手機(jī)音頻研究

1、,手機(jī)音頻研究,2,目錄,手機(jī)音頻系統(tǒng) 音頻功能電路 手機(jī)音頻調(diào)試 器件選型及聲腔結(jié)構(gòu),手機(jī)音頻系統(tǒng),手機(jī)音頻系統(tǒng) PCM編碼 DSP 音頻功能電路 手機(jī)音頻調(diào)試 器件選型及聲腔結(jié)構(gòu),1,PCM編碼部分 PCM編解碼電路的任務(wù)是模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。當(dāng)手機(jī)處于發(fā)射時(shí)隙時(shí)，它首先將話筒聲電轉(zhuǎn)換到的模擬電信號(hào)進(jìn)行音頻放大，然后轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字語音信號(hào)(AD轉(zhuǎn)換)，并送到數(shù)字處理電路；當(dāng)手機(jī)處在接收時(shí)隙時(shí)，它將數(shù)字音頻處理電路送來的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行PCM解碼，將數(shù)字語音信號(hào)還原成模擬的音頻信號(hào)(DA)轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行功率放大，到聽筒進(jìn)行電聲轉(zhuǎn)換，推動(dòng)聽筒發(fā)聲。,手機(jī)音頻系統(tǒng),2,DSP部分 在手機(jī)發(fā)射

2、時(shí)，將音頻編碼電路送來的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信道編碼、交織、加密等處理，得到數(shù)碼語音信號(hào)，經(jīng)GMSK調(diào)制，最后得到基帶發(fā)射信號(hào)，送到射頻部分進(jìn)行上變頻的處理；在手機(jī)接收時(shí)，將射頻部分送來的基帶信號(hào)進(jìn)行GMSK解調(diào)，經(jīng)解密、去交織、信道解碼、語音解碼后，送到PCM解碼電路進(jìn)行PCM解碼。,手機(jī)音頻系統(tǒng),3,手機(jī)音頻系統(tǒng),隨著手機(jī)集成度的提高， 多數(shù)手機(jī)PCM和DSP已不獨(dú)立存在，這兩部分電路被集成在CPU或其它IC內(nèi)。,4,手機(jī)音頻系統(tǒng),樂音,喇叭,聽筒,語音,5,手機(jī)音頻,手機(jī)音頻系統(tǒng) 音頻功能電路 麥克風(fēng)電路 聽筒電路 耳機(jī)電路 鈴聲電路 元件布局 手機(jī)音頻調(diào)試 器件選型及聲腔結(jié)構(gòu),6,音頻功能電路

3、,使手機(jī)音頻系統(tǒng)被用戶直接感知的媒質(zhì)實(shí)際上只有喇叭， 麥克風(fēng)，聽筒。這些媒質(zhì)關(guān)系四個(gè)部分： 麥克風(fēng)電路 聽筒電路 耳機(jī)電路 鈴聲電路,7,麥克風(fēng)電路,麥克風(fēng)電路實(shí)現(xiàn)將語音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并有效的送入芯片進(jìn)行處理。是通話電路里最重要的一部分，其中牽涉拾音，預(yù)放，傳輸，量化編碼，等等。問題比較多，非常具有代表性。 麥克風(fēng)電路重點(diǎn)和難點(diǎn)是保證有效無誤的進(jìn)行信號(hào)傳輸。,8,麥克風(fēng)電路,麥克風(fēng)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 駐極體電容將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，并通過一級(jí)共源極FET放大輸出 。,9,麥克風(fēng)電路,合理的偏置電壓 抗干擾性好的走線 有效的濾波電路,MIC電路要點(diǎn)：,10,偏置電壓,MIC典型應(yīng)用電路,電阻R,它的作

