整個行業(yè)正在進(jìn)行的持續(xù)和廣泛的數(shù)字化生動地表明，我們現(xiàn)在以越來越二元的方式代表世界。不難理解為什么；二進(jìn)制是我們?yōu)樘幚頂?shù)據(jù)而設(shè)計的最有效的格式，它現(xiàn)在是所有技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)。

對數(shù)字的關(guān)注讓人很容易忘記模擬也只是表示信息的另一種方式。這個詞本身實際上只是意味著“可比”。模擬信號中沒有量化的感覺往往會被模擬信號“感覺”像真實事物的事實所掩蓋。雖然它存在，但它是一個技術(shù)不斷進(jìn)步的領(lǐng)域。

然而，只要以原始格式存儲、傳輸或以其他方式表示聲音、景象、氣味和紋理等事物仍然不切實際，我們將繼續(xù)依靠傳感器將現(xiàn)實世界的信息轉(zhuǎn)化為我們可以使用的數(shù)據(jù)形式與，無論是模擬還是數(shù)字。

模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ADC、DAC）無處不在的特性清楚地提醒我們，我們必須在這兩個領(lǐng)域之間移動。轉(zhuǎn)換有多種形式，可用的 ADC 和 DAC 架構(gòu)種類繁多，反映了基于特定應(yīng)用需求的轉(zhuǎn)換對精度、可重復(fù)性和穩(wěn)定性的不同需求。在為給定應(yīng)用篩選轉(zhuǎn)換器時，這可能會給工程設(shè)計團隊帶來挑戰(zhàn)。

圖 1：ADC 電路符號

可能較少混淆的一個領(lǐng)域是語音數(shù)據(jù)的處理。一般而言，處理音頻和視頻數(shù)據(jù)涉及使用 CoDec 或 Coder-Decoder；一類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，針對在模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)上運行的應(yīng)用程序進(jìn)行了優(yōu)化，這些數(shù)據(jù)包含與音頻和視頻相關(guān)的信號，包括語音。

轉(zhuǎn)向多媒體

任何類型的轉(zhuǎn)換器都會引入量化元素，因為它本質(zhì)上是在解釋——而不是忠實地復(fù)制——信息從一種形式到另一種形式。通常，換能器的主要輸出本質(zhì)上是電的，呈現(xiàn)出可測量的電阻、電容或磁阻變化。出于這個原因，換能器也是一種濾波器，因為它忽略了一些輸入電平而有利于其他輸入電平。由于音頻和視頻信息的形狀在帶寬和頻率方面可能會有很大差異，因此編解碼器的設(shè)計重點是關(guān)注原始信號的特性。

電話是編解碼器的成熟應(yīng)用領(lǐng)域，因為它們在麥克風(fēng)和揚聲器之間提供模擬/數(shù)字接口。然而，最近，半導(dǎo)體制造商專注于開發(fā)和推進(jìn)多媒體信號編解碼器，而不是純粹的語音。智能手機和平板電腦的出現(xiàn)在編解碼器方面引起了業(yè)界的關(guān)注，這并不奇怪，因為它代表了一個與純語音市場相比具有潛在巨大容量的應(yīng)用領(lǐng)域。與電話等傳統(tǒng)語音設(shè)備不同，便攜式消費設(shè)備中使用的編解碼器通常需要處理多種類型的數(shù)據(jù)。便攜式多媒體應(yīng)用領(lǐng)域的吸引力意味著近年來對更傳統(tǒng)語音編解碼器的投資有所減少。這使得 OEM 在開發(fā)面向語音的產(chǎn)品時別無選擇。使用多媒體編解碼器或基于可能已有十年或更長時間的語音編解碼器的新產(chǎn)品。

這未能認(rèn)識到新興應(yīng)用對純語音產(chǎn)品的需求，例如移動無線電、有線電話、語音控制設(shè)備或公共/私人對講機。它還抑制了這些設(shè)備的制造商利用現(xiàn)代傳感器的優(yōu)勢的潛力，這最終將實現(xiàn)更小、更低功耗和更高性能的解決方案。

配置文件中的語音編解碼器

現(xiàn)有的語音編解碼器可能會被設(shè)計為與傳統(tǒng)的駐極體麥克風(fēng)接口。這些會產(chǎn)生一個小的模擬信號，需要在到達(dá)編解碼器之前進(jìn)行預(yù)放大。現(xiàn)有的語音編解碼器可能無法集成數(shù)字化語音數(shù)據(jù)所需的必要 ADC 和 DAC，這意味著需要更多外部組件。此外，編解碼器可能不包括輸出功率放大器，這又意味著額外的電路。最后，編解碼器很可能使用傳統(tǒng)工藝節(jié)點制造，這表明超低功耗不是一個特性?？傊?，這些缺點使現(xiàn)有的解決方案不適合現(xiàn)代應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序需要一種小型、低成本但高度集成的語音編解碼器，并在低功耗的同時提供高性能。

