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音频IC测试面临新挑战

Ron Wilson?? EDN执行主编?? 2007年06月15日 ?? 收藏0

  用于机顶盒、电视监视器、硬盘播放机和移动媒体播放机的SoC已经或很快将拥有HD功能。但这一进展的另一方面是对SoC设计师和测试工程师的更严峻挑战,即伴音质量应随着HD视频而有显著提高。
  要 点
  新的数字媒体标准正在将高保真音频带入SoC(单片系统)平台。
  高保真度为 SoC 设计者带来一种新的特性描述问题:他们并不总能定量地解决这个问题。
  这些芯片的制造测试将是基于艺术和架构的一场赌博。
  随着用户对高保真度效果期望的增长,可测性设计将在音频功能中呈现新的重要性。


  HDTV(高清电视)正在通过下一代 SoC(单片系统)平台呈现强劲的势头,这是一个众所周知的趋势。用于机顶盒、电视监视器、硬盘播放机,以及(不久将来的)移动媒体播放机都将具备 HD 能力。但这一变革的另一个方面却未被公众注意到,这就是音频质量。

即使简单的特性描述测量也能搭载一个设备平台


  高清晰音频的问题不仅存在于电路设计中。事实上,模拟 IC 设计者一直在提供一些 DAC 和放大器,它们的性能显然优于分立元件黄金时代的任何产品。问题是特性描述与测试。正像很多模拟设计师以及音响玩家们所说的那样,即使在特性描述平台上,高端音频的质量也非常

难于量化,并且几乎不可能在制造测试环境中作验证。SoC 设计者现在正在与有经验的模拟 IC 设计者一起评估这种新挑战。

  问题何在?

  新的测试与测量挑战来自于两种势力的融合。一个是前面提到过的,数字码流提供高质量音频的能力越来越强。更准确地说,质量逐渐提高的声源素材已不是问题。人们总可以将一个好的码流转换为中等的音频信号。另一个是消费者的期望在提高。当数字音频还只是 MP3 码流,或类似有损音源的音频时,编解码器是根本问题所在,而通常不需要关注模拟电路。用户会与便携式磁带播放机和 CD 播放机做对比以评判 MP3 播放器的效果,多数情况下后者音质会更差。

  美国国家半导体音频产品营销总监 Gary Adrig 认为:“对 MP3 播放机输出质量的要求实际上是高性能耳机的兴起而推动的,而不是音源。随着耳机的进步,我们看到一些过去要求不高的客户现在需要 100dB SNR(信噪比)和 0.05% THD(总谐波失真)。”

  当内容供应商开始转向更低压缩率(因而有更高的码率)时,芯片设计者就不得不转向更宽的数据路径和更好的 DAC,才能使硬件的噪声本底低于解码音源的固有噪声电平。除了 MP3 的限制以外,市场竞争也表明消费者正在提高对声音质量的鉴别能力。

  随着声道从过去的 16 b、44.1k 采样/秒的 CD 质量上升到高于 24 b、192k 采样/秒的 DVD Audio,新型 HD 媒体也已经迈出了步伐。这种性能无疑会使高端设备的购买者置疑他们听到的声音质量。德州仪器公司营销经理 Kevin Belnap 说:“我们已经身处家庭影院市场。一旦我们达到了最低的噪声与谐波失真水平时,就会遇到一大堆聆听者偏好问题,如音场和全电子管情况等。”

  但爱挑剔的耳朵还不止如此。机顶盒和转换盒、高清电视机,甚至便携设备的用户都要求声音要远好于原来的听感。一位专业音频开发人员的经验可以为这种进展的原因作出说明。Morten Lave 是一家录音室监听音箱开发商 TC Applied Technologies 的首席执行官,他谈到自己对 MP3 的体验:“我有一台 iPod,于是我决定把一些音乐放进去。我全用默认方式,结果却很糟糕,打击乐器的声音很可怕。于是我把码率提高到 192 kHz。现在声音质量接近了 iPod 上用廉价耳机的效果,但是,如果我把它接到家中的音响系统上,我仍然能清楚地听到压缩的人为现象。”有了新型的无损数据类型后,电子设备不再受制于 MP3 压缩的限制。它们本身就成为了问题。

  我全用默认方式,结果却很糟糕,打击乐器的声音很可怕。于是我把码率提高到192kHz。现在声音质量接近了iPod上用廉价耳机的效果,但是,如果我把它接到家中的音响系统上,我仍然能清楚地听到压缩的人为现象。”有了新型的无损数据类型后,电子设备不再受制于MP3压缩的限制。它们本身就成为了问题。

  这种对音频质量增长的需求本身是可以控制的。机顶盒和电视市场(其中的空间和成本还不是主要因素)上的大多数SoC供应商现在只为外部模拟芯片或芯片组提供一个数字输出。这样就将特性描述与测试问题转嫁给了从事模拟领域的公司,它们更熟悉这些问题。但是两个融合力量中的第二种力量正在堵塞这个SoC设计小组的漏洞。这个力量就是集成化。

  正如一家SoC供应商所说,市场上对更高集成度存在着普遍的需求,迫使SoC供应商将DAC(以后还有小型功放)置入主核内。这种方案不但又提出了曾广泛讨论的有噪声的低电压数字CMOS环境中的精密模拟设计问题,而且还把特性描述与测试问题扔给了SoC小组。


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音频? IC测试? 数字媒体标准?

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