4、用就是為FET提供一個(gè)偏置電壓，保證 FET工作在放大區(qū)，完成信號(hào)的放大。這個(gè)電阻就叫做偏置電阻。偏置電阻的阻值選擇應(yīng)該考慮FET動(dòng)態(tài)范圍來確定。使輸出信號(hào)的幅值盡可能大并且要保證不失真，因此靜態(tài)工作點(diǎn)（Q）設(shè)置應(yīng)當(dāng)靠近負(fù)載線的中部。,麥克風(fēng)電路,11,輸出阻抗：2.2 標(biāo)稱電壓：2V 工作電流：500UA 偏置電阻：2.2K,麥克風(fēng)電路,12,麥克風(fēng)電路,差分走線 定義： 差分信號(hào)通俗地說，就是驅(qū)動(dòng)端發(fā)送的等幅反 相的信號(hào)。差分走線就是承載差分信號(hào)的走線。 特點(diǎn)： 抗干擾能力強(qiáng) 有效抑制EMI 適合于低幅度信號(hào)的電路。,13,麥克風(fēng)電路,設(shè)語音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)產(chǎn)生的電流為i. 通過C5,C6

5、隔直流后可以在芯片處得到,可見只要R1=R2那么兩路信號(hào)為差分信號(hào)。,14,濾波單元：,麥克風(fēng)電路,15,聽筒電路,T1,T2ESD器件 B1,B2磁珠，吸收超高頻干擾 C1 抑制射頻級(jí)差模干擾 C2,C3濾除射頻級(jí)干擾,16,耳機(jī)耳麥電路,17,耳機(jī)耳麥電路,HEADSET_SW：插入耳機(jī)檢測(cè),當(dāng)耳機(jī)插入時(shí)，由于耳機(jī)電阻很小，則XMP3_R被接地，這樣HEADSET_SW端也下拉到地，觸發(fā)中斷給CPU，顯示插入耳機(jī)。切換到耳機(jī)模式。 R217與C201,R216與C215分別組成高通濾波器，濾除可聽頻率以下部分頻率。 ADC5_HF_MIC：掛機(jī)檢測(cè)，用來檢測(cè)耳機(jī)的掛機(jī)鍵是否按下，當(dāng)耳機(jī)掛機(jī)

6、鍵按下時(shí)，XMICP信號(hào)將被短接到地，ADC5_HF_MIC也將下拉到地。觸發(fā)中斷。 C213、C214：濾除射頻級(jí)共模信號(hào)的干擾 C203、C210：隔直通交的作用，隔斷偏置電壓進(jìn)入到BB中 R204、C207：組成低通濾波器，消除電源里的高頻噪聲 R205、R204：偏置電阻給MIC內(nèi)部的FET提供漏極偏置，使其工作在恒流區(qū)，完成信號(hào)放大的作用,18,鈴聲電路,19,鈴聲電路,C251、C252：隔直，C262、C254芯片要求和C251、C252一樣 C250、C261：濾掉電源里高頻和低頻的干擾，C250濾低頻，C251濾高頻 C256、C257、C259、C260：濾除900MHz信

7、號(hào)的干擾 L250、L251、L252、L253：消除射頻的干擾，根據(jù)磁珠的阻抗頻率特性曲線來選擇 T250、T251、T252、T253： ESD器件 R253：/SDR、/SDL是使能端，高電平有效，接一下拉電阻，用來檢測(cè)高電平，常態(tài)為低電平 一般情況下我們還會(huì)在電路中引入負(fù)反饋，可以通過改變反饋電阻來調(diào)節(jié)放大器的增益。,20,MIC（信號(hào)輸入）濾波元件盡量靠近基帶芯片 耳機(jī)，受話器，濾波元件盡量靠近發(fā)聲器件 放大器電源濾波盡量靠近功放芯片,元件布局時(shí)應(yīng)注意幾點(diǎn)：,元件布局,21,手機(jī)音頻調(diào)試,手機(jī)音頻系統(tǒng) 音頻功能電路 手機(jī)音頻調(diào)試 CTA音頻調(diào)試規(guī)范 CTA音頻項(xiàng)目及調(diào)試方法 生產(chǎn)參數(shù)

