智能手機中的音頻設計

　　以下針對音頻系統中的幾個重要組成進行規劃上的分析：

　　頻率與接口

　　共享通信與應用子系統的內部電路雖然可行，但對于接口來說并非如此，因為不同的音頻應用得在獨立的頻率區域中以自己的頻率來運作。只要情況仍是如此，整合性智能型手機的CODEC就需要同時有PCM接口和獨立的I2S或AC97連結接口。

　　在非移動性的設備(如PC)中，音頻頻率通常由一個石英振蕩器(crystal oscillator)來產生，但在智能型手機的設計中，為了避免額外的耗電、板面空間和頻率芯片的成本，設計者偏向于將Hi-Fi音頻所需的頻率功能從既有的頻率中獨立出來。由于低耗電、低噪音的鎖相回路(PLL)能被以相對較低成本整合到混合訊號芯片當中，所以今日芯片廠商的作法是將一顆或兩顆PLL 整合到他們的智能型手機CODEC中。

　　麥克風

　　在智能型手機中最難的設計議題，往往與麥克風(Mic)有關。一般來說至少有兩個麥克風需要考慮：一是內建的內部麥克風和插入耳機(headset)的外部麥克風。此外，可能還會有用于噪音消除(noise cancellation)或立體聲錄音的額外內部麥克風，以及車用免提功能所需要的另一個外部麥克風。除了講話外，這些麥克風也能透過應用處理器的控制來錄制語音短訊或視頻短片中的音效。

　　若要由音頻CODEC芯片來涵蓋各種切換功能，此芯片的電路需要做好妥善的設計。除了錄音功能，CODEC也應提供側音(side tone)的功能，這樣一來耳機用戶也能聽到自己的聲音。插入偵測功能則能提供無縫的切換功能，也就是當耳機插入或拔出時，系統會自動轉換使用內部或外部的耳機。

　　人聲(acoustic)的噪噪音消除是另一個問題，它需要用到兩個麥克風，一個同時接收講話的聲音和背景噪音，另一個則只接收背景噪音。模擬的作法往往不足夠，因此需要透過數字信號處理來加強，而音頻CODEC需達成兩個麥克風訊號的數字化任務。

　　另一個問題是室外風聲噪印的問題，它的頻率通常低于200Hz，因此透過高通(high-pass)濾波器就能處理掉，但這樣一來，在室內錄音時就少了低頻部分的聲音。對于兩用的麥克風來說，這個過濾器應該是可選用的，但很多的音頻ADC中都已內建了這顆high-pass濾波器，因此，手機廠商應針對需求選擇合用的解決方案。

　　外接耳機

　　手機外接耳機(headset/headphone)的使用也需要特殊的模擬電路，也就是當耳機插入時，音頻輸出信號就能繞徑到耳機上頭。雖然整合機械性開關的插槽(socket)能夠滿足此要求，但它的尺寸過大且昂貴;此外，揚聲器的音量大小可能也不適合這個耳機。為內部與外部音頻提供獨立的音量控制可以解決此問題，而且也能使用較簡單的插槽設計。這一外接耳機是否具有麥克風也需要被偵測出來，這可以通過是否感測到偏流(bias current)來分辨，如果沒有電流流動，那就表示沒有麥克風被插入。智能型手機的音頻CODEC中應加入這一電流傳感器，進而能因應不同情況達成音頻輸入輸出的處理。

　　揚聲器

　　智能電話在先后增加了多音調振鈴、MP3播放及FM廣播等功能后，其播音系統也朝向立體聲揚聲器來發展。在手機揚聲器的設計上，主要的問題是配置架構、功率與耗電性的考慮。若要支持立體聲，手機需要有兩個外部揚聲器，但由于手機體積太小，這兩個揚聲器的位置難以拉開，所以立體聲的效果不易展現，這時就需要采用特殊的3D效果處理。若是要支持免持聽筒的功能，那就需要連結到另一個較大的揚聲器上。為個別揚聲器提供專屬的模擬輸出是最好的方式，但電源管理上必須有相應改變。

　　由于揚聲器功率放大器會用掉大量的供電，當它們不使用時關掉電源是很重要的。智能型手機的音頻CODEC能提供一些電源管理功能，為個別揚聲器的輸出做好開關管理，這樣一來能避免不需要的電源消耗。此外，系統電源管理方案中的電壓穩壓器通常無法為揚聲器提供達到最大音量所需的功率，因此CODEC芯片廠商采用加入芯片內揚聲器的作法，也就是直接通過電池來驅動揚聲器。這樣做雖然不見得能降低耗電，但它也省下了對額外電壓穩壓器的需求。

　　鈴聲

　　近幾年來，手機鈴聲愈來愈復雜，從單純的響鈴，到和弦鈴聲，再到各種聲音都能制作成立體聲的WAV和MP3格式。MIDI已成了和弦鈴聲的標準格式，很多廠商為這一應用推出專屬的低耗電MIDI芯片。要在音頻次系統中整合MIDI芯片，CODEC上需要有額外的模擬輸入。

　　這些額外的輸入對于FM收音機IC的連結也是有用的，能為多媒體應用提供附加功能。MIDI音頻的產生當然也能由音頻CODEC來產生，但現今市場的趨勢是以特殊的鈴聲文件來儲存，并通過現存的Hi-Fi DAC來播放，欠缺MIDI軟件庫的CODEC芯片廠商并不會積極去做這件事情。

　　結語

　　智能型手機的下一步會如何?就Hi-Fi的立體聲來說，儼然已是必備的系統功能，至于I2S與AC97在手機音頻系統上的競爭仍然會繼續下去。有些人喜歡較單純的I2S界面，但也有人更中意低引腳數和很容易可跑不同取樣速率的AC97。以智能型手機來說，目前多數低耗電的處理器對兩種規格都支持，看來兩者還是會并存下去。不過，對于CODEC的廠商來說，要同時支持兩項規格是比較困難的，因為AC97的VRA(variable rate audio)功能需要和I2S不同的頻率架構，也需要多出許多額外的數字電路才能做到。

　　不過，智能型手機還會不會如PC世界一樣，從立體聲走向多聲道的環繞音效格式(Intel的Azalia)呢?在近期內還看不出這樣的可能性，因為今日的多聲道效果雖然很炫，但芯片的成本和耗電性都還太高，這不是手機世界所能接受的。但今日否定的答案，在未來的電子世界仍存在很大的變量，沒有人能說得準的。