便携设备设计大趋势

从纯听音乐的MP3播放器到看得到影像的PMP,再进化到融合成一体的智能型手机与可携式导航机, 这些典型的便携设备堪蔚为近代个人消费电子设计主流。设计的趋势,除了外观尺寸时尚感与轻薄化外,产品设计本身各种性能的不断提升已成为解决方案厂商努力的方向。本文将从音频编译码器、微控制器与FPGA三组件在代表性厂商端的新品力作对本文主题的发展勾勒出大致轮廓。

音频编译码器提升听觉的享受

Audio CODEC音频编译码器在便携设备中扮演转化声音质量的枢钮,从早期单声道,双声道到立体声的演进,当前对噪声质量与功耗的要求也成为音频编译码器厂商研发上的重点。

便携式音频编译码器芯片供货商如Cirrus Logic, Leadis,NXP,OK,TI与ADI等在今年均有新品问世,其中TI(德州仪器)与ADI的新作值得一提。

● TI整合电源管理与双miniDSP音频处理引擎
对便携式平台几乎无所不包的TI,近来新品推陈出新不断,包括DSP与模拟产品均在低功耗成效上展现惊人成绩.该公司新推的高度整合音频编译码器采用整合电源管理与双 miniDSP 音频处理引擎，可帮助设计人员降低整体音频解决方案成本，对手机、便携式导航以及便携式媒体装置的高级音频功能设计上更为容易。

透过TI 的 PurePath Studio 开发工具套件可进一步简化设计复杂性，并加速产品上市时程。此外，该编译码器的 PowerTuneTM 技术使设计人员可透过调节装置达成各个操作模式电源效能的优化，从而延长录放时间。 
TLV320AIC3254 是 TI 首款整合了可高度程序 miniDSP 音频处理引擎的产品，使设计人员在该组件上进行复杂算法的同时，还可释放主要处理器被 MIPS 所占用的效能。透过 TI 这款具有 192 kHz采样率的全新编译码器，客户无需掌握算法专门技术，也不必增加代码开发投资，便可添加最完整的进阶数字信号处理系列功能，提高包括支持 20 频带立体声图形均衡器、多频带动态范围压缩、客制化 FIR 与 IIR滤波，以及3 D处理在内的音频效能。
此外，该产品还采用 PowerTune 技术，在不影响音频质量的同时，便可延长电池使用寿命。该技术可为客户提供高度的灵活性，使他们在任意使用模式下均可达成功耗优化，在超低功耗操作与信号噪音比 (SNR) 之间取得平衡，实现更高的音频质量。例如，专注功耗问题的设计人员可在效能程序化至SNR 为 90 dB 时，透过调节系统使立体声播放功耗低至 2.4 mW。相反地，如果客户希望实现效能最大化，那么可在立体声播放功耗为 5.1 mW 下达成100 dB 的 SNR。为了进一步提高效能，TLV320AIC3254 还支持数字麦克风，以改进系统级噪声抗扰性 (noise immunity)。

● ADI音频编译码器提供业界最佳音效体验及最低功耗
ADI新推出一对用于高性能便携式音频电子产品的编译码器（编码器/译码器）——ADAU1361与ADAU1761，其高效能的功耗处理, 能在不影响音质的情况下延长电池寿命。ADAU1361与ADAU1761 24位音频编译码器非常适用于无线手机、便携式媒体播放器、便携式导航设备、数字相机及其他移动音频与电话应用。ADAU1361具有大于100 dB的信杂比（SNR），而在立体声拨放模式下的功耗不到5 mW。ADAU1761音频编译码器中增加了SigmaDSP数字音频处理器，用于客制化终端用户的音效体验。ADI的SigmaStudio 图形化设计工具易于实现与ADI公司SoundMax算法套件、用户开发的算法和/或第三方音频算法的组成与整合。 

ADAU1361与ADAU1761音频编译码器包括立体声音频ADC（模拟数字转换器）与DAC（数字模拟转换器），支持8 kHz～96 kHz的采样率和数字音量控制。模拟输入级支持立体声线路输入、立体声模拟麦克风接口，以及为麦克风偏置电压供电的电路。模拟输入级还支持新的高性能、低噪声数字麦克风标准。 模拟输出级包括两个差动输出和3个单端输出，允许直接连接立体声耳机、听筒及其他输出装置。为了实现耳机接口，模拟输出级支持交流耦合或“无电容”（capless）配置。

作为完整便携式音频信号链的一部分，ADAU1361与ADAU1761可以与任何模拟麦克风或脉冲密度调变（PDM）数字麦克风进行接口，包括ADI的ADMP401模拟麦克风与ADMP421数字MEMS麦克风。这两款编译码器还能与ADI的立体声以及单声道D类音频放大器进行良好匹配ADAU1361与ADAU1761样品，将在2008年11月量产，均采用5 mm × 5 mm、32引脚QFN封装，且引脚与外形尺寸相容。

微控制器低功耗设计成主流

微控制器的应用广泛, 依照应用复杂度使用的微控制器型态与架构也有所不同,目前8位与32位微控器市场可谓百家争鸣,各具特色.在以便携式产品低功耗为诉求的众多新品中, 今年上半年Silicon Labs (芯科实验室)发表业界最低电压0.9V微控制器的新品尤显得突出.