8、調(diào)試方法 器件選型及聲腔結(jié)構(gòu),22,CTA項(xiàng)目調(diào)試規(guī)范,23,CTA項(xiàng)目介紹與調(diào)試,發(fā)送頻響SFR 發(fā)送頻響表示系統(tǒng)音頻解碼的輸出音頻信號(hào)同參考 嘴輸入音頻信號(hào)的比。信號(hào)運(yùn)作過程為，UPL控制人工嘴 發(fā)出測(cè)試音頻信號(hào)，手機(jī)通過麥克風(fēng)接收到音頻信號(hào)， 然后經(jīng)過手機(jī)基帶到手機(jī)的射頻部分轉(zhuǎn)為射頻信號(hào)輸入 到CMU200中，然后CMU200在跟UPL交換數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算， 最終得到SFR的曲線。CTA要求測(cè)量得到的頻響曲線必須 入框。,24,CTA項(xiàng)目介紹與調(diào)試,發(fā)送響度SLR 發(fā)送響度表示手機(jī)最終從射頻發(fā)射出去的聲音的大 小，用dB表示.對(duì)曲線上每個(gè)頻點(diǎn)的值利用不同的加權(quán)系 數(shù)，經(jīng)一系列計(jì)算以后，SL

9、R值的大小最終得出，當(dāng)然， 這一切都是由UPL來完成，CTA測(cè)試規(guī)定的SLR值的大小為 83dB,25,接收頻響RFR 接收頻響表示人工耳處麥克風(fēng)接收到的音頻信號(hào)儀 器向手機(jī)發(fā)送的信號(hào)的比。流程大體為，UPL控制CMU200 發(fā)送信號(hào)給到手機(jī)，手機(jī)接收到射頻信號(hào)經(jīng)過基帶，然 后從受話器發(fā)出聲音，麥克風(fēng)接收到音頻信號(hào)后經(jīng)過放 大回到UPL中，UPL在將輸入和輸出信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，最終 得到RFR曲線。 接收響度RLR（Receiving Loudness Rating） 接收響度表示麥克風(fēng)在手機(jī)的受話器部分所測(cè)量得 到的聲音的響度，用dB表示，算法與SLR類似。,CTA項(xiàng)目介紹與調(diào)試,26,CTA項(xiàng)

10、目介紹與調(diào)試,27,CTA項(xiàng)目介紹與調(diào)試,28,CTA項(xiàng)目介紹與調(diào)試,側(cè)音掩蔽評(píng)定值STMR(Side Tone Masking Rating) 所謂側(cè)音是指發(fā)話人對(duì)著話筒說話，通過側(cè)音通道聽到自己的聲音。,29,CTA項(xiàng)目介紹與調(diào)試,發(fā)送/接收失真 發(fā)送失真指的是手機(jī)在不同功率等級(jí)下發(fā)射1KHz的信號(hào)，測(cè)量 得到的SINAD(信號(hào)-噪聲及失真比)值。具體測(cè)量的時(shí)候，UPL控制 人工嘴發(fā)出不同功率的信號(hào)，手機(jī)信號(hào)經(jīng)過射頻接口同CMU200進(jìn)行 通訊，CMU200將數(shù)據(jù)交給UPL進(jìn)行處理，最后得出結(jié)果。在CTA的規(guī) 定中，每個(gè)輸出的功率等級(jí)，最后所測(cè)量得到的SINAD值必須滿足要 求。UPL最終

11、會(huì)將這些SINAD值的大小連成一條曲線，橫坐標(biāo)為功率 值，縱坐標(biāo)為SINAD值。要求測(cè)試結(jié)果滿足每個(gè)功率等級(jí)上的值都大 于一定的值。,30,CTA項(xiàng)目介紹與調(diào)試,發(fā)送失真的產(chǎn)生 非線性失真：輸出信號(hào)與輸入信號(hào)不成線性關(guān)系，由 電子元器特性曲線的非線性所引起，使輸出信號(hào)中產(chǎn)生新 的諧波成分，改變了原信號(hào)頻譜。 量化失真： 在數(shù)字系統(tǒng)中，當(dāng)模擬信號(hào)被抽樣，再 把每個(gè)抽樣信號(hào)編碼為有限數(shù)組中的一個(gè)，就會(huì)出現(xiàn)量化 失真。把原始信號(hào)與量化后又復(fù)原的信號(hào)作比較，將差異 叫量化失真。,31,CTA項(xiàng)目介紹與調(diào)試,MIC,DSP,A/D,AMP,AMP,AMP,32,CTA項(xiàng)目介紹與調(diào)試,硬件方面 確定MIC

