將音頻編解碼器植入28nm高級移動多媒體芯片系統(tǒng)

　　但是，在28納米工藝，大多數(shù)芯片系統(tǒng)設計都將過渡到1.8伏IO晶體管。將供給電壓限制在1.8伏，會對音頻輸出性能產(chǎn)生根本性的制約。目前，最大輸出電壓擺幅限制在0.6VRMS，而電源電壓3.3伏時擺幅為1.1 VRMS。32歐姆耳機的耳機驅(qū)動輸出功率限制在11mW。在過去的65納米和40納米工藝時代，耳機驅(qū)動能夠從較高電源電壓提供40mW功率。

　　在電源電壓為1.8伏的28納米工藝中采用輸出驅(qū)動的平衡方法

　　當今市場上的許多設備，包括各種商業(yè)化的智能手機和平板電腦，提供給耳機的輸出功率不到10mW。這種情況下，對1.8伏電源電壓沒有輸出性能限制。有些芯片系統(tǒng)設計人員在明知有更高電源電壓可用的情況下，有意讓音頻編解碼器工作在1.8V，目的是降低總體功耗。

　　對于為達到更好收聽體驗所要求的40mW而提供更高輸出功率的移動多媒體設備，許多都使用外置音頻IC，例如，智能手機和平板電腦有拆解報告，你會發(fā)現(xiàn)他們使用專用的音頻編解碼器IC。在這些情況下，使用外置音頻IC不再有28納米工藝電源電壓的限制，但代價是使用功率更高、面積更大、成本更高的額外元件。

　　有兩種方案都支持耳機直接從芯片系統(tǒng)獲得較高的輸出功率，并消除外置音頻編解碼器IC帶來的系統(tǒng)成本和復雜度。

　　· 第一個方案就是使用USB接口所需的3.3伏電源電壓。絕大多數(shù)移動多媒體芯片系統(tǒng)至少有一個USB接口，因此都有3.3伏電源電壓。由于電源電壓用于高速USB接口，因此可能會限制其支持的電流負荷，以確保USB性能不受影響。

　　·第二種方案是使用電荷泵生成3.3伏電源電壓，這需要利用現(xiàn)有的1.8伏電源電壓和形成負1.8伏電源電壓，如圖4所示。由于線路輸出和耳機驅(qū)動所需電流相對較低，電荷泵的開關可以很小。負電源電壓的另一個優(yōu)點是，輸出驅(qū)動將在地成為中心，形成真實地（true ground）而不是虛擬地（vitual ground），使音頻編解碼器輸出直接連接其他設備，無需使用大的隔直流電容器。

　　在以上兩種方案中，1.8伏的器件需要正確地進行級聯(lián)，以承受3.3伏電源電壓。級聯(lián)由串聯(lián)在一起的堆疊晶體管組成，需占用額外的硅芯片面積。不過，如果采用適當?shù)脑O計技術，如擴散-合并（diffusion-merging）布局技術，可盡量減小增加的面積。

　　圖4：true ground輸出驅(qū)動可提供以ground為中心的輸出信號，不需要使用隔直流電容器。

　　深入了解芯片系統(tǒng)之外的系統(tǒng)分區(qū)

　　在一些情況下，性能降低可顯著削弱系統(tǒng)的整體競爭力，揚聲器驅(qū)動就是其中之一。典型的揚聲器驅(qū)動必須將最高500mW的功率傳輸?shù)?歐姆負荷中。這在3.3伏電源電壓工藝能力范圍之內(nèi)。但是，對于1.8伏電源電壓的28納米芯片系統(tǒng)而言，限制在300mW和4歐姆負荷范圍內(nèi)。但是，只有1.8V電壓驅(qū)動晶體管門，必須大量增加驅(qū)動晶體管個數(shù)，以支持大電流要求，這會導致硅面積成本高昂難以承受。

　　最理想的情況是，高壓工藝可用來產(chǎn)生所需電源。幸運的是，移動多媒體設備都使用電池，有一些電源管理集成電路（PMICs）用來在整個系統(tǒng)中合理分配電壓，并監(jiān)控電池的充電和放電狀態(tài)。許多這些設備都采用高壓模擬工藝制成，完全能夠驅(qū)動揚聲器輸出。

　　圖5提供了在移動多媒體系統(tǒng)中部署揚聲器驅(qū)動的四種常用方案。第一個是完全將驅(qū)動集成到芯片系統(tǒng)中（圖5a）。第二個方案是將整個音頻編解碼器功能轉(zhuǎn)移到專用的音頻集成電路，并在專用音頻集成電路和芯片系統(tǒng)之間采用I2S數(shù)字接口（圖5b）。第三種方案是將所有音頻功能集成到芯片系統(tǒng)（但揚聲器驅(qū)動除外），并使用低成本的專用揚聲器驅(qū)動（圖5c）。第四個方案是將揚聲器驅(qū)動集成到電源管理集成電路（PMIC）中（圖5d）。由于PMIC已經(jīng)支持高壓和大電流，它是放置大功率電路的理想位置。