将音频编解码器植入28nm高级移动多媒体芯片系统

　　但是，在28纳米工艺，大多数芯片系统设计都将过渡到1.8伏IO晶体管。将供给电压限制在1.8伏，会对音频输出性能产生根本性的制约。目前，最大输出电压摆幅限制在0.6VRMS，而电源电压3.3伏时摆幅为1.1 VRMS。32欧姆耳机的耳机驱动输出功率限制在11mW。在过去的65纳米和40纳米工艺时代，耳机驱动能够从较高电源电压提供40mW功率。

　　在电源电压为1.8伏的28纳米工艺中采用输出驱动的平衡方法

　　当今市场上的许多设备，包括各种商业化的智能手机和平板电脑，提供给耳机的输出功率不到10mW。这种情况下，对1.8伏电源电压没有输出性能限制。有些芯片系统设计人员在明知有更高电源电压可用的情况下，有意让音频编解码器工作在1.8V，目的是降低总体功耗。

　　对于为达到更好收听体验所要求的40mW而提供更高输出功率的移动多媒体设备，许多都使用外置音频IC，例如，智能手机和平板电脑有拆解报告，你会发现他们使用专用的音频编解码器IC。在这些情况下，使用外置音频IC不再有28纳米工艺电源电压的限制，但代价是使用功率更高、面积更大、成本更高的额外元件。

　　有两种方案都支持耳机直接从芯片系统获得较高的输出功率，并消除外置音频编解码器IC带来的系统成本和复杂度。

　　· 第一个方案就是使用USB接口所需的3.3伏电源电压。绝大多数移动多媒体芯片系统至少有一个USB接口，因此都有3.3伏电源电压。由于电源电压用于高速USB接口，因此可能会限制其支持的电流负荷，以确保USB性能不受影响。

　　·第二种方案是使用电荷泵生成3.3伏电源电压，这需要利用现有的1.8伏电源电压和形成负1.8伏电源电压，如图4所示。由于线路输出和耳机驱动所需电流相对较低，电荷泵的开关可以很小。负电源电压的另一个优点是，输出驱动将在地成为中心，形成真实地（true ground）而不是虚拟地（vitual ground），使音频编解码器输出直接连接其他设备，无需使用大的隔直流电容器。

　　在以上两种方案中，1.8伏的器件需要正确地进行级联，以承受3.3伏电源电压。级联由串联在一起的堆叠晶体管组成，需占用额外的硅芯片面积。不过，如果采用适当的设计技术，如扩散-合并（diffusion-merging）布局技术，可尽量减小增加的面积。

　　图4：true ground输出驱动可提供以ground为中心的输出信号，不需要使用隔直流电容器。

　　深入了解芯片系统之外的系统分区

　　在一些情况下，性能降低可显著削弱系统的整体竞争力，扬声器驱动就是其中之一。典型的扬声器驱动必须将最高500mW的功率传输到8欧姆负荷中。这在3.3伏电源电压工艺能力范围之内。但是，对于1.8伏电源电压的28纳米芯片系统而言，限制在300mW和4欧姆负荷范围内。但是，只有1.8V电压驱动晶体管门，必须大量增加驱动晶体管个数，以支持大电流要求，这会导致硅面积成本高昂难以承受。

　　最理想的情况是，高压工艺可用来产生所需电源。幸运的是，移动多媒体设备都使用电池，有一些电源管理集成电路（PMICs）用来在整个系统中合理分配电压，并监控电池的充电和放电状态。许多这些设备都采用高压模拟工艺制成，完全能够驱动扬声器输出。

　　图5提供了在移动多媒体系统中部署扬声器驱动的四种常用方案。第一个是完全将驱动集成到芯片系统中（图5a）。第二个方案是将整个音频编解码器功能转移到专用的音频集成电路，并在专用音频集成电路和芯片系统之间采用I2S数字接口（图5b）。第三种方案是将所有音频功能集成到芯片系统（但扬声器驱动除外），并使用低成本的专用扬声器驱动（图5c）。第四个方案是将扬声器驱动集成到电源管理集成电路（PMIC）中（图5d）。由于PMIC已经支持高压和大电流，它是放置大功率电路的理想位置。