同的。過去,他們可以藉由將越來越多的系統功能整合到核心數位晶片之內,以降低產品成本、減少功耗和提高時脈速率,亦即傳統的系統單晶片(SoC)方法。然而,要將混合訊號和電源功能建置到晶片上,其困難度遠高於數位功能整合。


五晶片方案

今天的可攜式消費性電子產品通常由五顆不同功能的晶片所組成,以符合產品的功能需求。例如,任何可攜式產品一般都採用小尺寸CMOS製程(或許是45奈米技術)製造的核心數位處理器;結合高電壓技術的顯示晶片,以連接至LCD;採氣體或矽鍺(SiGe)技術製造的射頻晶片;以及用於建置快閃記憶體的記憶體技術。


最後,將其他所有晶片結合在一起就會成為實體世界的介面晶片(real world silicon interface)晶片。實體世界介面晶片能連接至轉換器(transducer),例如麥克風和喇叭,或者連接電源供應器以供電池充電和供電至核心處理器。這個混合訊號晶片可以是一顆單一的整合晶片,或者也可以是由多顆元件所構成。如果由多顆元件構成,或許將會包括電源供應元件,或者用於驅動耳機或喇叭的ADC和DAC技術。此外,它也可能包括連接麥克風的元件。


Wolfson的產品能在數位和真實類比世界之間搭起一座橋樑,為終端消費者提供動人的聽覺享受,讓客戶的產品具有差異化優勢。消費者對於多媒體效能的期望持續提高,因此製造商必須在使用者介面建立獨特的功能,而音訊正是其中的一部分。


以音訊做為最關鍵的功能

在可攜式多媒體裝置中,音訊是最重要的功能之一,同時也是整個設計最敏感的部份。


在數位電子和類比真實世界之間作業的混合訊號IC,如今的設計越來越複雜,也讓音訊能力大幅提升。這些部分是整體系統中相當複雜的部份,同時也是最耗電的部分。


Enhanced Soundware聲學強化的商機

隨著行動電話基頻處理器、多媒體處理器和音訊編解碼器之間數位音訊傳輸的增加,進而帶動揚聲器的發展機會。


行動電話被用來當成收音機使用的情形越來越多,使用者透過手機的喇叭以便能夠和親友分享音樂,而漸漸地取代了傳統的耳機播放。這樣的使用方式對於手機的小型喇叭而言是一種挑戰,因為小型喇叭原本僅是處理相對簡單的鈴聲和語音通話。


其他例如視訊播放功能,也同樣對喇叭形成類似的挑戰。當使用者在可攜式裝置觀賞電視節目或電影時,其音訊內容的範圍十分寬廣,從安靜無聲和細聲對話到突然湧現的大氣聲和爆炸聲。由於手機喇叭原先並非設計用來處理這些聲音,也讓使用者有著不愉快的使用經驗。


Wolfson透過數位介面和先進心理聲學技術,並以聲音軟體演算法為基礎,以及混合訊號設計能力,為其高效能低功耗音訊產品提供創新的聲音強化和3D音效。


藉由找出與喇叭直接相關的數位強化功能,例如實際驅動喇叭的等化功能和動態範圍控制,以及利用元件之間的數位音訊介面技術,Wolfson相信將能克服現今架構所帶來的多數限制。


未來,Wolfson計畫開發更多產品,為設計者提供工具以協助建立這些新架構。從提供專用的噪音消除晶片以協助行動電話使用者即使是在吵雜的環境之下,仍然能擁有清楚的通話;以及其動態範圍控制晶片組和3D強化演算法,讓使用者在他們的可攜式裝置觀賞電影或播放音樂時,也能從喇叭播放享受絕佳的音質表現。


最有效的使用電力

可攜式裝置的設計工程師除了要設計出更好的音訊播放品質之外,還要面對強大的壓力來開發出電池壽命較長的產品。然而,設計者必須抗拒誘惑,避免為了降低成本而犧牲品質與效能。


Wolfson在過去18個月來推出多款智慧型電源管理晶片,包括整合式多媒體編解碼器和電源管理晶片。同時,Wolfson也開發包括SmartDAC、Class W放大器和SilentSwitch等專屬性的技術,為下一代超低功耗音訊元件建立穩固的基礎。


例如應用Class W技術的低功耗編解碼器,提供低於5mW功率消耗。若搭配一顆不錯的處理器,則具備100小時的播放時間是非常有可能達成的,而這甚至只是現在許多行動電話希望達到的「待機時間」。


Wolfson未來仍計畫繼續開發新的省電技術,並藉由最新的低功耗放大器技術讓設計者掌握優勢。


矽晶麥克風

今天,麥克風被用於眾多的消費性電子產品中。現在的麥克風通常採用電容式麥克風(Electret Condenser Microphone;ECM)技術,但是越來越多已開始採納矽晶技術製造。矽晶麥克風擁有許多優點,例如體積較小、更為強韌以及具備流動焊接能力等,在行動電話和筆記型電腦市場特別顯著,而Wolfson已在這個市場看到一些商機。


隨著人們對於音質、噪音消除和錄音需求的增加,也帶動了複合麥克風的成長。這些需求將需要藉由全新層級的麥克風方案,以提供高傳真音訊且符合成本效益,而這是ECM或現有矽晶麥克風所無法滿足的。為了配合這些新興應用,客戶要求每一個麥克風必須提供已知且可重複的效能,以協助訊號處理。這些先進麥克風也為客戶提供一項額外效益,亦即在組裝和最終產品測試時不需要調節音訊效能,因此可以減少製造成本。


Wolfson推出AudioPlus True Mics擬真麥克風系列的第一批產品,特別提供針對性的效能強化,滿足客戶在立體聲陣列、噪音消除和波束成形(beam forming)應用所要求的更高聲學能力。Wolfson的音訊設計專業結合ASIC、MEMS和封裝技術,讓新產品實現>58dB SNR的效能、高輸入訊號層級下的超低失真、以及超薄型封裝(1mm)。True Mics(擬真麥克風)系列的新產品將陸續推出。


針對問題尋求方案

每一特定領域的設計者都會面臨不同的挑戰。Wolfson廣大的解決方案以及其所具備的混合訊號專業能力,能夠針對每一應用之特殊需求開發所需元件。


Wolfson在2009年將繼續積極推動其AudioPlus策略,開發許多新方案以協助設計者克服多變的挑戰。不論設計者選擇如何建構他們的裝置,Wolfson希望都能提供一個符合他們需求的產品。


Wolfson相信, Pure Sound純淨音質、Smart Power智慧電源、Enhanced Soundware聲學強化和True Mic擬真麥克風技術真正具備差異化優勢,並改善消費者的使用經驗,協助客戶提升他們在市場的競爭力,同時繼續尋求方法為他們的產品提供更多的優勢。


---Wolfson Microelectronics首席產品架構師---


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