12、以及各級(jí)放大器有合理的偏置 確定各處供電經(jīng)過良好的交流濾波。 將麥克用泡棉密封能起到一定改善作用。 通過屏蔽改善MIC抗干擾能力 軟件調(diào)試方面 通過減小發(fā)送響度(在CTA要求范圍內(nèi))來減小非線性器件 的影響。 調(diào)節(jié)發(fā)送曲線時(shí)將1000HZ處增益拉高,33,CTA項(xiàng)目介紹與調(diào)試,接收失真 減小接收響度音量（在CTA要求的范圍內(nèi)） 調(diào)整發(fā)送頻響時(shí)，拉高1020Hz處的增益 一般來說只要做到這些，可以很容易通過CTA規(guī)范,34,CTA項(xiàng)目介紹與調(diào)試,空閑信道噪聲（發(fā)送和接收） 所謂空閑信道噪聲是指在沒有語音通信的情況下的 噪音。 發(fā)送空閑信道噪音指近端沒有語音信號(hào)且周圍環(huán)境 安靜時(shí)在遠(yuǎn)端接收到的功率

13、，要求小于一定值。而接收 空閑信道噪音是指遠(yuǎn)端沒有語音信號(hào)且周圍環(huán)境安靜時(shí) 近端接收到的功率，要求小于一定值。,35,CTA項(xiàng)目介紹與調(diào)試,常見噪聲主要包括 白噪音：由音頻器件信噪比、靈敏度，芯片內(nèi)部放大器噪聲等因素決定。 RF噪聲：傳導(dǎo)方式 輻射方式 開關(guān)電源產(chǎn)生的諧波通過內(nèi)部電路串?dāng)_到模擬電路上，產(chǎn)生電流聲。,36,CTA項(xiàng)目介紹與調(diào)試, 要降低噪聲，就應(yīng)該在電路設(shè)計(jì)初期引入措施最大 程度的降低產(chǎn)生噪聲的可能。 設(shè)計(jì)穩(wěn)定干凈的電源系統(tǒng)，選用信噪比較高的器件， 在電路中引入合適的磁珠，充分利用差分走線，音頻線 包地等等，只要充分考慮這些問題，空閑信道噪聲就不 會(huì)不過。當(dāng)然如果出現(xiàn)空閑信道噪聲

14、不過的話，我們就 應(yīng)該從這些地方找原因，分析產(chǎn)生問題的原因，引入相 應(yīng)的措施解決。,37,CTA項(xiàng)目介紹與調(diào)試,回音抑制 A與B通話時(shí),A話音結(jié)束即刻能聽見自己的尾音， 也就說A聽到了自己的聲音，這就是說明B的手機(jī) 有回聲。 芯片內(nèi)部集成了AEC模塊。調(diào)節(jié)回音抑 制實(shí)際上就是調(diào)節(jié)AEC模塊的參數(shù),38,CTA項(xiàng)目介紹與調(diào)試,消除回音的措施 MIC前腔必須密封，如果密封不好就會(huì)引入回音。 聽筒的出音孔和MIC的進(jìn)音孔應(yīng)該盡量避免處在同一個(gè)平面上 在CTA可接受范圍內(nèi)減小發(fā)送接收音量也是增大回音抑制的可行方法,39,生產(chǎn)參數(shù)調(diào)試,特點(diǎn)： 無論理論如何完美，生產(chǎn)出來的東西的好壞檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)是 應(yīng)用，生

15、產(chǎn)曲線調(diào)試必須從用戶角度考慮。 生產(chǎn)曲線的調(diào)試比較繁瑣，數(shù)據(jù)較多，工作量大，操作稍 不規(guī)范就很可能導(dǎo)致返工，重復(fù)勞動(dòng)，浪費(fèi)時(shí)間。因此必須 概念清晰，嚴(yán)格按照操作流程進(jìn)行操作。,40,流程,META tool,Up to flash,原始數(shù)據(jù),生產(chǎn)參數(shù)調(diào)試,Save to ini file,通話調(diào)試,主觀測(cè)試,OK,NO,鈴聲，按鍵音調(diào)試,數(shù)據(jù)結(jié)果,41,生產(chǎn)參數(shù)調(diào)試,要盡可能地還原原聲，應(yīng)該將信號(hào)在每個(gè)頻點(diǎn)上等增益放 大。也即發(fā)送和接收頻響曲線理想狀態(tài)都應(yīng)該是平直的直 線，事實(shí)上CTA是在追求這樣一種效果。但是這樣的平直的 頻響曲線在應(yīng)用上其實(shí)是不合適的。這是由于 振幅決定聲音大小但并不能決定