然而，除了影響編解碼器的發(fā)展外，便攜式多媒體設(shè)備的興起也促進(jìn)了基于微機電系統(tǒng)或 MEMS 的傳感器的巨大發(fā)展。最著名的 MEMS 傳感器是加速度計和陀螺儀；允許便攜式和可穿戴設(shè)備識別其方向和其他運動的傳感器。由于它們基于相同的技術(shù)，MEMS 麥克風(fēng)比傳統(tǒng)麥克風(fēng)更小，功耗更低，同時提供更高的整體性能和更多功能的集成。這消除了對大量外部電路的需求，同時為能夠充分利用這一技術(shù)發(fā)展的編解碼器創(chuàng)造了機會。

近年來技術(shù)真正發(fā)展的另一個領(lǐng)域是 D 類放大器。本質(zhì)上，這是一個在數(shù)字領(lǐng)域工作的模擬放大器，它的名字呼應(yīng)了其他形式的放大（如A類、AB類）。D 類放大器是 MEMS 技術(shù)的完美補充，但直到最近還比較復(fù)雜，因此難以實施。然而，D 類放大器提供的效率提升鼓勵了業(yè)界追求這一領(lǐng)域，我們現(xiàn)在正處于 D 類放大器成為主流的地步。

新一代語音編解碼器

面對對適用于最新應(yīng)用的專用語音編解碼器日益增長的需求，為了解決投資不足的問題，CML Microcircuits 開發(fā)了 CMX655 系列。

專為支持針對標(biāo)準(zhǔn)電話和高清語音的語音應(yīng)用而設(shè)計，它們集成了許多高級功能，包括直接連接模擬和數(shù)字 MEMS 麥克風(fēng)的能力。這使得 CMX655 系列在功能和功率效率方面都比通用多媒體編解碼器和現(xiàn)有語音編解碼器更優(yōu)化。CMX655 系列提供了比現(xiàn)有語音編解碼器更高的音頻質(zhì)量和更簡單的系統(tǒng)設(shè)計，這要歸功于它對 MEMS 麥克風(fēng)的支持和 D 類輸出放大器的集成，它能夠為揚聲器提供高達(dá) 1W 的功率。

圖 2 中的框圖顯示了 CMX655D 的數(shù)字變體，說明了主要功能，包括數(shù)字麥克風(fēng)接口、D 類放大器和音頻信號處理塊。該器件可以同時連接兩個數(shù)字 MEMS 麥克風(fēng)，實現(xiàn)降噪等高級功能。

圖 2：CMX655D 框圖

通常，MEMS 麥克風(fēng)提供符合脈沖密度調(diào)制 （PDM） 或 IC 間聲音 （I2S） 協(xié)議的串行輸出，這兩種協(xié)議都使用單個數(shù)字信號對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，并與時鐘同步。 兩種協(xié)議本質(zhì)上都可以支持同一總線上的多個麥克風(fēng)信號，這反映在 CMX655D 的設(shè)計中，它能夠同時處理兩個獨立但完全同步的麥克風(fēng)信號。

在數(shù)字輸出 MEMS 麥克風(fēng)中，初始轉(zhuǎn)換發(fā)生在設(shè)備內(nèi)部，通常將前置放大與 PDM 調(diào)制相結(jié)合。輸出隨后由編解碼器處理，編解碼器首先將 PDM 比特流轉(zhuǎn)換為幀數(shù)據(jù)。這涉及使用抽取濾波器從高頻 PDM 信號中恢復(fù)低頻數(shù)據(jù)。雖然這可以使用 DSP 來執(zhí)行，但所涉及的軟件算法可能很復(fù)雜，DSP 的成本相對較高并且總體功耗相當(dāng)大。將此功能作為硬件模塊集成到編解碼器中，有助于簡化設(shè)計、降低系統(tǒng)功耗并降低 BoM 成本。例如，CMX655D 在偵聽模式下僅消耗 300μA，這一功能在系統(tǒng)偵聽事件的現(xiàn)代應(yīng)用中越來越普遍，例如數(shù)字助理中的喚醒詞，或安全系統(tǒng)中玻璃破碎的聲音。在這些應(yīng)用中，超低功耗運行是一個重要特性。

CMX655D 提供的集成水平意味著 OEM 現(xiàn)在可以開發(fā)具有更簡單信號鏈的產(chǎn)品，因為所需的大部分功能都集成到單個設(shè)備中。它同時支持傳統(tǒng)電話（300Hz 至 3.4kHz）和高清語音（50Hz 至 7kHz）的帶寬，這將支持提供高清質(zhì)量語音的新一波設(shè)備。這包括電話、PMR（私人移動無線電）和公共/私人對講系統(tǒng)。其低功耗證書也使其適用于需要保持“始終在線”的安全和火災(zāi)報警系統(tǒng)、語音控制消費設(shè)備和可穿戴應(yīng)用。這就是與現(xiàn)有語音/多媒體編解碼器相比，CMX655D 的超低功耗將成為真正區(qū)別的地方。

結(jié)論

一段時間以來，半導(dǎo)體行業(yè)對語音編解碼器的服務(wù)嚴(yán)重不足，這讓 OEM 廠商別無選擇，只能使用更復(fù)雜、更昂貴的多媒體編解碼器（一種無法支持最新 MEMS 技術(shù)的語音編解碼器），或者實現(xiàn)信號處理在軟件中。

審核編輯：郭婷