智能手机音频系统的整合与设计趋势

在固定系统中，音讯频率通常是由石英振荡器产生。例如，AC’97便指明符合规定的编译码芯片具有一个芯片上的振荡器，其连结至一个外部的24.576MHz(512 × 48kHz)石英，I2S则使用高出数倍的取样速率，通常其取样速率为256。然而，在智能型手机的设计中，考虑到额外的功耗、占板空间及频率石英体的成本，因此设计师多从已出现在板子上的其它频率取得Hi-Fi音讯频率。虽然此额外的频率部分需由锁相回路(PLL)实现，但是此解决方案仍较外加的石英振荡器受到欢迎，因为低功率、低噪声的锁相回路能以极低的价格被整合至混合讯号IC中。相同的情况也适用于其它子系统可能需要的频率，例如支持视讯的MPEG译码器的标准27MHz频率。针对I2S，不同的取样速率需要不同的频率频率，藉由简单地将word clock LPCLK(其频率为取样速率)乘以256或任何其它固定数字，锁相回路能在任何情况中提供正确的频率。因此组件供应者也倾向将一或两个锁相回路整合至他们智能型手机的编译码芯片中。

麦克风

在智能型手机中，许多最困难的设计问题都和麦克风有关。其中通常必需考虑至少两个麦克风：内建(内部)麦克风和做为耳机一部份的外接麦克风。其它更多内部麦克风的存在可能是为了要消除噪声或是立体声录音，而免持式汽车套件则可能会连接外接麦克风。除了电话通话外，这些麦克风也能在应用处理器的控制下被用来录制语音备忘，或甚至是视讯片段的音轨。

为完全避免芯片外的切换，智能型手机编译码芯片必需提供充足的输入，最好是能有可独立调整的增益及弹性的路径，以涵括所有的使用情境。除录音之外，也应提供「侧音」功能。这便为模拟输出增加了一个微弱版本的麦克风讯号，因此使用耳机拨打电话的人可以听见自己的声音。当耳机插入或未连结时，插入侦测可以实现内部至外接麦克风间的无缝切换。

噪声是另一个普遍的考虑。电路的高频和数字部分会产生干扰，此干扰的产生是来自PCB线路带有麦克风讯号所致，且此干扰会由芯片上前置放大器放大。为避免此问题，谨慎的PCB布局是关键重要的因素，差异化的麦克风输入是另一个有效的对策。然而，不同的输入有它们自己的布局需求：两组PCB线路必需以平行或是相邻的方式运作，所以其中一组线路拾起的任何噪声，也会出现在另一组线路中，因此必需在麦克风放大器中加以消除。

降噪是另一个独立的问题，需要两个麦克风解决;一个拾起带有背景噪声的喇叭语音，另一个则仅拾起有背景噪声。若只在模拟电路进行简单的消除，通常无法产生令人满意的结果，这是因为根据噪声发出的方向，这两种噪声讯号的相位和幅度都会有所不同。在此需要进行数字讯号处理。然而，编译码芯片必需藉由数字化这两种麦克风讯号来执行此任务。

另一种噪音发生于在户外使用时，亦即风切噪音，其大部分被限制在200Hz的频率以下，因此能以高通滤波器消除部分的噪音。最简单的解决方案便是在麦克风输入采用较小的耦合电容器。然而，这将让麦克风无法被用在室内的音乐录音，造成没有低音部分。因此针对双用途的麦克风而言，此滤波非必要。附带一提，大部分的音讯模拟数字转换器已具备内建高通滤波器，以消除来自数字讯号的DC偏压。IC业者已针对行动应用将此特性客制化，其方法为让角频(corner frequency)成为一种选择，一些Hz为提供Hi-Fi之用途，另一些介于100Hz和200Hz的频率则是针对支持风切滤波的语音。理所当然地，模拟和数字滤波也能结合以创造更高阶的滤波特性。

头戴式耳机(Headphone)和双耳式耳机(Headset)

处理行动电话的双耳式耳机也需要特别的模拟电路。最显而易见的首要任务便是在双耳式耳机插入时，要重新规划来自单耳耳机或其它扬声器输出讯号的路径。虽然具有整合型机械开关的插口能实现此目的，但是它们通常笨重又昂贵。再者，使用于扬声器的讯号层级可能并不适用于双耳式耳机。针对单耳耳机、扬声器和双耳式耳机提供独立模拟输出，具有独立的音量控制便能解决此问题，并可允许采用较简单的插口。虽然仍需要一个机械式开关，但是只要单柱、单掷型态，一端连至接地接脚的开关就已足够了，所以此插口仅需一个外部接脚。然而，在多媒体电话中，此开关的启动并不一定就是因为双耳式耳机的插入;插在标准尺寸插口中的，可能只是没有包含麦克风在内的头戴式耳机。因此，麦克风的存在与否应分开侦测。对电子式麦克风而言，可以藉由感测麦克风的偏压电流而实现此目的，若没有电流流动，则代表没有麦克风插入。相反地，一个大而不寻常的偏压电流也是很明显的：为避免增加其它的接触至标准头戴式耳机或双耳式耳机插座，在双耳式耳机上用来接收来电的按钮(所谓的钩键开关)通常会让麦克风短路。结果，偏压电流增加，指出此钩键开关已被按压。藉由在芯片上麦克风偏压电路中增加一个电流传感器，智能型手机编译码芯片能侦测这两种情况，并自动针对个别情况采取正确的动作。

扬声器

行动电话中的扬声器数目和输出功率在最近不断膨胀。然而在1990年代，单边耳机才是王道，现代的掀盖式手机配备了内部和外部喇叭，如此无论手机是打开或是合起，都能播放音乐。支持立体铃声需要两个外部扬声器，而普遍的免持功能则在小型单耳耳机之外还需要另一个就行动电话标准而言「大型」扬声器。如同麦克风一般，为每一扬声器提供专属的模拟输出能带来许多芯片外切换(off-chip switching)所没有的好处，由于扬声器放大器会用掉庞大的供应电流，因此在未启动时降低功耗便成为十分重要的事。行动电话编译码芯片提供越来越多的细部电源管理，能个别启动或关掉每一个输出，以避免任何没有必要的电池电力浪费。再者，现有电源管理解决方案中的稳压器通常无法提供驱动扬声器音量全开所需的电流。编译码芯片供应业者已针对此问题提出因应之道，他们设计让芯片上扬声器放大器直接利用电池的电压运作(一般是锂离子电池的4.2V)，而非调整过后的供应电压。一般而言，虽然这种作法并无法节省电力，此扬声器放大器会消耗原本是由稳压器消耗的电力，但是却能除去增加一个稳压器的需求。

铃声