16、人耳聽到的聲音的大小。 話音頻率范圍300K到3300K，低頻和高頻對(duì)于語音還原幾乎無作用。 人耳對(duì)于1000HZ附近的聲音最敏感，對(duì)中低頻中高頻相對(duì)敏感度較低 由于掩蔽效應(yīng)，過大中頻音會(huì)掩蓋高頻音,42,生產(chǎn)參數(shù)調(diào)試,43,生產(chǎn)參數(shù)調(diào)試,這里音頻的調(diào)節(jié)不像CTA那樣會(huì)有嚴(yán)格的一致性，主觀 因素比較多，要通過不斷調(diào)整曲線和不斷試聽修改來得到 最優(yōu)曲線。通過多個(gè)機(jī)型的調(diào)試，總結(jié)出調(diào)試的一個(gè)大致 方向： 聽起來效果比較好的曲線在各各頻點(diǎn)的值都不會(huì)超過一 定的范圍。一般我們調(diào)節(jié)中低頻約400K最高在26dB之間， 中頻約1K-1.2K在-10-6dB之間，中高頻略小于3K處較中低 頻低兩到三個(gè)dB。

17、,44,生產(chǎn)參數(shù)調(diào)試,45,生產(chǎn)參數(shù)調(diào)試,TDD噪聲 傳導(dǎo)方式：PA 工作時(shí)最大功率可達(dá)兩瓦，會(huì)在電源上引起幾百mV 的217HZ 頻率的電源拉動(dòng)，進(jìn)而影響音頻電路。 輻射方式：RF 信號(hào)會(huì)藕合到MIC及其信號(hào)線、RECEIVER的信號(hào)線、FPC CABLE 數(shù)據(jù)總線、鍵盤線等任何裸露在外的信號(hào)線上，會(huì)進(jìn)入芯片后由非線性器件解調(diào)出217HZ 頻率的噪音。開關(guān)電源產(chǎn)生的諧波通過內(nèi)部電路串?dāng)_到模擬電路上，產(chǎn)生電流聲。,46,生產(chǎn)參數(shù)調(diào)試,47,生產(chǎn)參數(shù)調(diào)試,電路原理：選用優(yōu)質(zhì)電聲器件信號(hào)差分走線，線上串磁珠，合適的地方 加合適的濾波電容。供電系統(tǒng)加濾波電容。 PCB布局：音頻部分電路應(yīng)該遠(yuǎn)離射頻部

18、分的電路，避免射頻電路的直 接輻射干擾。 音頻部分電路設(shè)計(jì)允許的情況下布局在單獨(dú)屏蔽蓋內(nèi)，保證 音頻部分電 路的電源、地干凈，不與射頻或其他潛在干擾共 用電源和地。 采用差分走線，并進(jìn)行包地處理。 對(duì)于滑蓋機(jī) FPC也要接地良好，例如整體刷導(dǎo)電漿接地屏蔽,48,器件選型及聲腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),手機(jī)音頻系統(tǒng) 音頻功能電路 手機(jī)音頻調(diào)試 器件選型及聲腔結(jié)構(gòu),SPK對(duì)鈴聲影響 聲腔對(duì)鈴聲影響,49,器件選型及聲腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),鈴聲的關(guān)鍵點(diǎn) 聲音大小 頻帶特性 失真程度,SPK的物理特性，音腔結(jié)構(gòu)共同決定了鈴聲的音質(zhì),50,發(fā)聲原理：在喇叭的線圈上通過一定的電流，在磁場(chǎng)的作用 下，線圈將產(chǎn)生一電動(dòng)力，引起線圈的運(yùn)動(dòng)，而線圈連