在今日競爭激烈的電子市場中，手機已從簡單的通訊工具提升為展現個人生活風格的配件，手機的設計也邁向差異化的設計，目前市場許多業者試圖滿足特定族群的需求，生產高度聚焦的新機種，以求在眾多競爭產品中脫穎而出。遊戲手機便是實例之一，遊戲手機以提供玩家良好體驗的特性為優先考量；MPEG4視訊和攝影機手機則以提供流暢的影像擷取與音訊播放功能為目標，以利使用者進行視訊和音訊分享。正在聽音樂的使用者在和朋友通電話時，可能會同時想與朋友分享音樂內容，這樣的需求就創造出另一種不同的使用情境。
當消費者期待能同時在手機進行不同功能時，不斷進展的手機技術與整合趨勢試圖克服這些挑戰。就音訊行動裝置而言，專業的類比設計是關鍵所在，類比設計必須在電力、體積和成本的現有框架下提供高傳真音質，而這也是所有行動市場的特性。整合者將需要遠超過現有編解碼器(CODEC)提供的強大效能和功能，針對下一世代音樂手機的媒體播放效能與串流音訊進行最佳化，本文將探索這些新架構背後的驅動力。
新一代音訊增加多媒體功能支援
現今整合型基頻晶片組已進展至2G/2.5G網路中，以頗具成本效益的方式提供基本的語音通話。混合訊號語音CODEC提供類比前端低功率數位訊號處理器(DSP)，此DSP執行通道編碼、壓縮與解壓縮演算法，以降低無線介面的數據傳輸速率。基本上，網路容量和語音通道效能之間的平衡便支配CODEC的功能性(取樣速率、頻寬)，並實施適用的蜂巢型認證標準。雖然可以藉由組接(Bolt-on)整合立體音訊數位類比轉換器(DAC)以增加音訊功能，但相較於獨立型音訊CODEC的效能，整合方式所造成的限制常常會導致訊噪比降低達10dB之多。
隨著消費者更加注重高數據頻寬3G/3.5G網路所支援的多元化多媒體應用，以及更大的無線頻寬範圍，手機整合者需要功能更強的CODEC以支援真正的行動高傳真音質產品。由於手機的便利性及可攜性，當消費者往返於住家、辦公室和汽車不同空間時，未來手機將被期待扮演行動多媒體中樞角色，而能滿足這些新興需求的最佳架構將是開啟此一數位革命的混合訊號架構。
舉例而言，適用於音樂手機應用的CODEC通常會混合許多一般在軟體上執行的特性，如強化3D環繞音響功能、多頻道等化器、自動水平控制及低音加強等。
半導體業者推出的立體音訊CODEC能在24位元高階超取樣類比數位轉換器(ADC)和高傳真DAC實現此功能集，此外還能提供數位應用濾波功能，如風聲噪音和可程式陷波濾波器(Notch Filter)(圖1)。藉由在專屬的硬體上進行這類處理程序，此最佳化的CODEC將能讓手機整合設計人員減少多媒體處理器的負擔，並進一步節省成本、記憶體和電力。
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| 圖1 歐勝微電子WM8983立體音訊編解碼器 |
藉由將合成內容如鈴聲、樂器數位介面(MIDI)音樂和各種取樣速率的音訊和語音混合，彈性的數位和類比介面能增加更多功能，以便因應不同使用情境下的技術要求。使用者可以在眾多的使用情境下運用手機支援不同功能，諸如在使用手機通話的同時聆聽MP3或FM收音機，以及在通話的同時間內進行語音播放等。
手機增加的功能也成為吸引音樂手機使用者的利器，例如現今也可在手機進行卡拉OK，針對耳機播放和錄音提供完整的混合功能，以便滿足台灣與日本愛好卡拉OK者透過多媒體簡訊服務(MMS)或者電子郵件分享卡拉OK檔案。
