基于DSP的混合信號解決方案解決高級音頻處理難題

單芯片音頻處理解決方案

圖1展示了由AMI半導體公司開發的經優化的混合信號片上系統音頻處理解決方案的示意圖。這款被稱為BelaSigna 250的芯片提供了一個極好的例子，證明了當前使用最新的混合信號半導體處理技術而可能達到的集成水平。

該設備以將非同尋常的功率效率與高性能有機結合的平行處理架構為基礎，構成了一個完整的音頻解決方案，包括ADC與DAC、濾波器、放大器和電源管理電路。使用一個完全可編程的16位定點雙哈佛架構DSP核心作為其主處理器，意味著BelaSigna 250可以迅速地在軟件中進行配置――利用AMIS或第三方軟件合作伙伴提供的程序庫功能，使這個進程得以加速。

通過納入加權疊加式(WOLA)濾波器組協處理器而引入的平行性，通過在時間域和頻率域之間的一個信號上進行轉換以及其它基于矢量的計算，推動了數字濾波。這個硬件加速功能使得在便攜式設計中所要求的電源效率和空間要求成為可能。

這個平行處理器架構被一個完全立體聲的音頻信號鏈所環繞，包括經由16位過采樣∑-△A/D轉換器的輸入和包括模擬線路輸出以及可以直接驅動擴音器的差分數字功率輸出。音頻鏈杰出的保真度提供了一個88dB的整體系統動態范圍。架構能夠執行雙精度操作意味著這個信號保真度可以在處理期間被維持。通過在WOLA濾波器組協處理器中使用的新時間―頻率轉換算法，實現了極低的系統噪音以及較低的群延遲。

由經過音頻優化的DMA單元，即輸入/輸出處理器(IOP)來管理設備內的信號數據。這個單元管理著從ADC和輸入FIFO得來的數據集合。在處理之后，它還向音頻輸出級和輸出FIFO饋送數字數據。每一個FIFO本身具備兩個內部接口：其一是一個標準順序，當數據到達時，最近輸入塊的地址會發生改變；其二是一個用于時域濾波的“智能”接口，最近的輸入在那里保持不變。

除了接口連接的靈活性之外，可以通過四種一般意義上有所不同的方法來訪問FIFO中的數據：單聲道模式；簡單立體聲模式；數字混合模式；以及完全立體聲模式。這些模式為立體聲數據以及單聲道/立體聲輸入/輸出配置的交叉或分塊存儲提供了多樣的選擇。

通過在一個單獨設備中合并兩個主要的處理單元、硬件加速、數據管理以及輸入/輸出信號調節，設計師可以更快更簡單地集成更大的系統。他們可以顯著地削減組件數量，滿足便攜式裝備中固有的小尺寸要求。加入I2S、PCM、SPI、I2C、TWSS和GPIO的直接接口，以及采用設備的小型形狀因子（64針腳LFBGA包，尺寸僅為7mmx7mm）和處理數據的集成IOP，進一步幫助設計師實現小型化。

此外，BelaSigna 250還加入了許多額外功能，有助于降低功耗。該設備具有低功耗設計。例如，系統在平均負載下以1.8V的供電電壓和20MHz的時鐘頻率工作，通常將消耗不到5mA的電量。為了額外節能，每一個輸入通道都可以通過軟件關斷，同時，僅需0.05mA電流供應的低電流待機模式延長了電池壽命。