芯科实验室首款操作电压最低0.9V的微控制器，使便携式产品首次能从一颗电池取得所需电源。C8051F9xx产品线创新的8位架构包含1个高效率直流升压转换器，最多提供65mW电力给内部微控制器和其它组件，协助厂商发展出真正的单电池系统解决方案。C8051F9xx系列特别适合可更换电池的产品，例如无线传感器网络、烟雾警示器、便携式医疗装置、遥控器、计算机外设和便携式音频装置，使它们体积更小和电池使用时间更久，还能透过单电池和双电池模式降低系统总成本。

在许多操作范围从0.9V～3.6V的低耗电应用里，微控制器多数时间都在休眠模式，并会定时唤醒撷取资料。C8051F9xx利用创新的设计技术将典型休眠模式电流减少到50μA以下。这款微控制器可于2μs内从低耗电休眠模式回到CPU处理速度高达25MIPS的正常操作模式，并立即开始测量模拟数字转换器的输出，这能将微控制器执行测量和算法的时间减到最少。为了节省正常操作模式下的电池耗电，C8051F9xx的省电架构能将操作模式电流减少到170μA/MHz。

C8051F9xx产品线不仅拥有高效能和低耗电，还在很小的封装中提供了前所未见的丰富功能。C8051F9xx系列是最先将64kB闪存和4kB RAM内存整合至4mm x 4mm封装的微控制器，提供更多内存给数据记录等常见应用。这个最新的低电压、低耗电微控制器产品线还包含1个10位、300ksps模拟数字转换器 (ADC) 和能够快速唤醒的电压参考；1个SmaRTClock计时模块；以及多种不同的内部振荡器选项，提供一套真正的系统单芯片解决方案。Silicon Labs利用标准低耗电CMOS技术和创新的设计技术实现这种前所未见的功能整合度，协助客户减少外部零件数目和节省用料成本。

超低功耗FPGA切中可携应用需求

在嵌入式应用广泛的FPGA(现场可编程门阵列)过去常因耗电问题登不上可携手持应用台面,但在今天经过FPGA厂商从架构与设计技术上的提升,功耗降至mW已不是梦。以低功耗在FPGA市场打响名声的Actel,日前推出IGLOO和ProASIC3 FPGA的nano版本，功耗降低至2μW，封装尺寸缩减至3mmx3mm，并且扩大其商用温度范围至零度以下，同时提供产品已完成封装且不需要前置时间的交货，此一新组件将以高产量的便携式消费性产品市场为目标。Actel并提供价格低于1美元的50种以上不同款nano FPGA，从而打破了FPGA的价格障碍。 

Actel总裁兼全球执行长John East 表示：“我们开创出一片新的市场区隔，将FPGA带入一个全新的领域。当其他FPGA供货商关注于这个市场的时候，只有Actel拥有独特的能力实时提出针对快速发展中的便携式消费性产品的设计需求。由于这些市场瞬息万变，Actel建立起了策略性的存货，可立即为那些需要大量且具竞争力产品的客户提供合适的产品组合。” Actel还为测试但未封装的晶元业务 (known good die business) 提供支持以便满足便携式应用所需的前置时间和数量的要求，例如智能电话、PDA、个人医疗监控设备、个人导航设备、电子书，以及便携式销售终端 (POS) 工具等。 
nanoPower、nanoSize和nanoTemp IGLOO nano FPGA的功耗低至2μW，闸数范围为1万～25万闸，这些组件支持1.2V～1.5V核心电压和I/O运作、具有总线保持功能的超低功耗Flash*Freeze模式，以及先进的I/O功能如热插入和史密特 (Schmitt trigger) 触发器输入。这些器件还支持1.2V电压刻录，省去了对多种电压电源的需求。 

为了站上产业重要的里程碑，Actel将提供采用3x3mm封装的低功耗IGLOO nano FPGA，这是目前市场上最小的可编程逻辑组件封装。全新的微型封装与其现有的小型4mmx4mm、5mmx5mm、6mmx6mm和8mmx8mm封装相辅相成，使得IGLOO nano FPGA成为功耗敏感度和空间受限的掌上型设备别具吸引力的选择。 Actel还扩大了其产品标准商用环境工作温度的范围，IGLOO nano FPGA提供温度范围为 -20℃～ +70℃，使得大多数便携式应用产品能够在世界各地零度以下的环境操作。

客户还可立即取得测试但未封装的晶元的尺寸和成本利益以及设计整合的优势。 nanoPrice 大量订购时，采用QNG48封装的1万闸A3PN010的起价为0.69美元，测试但未封装晶元的价格为0.49美元。Actel将为高量产的应用产品提供超过50种价格低于1美元的产品。Actel并计划在11月提供低成本的nano入门级套件，价格为49.95美元，它配备有一个采用VQG100封装的IGLOO AGLN250，这款电路板提供多种电压，能够进行快速的原型构建，并可存取到所有的I/O接脚，展示Flash*Freeze模式控制并实现电池供电的运作。