基于DSP的混合信号解决方案解决高级音频处理难题

文章摘要： 从20世纪70年代产生构想以来，特别是在过去十年间，数据信号处理(DSP)在媒体应用激增的推动下，已经成为了一项耳熟能详的技术。从用于军事的语音和图像处理开始，这项技术首先发展进入音频和视频的应用环境，随即又进入了更加主流的电子领域。今天，设计师们正面临着如下一系列信号处理方面的挑战：要求同时具备先进的功能性、便携性和低耗能性的应用，其要求不断增加。音频领域是个典型应用：从专业耳机到电子听诊器和遥感器，新的应用不断出现，这就要求工程师利用电池供电，以相对较低的成本和小型化设计实现音频压缩和录音、声音管理、回波消除和言语处理。但是应用的便携性增加了这些挑战的难度：低能耗不仅仅要求提

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       从20世纪70年代产生构想以来，特别是在过去十年间，数据信号处理(DSP)在媒体应用激增的推动下，已经成为了一项耳熟能详的技术。从用于军事的语音和图像处理开始，这项技术首先发展进入音频和视频的应用环境，随即又进入了更加主流的电子领域。

今天，设计师们正面临着如下一系列信号处理方面的挑战：要求同时具备先进的功能性、便携性和低耗能性的应用，其要求不断增加。音频领域是个典型应用：从专业耳机到电子听诊器和遥感器，新的应用不断出现，这就要求工程师利用电池供电，以相对较低的成本和小型化设计实现音频压缩和录音、声音管理、回波消除和言语处理。

但是应用的便携性增加了这些挑战的难度：低能耗不仅仅要求提高电池寿命，还要求降低电池的尺寸大小和重量。尺寸限制还要求组件数量越少越好，而设备的复杂性则不断随着市场要求产品所具特色的增加而增加。最后，市场的快速变化向设计师们施压，他们必须比以前更加迅速地完成项目，并尽快将他们的想法转化成销售额。因此，IP复用或某些形式的可编程性至关重要。

有充分证据证明，实现信号处理功能集成的驱动力也对传统上模拟和数字电子技术之间的分离造成了冲击，使得混合信号的IC设计更加普遍。对于芯片设计师来说，这本身就困难重重：例如，他们需要设计具备多重地和电源的组件，并确保模拟和数字两部分之间的充分隔离，因为其中一部分可能干扰到另一部分。

尽管存在这些固有的难题，系统设计师的需求已经使模拟和数字技术集成于芯片上变得不可避免。产业从许多不同的方向解决了这个问题：线性电路的制造商已经开始向他们的设备添加数字功能；同时可编程逻辑技术的供应商也已经尝试集成模拟功能。但是，最重要和最成功的事情可能是，微处理器、DSP以及DSP核心的制造商一直努力在芯片上集成更多外围功能。今天，具有真正专门知识和处理技术的设备供应商可以提供具备ADC、DAC、显示驱动器、电源管理、集成放大器以及许多在特殊应用中普遍使用的外围支持功能的单芯片信号处理解决方案。

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电子听诊器参考设计

集成混合信号设备应用一个最有前途的领域是在医疗电子领域：手持器械和便携式病人监护仪等众多应用尤其体现了对便携性、低功耗和快速开发更为普遍的要求。特别引人注目的是电子听诊器。该设备正开始得到认可，与以前的传统产品相比，它们在对心肺疾病进行估定和分类方面具有极大的潜在优势。

为了帮助制造商利用这个机会，AMI半导体公司开发了一种基于BelaSigna 250的电子听诊器参考设计(ESRD)（图2）。该设计的目的是使具备业内领先的音频性能和电池寿命的产品得以迅速开发和部署。它提供了三种频率响应模式，同时，可达21dB的可调节放大器允许从业人员通过10级控制来设定音量。此外，设备还可以将心音和肺音记录在非易失性存储器中，这些声音可以以正常速度或一半的速度回放，以协助诊断。

这项参考设计允许在“铃声”（低频）、“振动膜”（高频）和扩展频率模式之间用按钮进行选择。开发者可轻易实现额外功能，因为BelaSigna 250是一个可编程的平台：例如，他们可以引入心率监控或者引入能够将胎儿心跳和孕妇心跳分离的自适应处理方案。此外，该设备还包括直接连接无线和有线通讯芯片的接口：这就使我们能够在未来开发出通过Bluetooth®（蓝牙）协议向个人电脑或其它设备进行数据传输的连接，便于在晚些时候对数据进行储存、分析和恢复。

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单芯片音频处理解决方案

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