Мало свободного пространства? Значит нужно интегрировать аудио-кодек

У нас в гостях обозреватель, доктор Джесс Браун, менеджер по управлению электропитанием в компании Wolfson Microelectronics, считающий, что объем пространства и конечные размеры важны не только в астрономии, но и в персональных электронных устройствах.

За прошедшие годы интерес к уменьшению размеров устройств потребительской электроники, при этом с увеличивающимся набором возможностей для конечного пользователя, привел к интеграции функциональных блоков в электронной начинке таких устройств. Однако, уменьшение размеров не должно сказываться на производительности, которая как раз имеет тенденцию постоянно расти, поэтому производители полупроводниковых устройств стараются соответствовать таким сложным требованиям.

Стремление к уменьшенному форм-фактору в паре с требованиями большей мощности четко прослеживается в потребительской мультимедийной электронике. Такие устройства наделяют все более продвинутыми функциями для того, чтобы выделиться между другими производителями в мире высокой конкуренции.

Несколько лет назад, портативный медиа-плеер должен был уметь лишь воспроизводить звук и, быть может, несколько форматов видео. Сейчас такие устройства аналогичном форм-факторе своих предков могут воспроизводить звук, видео, хранить и отображать фотографии, осуществлять подключение к Интернету, иметь на борту WiFi, обладать более длительным временем непрерывного воспроизведения, иметь обычные или сенсорные экраны с разрешением HD, а также нести на борту большие объёмы памяти.

Это означает, что внутренняя электронная начинка должна стать меньше и при этом иметь гораздо больше интегрированного в микросхемы функционала.

С целью решения таких задач Wolfson разработали 3 семейства микросхем с управляемым энергопотреблением (PMIC), оптимизированных под различные нужды. Первое семейство на базе PMIC интегрирует аудио-кодек.

В данном случае, специальный смешанный сигнал используется для того, чтобы соответствовать требованиям по звуку и по питанию. Это позволяет разрабатывать линейки высокоинтегрированных устройств мультимедийной потребительской электроники, поддерживающих не только растущие запросы по звуку, но и по потреблению электропитания.

Пример типового решения представлен на Рисунке 1. Мы видим, что интегрированное устройство предоставляет поддержку питания для мультимедийного устройства, а также стерео аудио-кодек. Здесь мы можем говорить о ценовой эффективности и малом занимаемом устройством объеме пространства.

Совмещение схем управления питания и микросхемы смешанных аналоговых сигналов имеет несколько преимуществ, включая уменьшение итоговых размеров устройства и стоимости, а также меньшее количество компонентов в спецификации материалов.

/ Типичный пример решения мультимедийной системы

Помимо этих преимуществ, интеграция позволяет производителю микросхем взять под полный контроль взаимодействие между внутренними функциональными блоками. Проектировщик имеет возможность настраивать внутренние модули для их наиболее удачного способа совместной работы. При интегрированном со звуковыми функциями управлении питанием, есть возможность быстро менять его параметры, при резко возрастающих потреблениях устройства, а это означает улучшенные возможности регулирования.

Уменьшенное время реакции модуля питания исключает использование больших внешних конденсаторов, следовательно могут быть задействованы меньшие по размерам и стоимости. В добавок, при внутреннем обеспечении питанием аудио-компонентов, производители микросхем могут быть уверены в отсутствии наводок шума на звуковые тракты.

Несколько нужных функциональных блоков интегрируются у типичных мультимедийных устройств с аудио-кодеками для предоставления всех необходимых возможностей записи и воспроизведения высококачественного стереозвука: программируемые, встроенные в чип усилители, позволяющие подключать напрямую микрофон и наушники без лишних внешних компонентов; система заряда батарей, поддерживающая как непрерывную, так и быструю (постоянным током или постоянным напряжением) зарядку одно-ячеистых литиевых батарей. Система управления питания имеет до 4-ёх понижающих преобразователей, 2-х повышающих преобразователей и 4-ёх регуляторов напряжения (LDO).

Впрочем, требования и ожидания потребителей приводят к появлению устройств, требующих больше мощности и каналов напряжения для поддержки дополнительных схем. Такие требования идут вразрез с интегрированными решениями PMIC.

В таких случаях, имеет смысл разделение функций управления питания и обработки звука. Это позволяет производителю выделить свое решение, изменив характеристики звука, но оставив прежнее решение управления питания. Он сможет быстро разработать ряд многоуровневых устройств, в конкретном сегменте рынка, с другими ценовыми ориентирами. Производство аудио-устройств в так называемых корпусах с размерами кристалла (CSP) дает гарантии того, что проигрыша в размерах не возникнет при выносе аудио-тракта из микросхемы PMIC. Такие типы устройств учтены во втором семействе микросхем PMIC от Wolfson - WM831x, в которых есть 4 преобразователя DC/DC и 11 регуляторов LDO и схема заряда батарей.

Третье семейство устройств нацелено на применение там, где критична производительность процессора и, следовательно, необходимы мощные преобразователи DC/DC, которые обеспечат работу без изменения функциональности во время максимальной загрузки. Для таких направлений в целях получения наилучших теплотехнических характеристик, PMIC выпускают в корпусе QFN, который имеет самое выгодное соотношение мощности и размеров. Корпус QFN также позволяет сделать оптимальную схему при использовании процессоров с большим потреблением (>2 А) и поддерживать максимальную эффективность для увеличения длительности питания от батареи.

Требования к итоговой производительности системы определяют, какое из решений PMIC подходит лучше. Компания Wolfson предлагает целый ряд решений для проектирования устройств с наименьшими размерами и наибольшей производительностью. Без необходимости выбирать между аудио-производительностью и управлением питания, проектировщики смогут сосредоточиться на добавлении новых функций в свои системы, оставив экспертам задачи интеграции схем питания и звука.