透過採用應用軟體而非基頻，現今行動CODEC能提供功能性極強、以音訊為主的解決方案，並具有世界級的功耗水準及超小體積。彈性的介面能與各種基頻架構順利地整合，如已問世之產品支援脈衝編碼調變(PCM)/I2S雙介面；或提供AC 97/PCM和觸控支援(圖2)。雙介面能讓使用者的應用軟體(如遊戲和MP3播放軟體)在基頻較少介入情況下運作，或是為周邊設備提供額外的介面。
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| 圖2 已問世之雙編解碼器 |
CODEC整合電源管理方案受矚目
雖然音訊CODEC訊號處理所耗費的電力日趨減少，但目前市場上卻需要更大聲及更有力的揚聲系統。在不降低揚聲器阻抗的情況下，更高的供應電壓和更具能源效率的揚聲器拓撲將是大勢所趨，如此才能在兩次充電之間保持可接受的電池運作時間。行動電視和視訊短片便是需要更佳揚聲器功能的新興應用範例。
藉由共同整合電源管理功能，如穩壓器，CODEC內的直接電池電壓功能將能發揮頗大用處。但是目前仍有一些挑戰要克服。
整合方案設計舉足輕重
一般而言，混合訊號和電源管理電路都是將電晶體用作類比元件，而非數位開關，因此，這兩種方法都著重於最佳化效能數據，以求在不妥協的情況下實現整合，如穩壓器和混合訊號音訊電路便是以相當高的電壓與電流運作，以驅動迷你型揚聲器。
就設計方式而言，混合訊號和電源管理電路也有許多共通處，兩者都需要基於個別電晶體的精確數學模型之細部類比模擬，如特別為積體電路模擬的程式(SPICE)。
針對某些會造成使用者視覺和聽覺差異化的產品特性，如雜訊、諧波失真及電源效率，若透過模擬很難預測。類比IC設計人員會將此列入考量範圍，並會隨時人工微調晶片上電路元素的布局；再者就終端產品的效能而言，外部元件和印刷電路板規畫的影響力和晶片本身通常是不相上下，因此系統層級的方法不可或缺。
然而，將混合訊號和電源管理結合在一起會引發一些新問題。現今可攜式裝置的電源效率僅能透過靈敏地使用交換式電源供應器才能達成，然而交換式電源供應器一般會產生交換雜訊。將音訊或視訊功能放在同一晶片上會創造出許多耦合路徑，降低原本預期的效能，並影響終端使用者聆聽或觀賞的經驗。幸運的是，混合訊號設計人員已經發展出許多可以處理此問題的技術，其IC中也總是會包含許多數位電路，這些數位電路也會引發交換雜訊。混合訊號設計人員所發展出的保護敏感類比訊號方法，也能用來處理大量的雜訊；另一方面，電源管理設計人員則更專精於將產生於板級的雜訊/電磁干擾(EMI)降至最低。
讓混合訊號設計人員掌控電源供應，對於系統層級的設計也有許多優點。現今困擾混合訊號電路的一些常見效能問題，和電源供應的品質和穩定度皆有直接的關聯，如藉由讓電源供應的交換發生在一些特定頻率上，在這些頻率上，混合訊號功能最不易受到干擾，而能解決交換雜訊的問題。緊密的結合電源管理和音訊功能讓電源供應遇到系統功耗突然增加時，反應更快，甚至可以靈敏到預先感應到功耗的變動。這種電力突波通常是由音訊訊號中的音量尖峰所造成的，特別是當透過揚聲器播放時，最容易產生電力突波。縮短電源供應的反應時間能將儲存龐大備用電力的消耗降低，並省下昂貴的電容器，轉而採用較小、較輕且較便宜的電容器。
混合訊號設計師在設計整合混合訊號音訊與管理電源晶片時，熟練的人工操作、傾聽音訊效能的能力和充分利用電路(儘管只是矽晶片雛型)的功力，能不犧牲音訊效能，以達到最佳可能音質的豐富經驗，對於整體行業而言是無價的寶藏。
在這一個邁向數位化的世界中，整合電源管理的多功能混合訊號音訊晶片已成為新興多媒體手機的選擇架構之一，因為截至目前，在標準導向的基頻產品中，更高程度的混合訊號整合仍是在犧牲音訊功能的情況下才能達到。
(本文作者任職於歐勝)