一款內置DSP、6.25V輸出的Digital Smart K數字音頻功放產品

上海艾為電子技術股份有限公司(awinic)，作為國內引領音頻IC設計潮流的龍頭企業，開創性地推出了一款內置豐富音效和保護算法DSP、具有極低底噪和靜態功耗的6.25V電壓輸出、2.1W@8Ω Digital Smart K數字音頻功放產品AW88166FCR。此新產品AW88166FCR非常適用于多聲道終端設備(如平板等)和各類IoT設備(手表、AR、VR等)對好音質和大響度的應用需求。

近年來，隨著智能家居、智能物流、智能城市、智能農業、智能醫療等IoT的應用場景越來越豐富，消費者對IoT設備中的人機交互和外放的音質追求也越來越高。而大多數IoT設備的主控平臺較為低端，沒法集成復雜度較高的音效和保護算法，只能依托簡單的硬件功放+小喇叭的解決方案，因此沒法提供好音質(低頻有質感、人聲厚實、樂器分離度高)和大響度的人機交互和外放需求。

另外對于移動的終端設備，隨著消費者對移動設備的好音質和聲場效果的追求越來越高，移動設備的聲道數越來越多(如平板)，從兩聲道到四聲道再到六聲道或者八聲道。而每個聲道都需要將算法集成在主控平臺(如高通/MTK等)中來做處理，因此多聲道的需求對主控平臺能提供的算力訴求也成倍數增加，大大增加了主控平臺的成本和集成調試壓力。

圖表 1 傳統功放，算法都集成在主控平臺中

圖表 2 使用內置DSP的功放AW88166可節省平臺算力

針對以上的兩大類應用場景，awinic在Digital Smart K數字功放系列中，采用業內先進的90nm BCD高壓特色工藝，創新地將awinic的國民神仙算法awinicSKTune集成到了芯片的DSP中，推出了內置豐富音效和保護算法DSP、支持turnkey調試、具有極低底噪和靜態功耗的6.25V輸出Digital Smart K數字功放AW88166FCR，出色地解決了IoT設備中多樣的低端平臺算法集成和多聲道對主控平臺算力成倍增加的難題。在提供了好音質(低頻有質感、人聲厚實、樂器分離度高)和大響度的人機交互和外放需求的同時，拓展了算法+功放+喇叭的高靈活度全鏈路的解決方案，給終端制造商提供了更多的方案適配空間的同時，也大大節約了音效集成和調試的工時(60%以上)。

圖表 3 內置豐富音效和保護算法的turnkey UI界面

新產品特點

音頻功放 Digital Smart K系列的新產品AW88166FCR，內置6.25V升壓，可給8ohm揚聲器提供2.1W的輸出功率。該產品底噪低至10uV，達到業內領先水平。AW88166FCR內置DSP功能豐富，DSP內集成低功耗解決方案，可有效增加移動設備的待機時間，同時DSP內集成國民神仙算法awinicSKTune，給用戶帶來高音質和大響度的聲學體驗。

圖表 4 AW88166FCR的典型應用圖

1、多維度的低功耗方案，增加移動設備的待機時間

AW88166FCR作為 Digital Smart K數字功放的一員，集成了Digital Smart K數字功放產品族自適應多臺階Smart Boost升壓的功能。音樂場景功放大部分時間工作在小效率條件下，在小功率下，比傳統架構的強制升壓(Force Boost)效率提升超過10%，節約的功耗約30mA，大大增加了移動設備的續航時間。

圖表 5 小功率下AW88166效率曲線比傳統架構效率曲線高10%

表格 1 實測AW88166功耗比傳統架構低30mA左右

對于內置豐富音效和保護算法DSP的AW88166FCR，我們在原有的Digital Smart K數字功放產品族的基礎上，進一步創新，增加了基于心理聲學的功耗優化算法，在不影響歌曲主觀效果的前提下，功耗可優化15%~20%，進一步將整機音樂外放續航時間延長10%以上。

圖表 6 心理聲學算法功耗優化15%~20%

2、內置含有turnkey方案的豐富音效和保護模塊的艾為國民神仙算法awinicSKTune，減輕算法對主控平臺壓力的同時，帶來高音質和大響度的聲學體驗

內置含有turnkey方案的豐富音效和保護模塊的艾為國民神仙算法awinicSKTune，可以讓客戶在分鐘級的時間內完成高質量音效調試，大大地節約了客戶的工時。其中綠色邊框模塊為基礎算法模塊，粉紅色邊框的模塊為awinic特色定制模塊。虛擬低頻模塊(VBE)、動態EQ模塊、MBDRC模塊可以提供更有質感的低頻;聲音增強模塊(Sound Enhancement)可以讓人聲變得更加厚實;大音量模式(Super Voice Mode)可以提升免提音量，提升的幅度超過5dB,并且支持多檔位快速調試;動態增益控制(AGC)、MBDRC、EQ等模塊可以調整消費者喜歡的音色;振幅控制(IV MEC)和溫度控制(IV TPC)可以在提供大功率輸出的同時，有效地保護IoT設備的小單體喇叭，防止喇叭線圈超振幅斷線和過溫燒傷。

圖表 7 AW88166FCR集成國民神仙算法awinicSKTune的DSP

圖表 8 大音量模式(Super Voice Mode)響度提升>5dB

3、響應速度百微秒級的多維度多級調試的低電量保護方案

作為Digital Smart K數字功放的一員，awinic將低電量場景下的保護需求進一步升級，打造出百微秒級別響應速度、可以多級調試、并且有多種調試手段的低電量保護算法(LTP)，使得功放在更低的電源電壓下仍舊能正常工作并且沒有雜音。

圖表 9 2.7V低電量下AW88166依舊正常發聲

如上圖所示，當電源電壓從3.8V降低到2.7V時，AW88166依舊能夠無失真和無雜音地輸出音樂信號(低電量保護算法啟動，整體幅度會略有下降)，無低電量保護的音頻功放在2.7V電源電壓下，會進入不正常工作狀態，輸出無聲。

圖表 10 LTP保護邏輯框圖

因為LTP算法集成在芯片DSP中，算法的響應速度可以達到百微秒級別(其它不帶DSP的低電量保護方案功放的響應時間遠大于10ms)。

其中電池電壓通過內部Vsensor獲取，芯片溫度通過內部的Temp Sensor獲取，外部溫度通過I2C獲取。這樣LTP算法模塊可以同時檢測到電池的電壓、外部溫度和芯片溫度，根據不同的溫度和電壓，可以動態配置芯片對電池的最大抽取電流Ipeak，防止在電池低溫低電的場景下，將電池電壓抽取的過低，導致芯片觸發UVLO進入不正常工作狀態或者導致移動設備強制關機。同時在Ipeak降低、芯片最大輸出能力下降的時候，LTP模塊可以控制芯片的Volume和Vmax, 保證最大輸出波形不削波，沒有雜音。

4、小于10uV的低底噪，在夜深人靜時，也能帶來無底噪高保真外放聽感

人耳對底噪是非常敏感的，在夜深人靜的寂靜場景，超過10uV的噪聲還是會被消費者所感知，Digital Smart K數字功放對低底噪技術不斷迭代升級，從傳統架構方案到動態匹配優化噪聲方案，再到動態增益控制低噪聲DAC架構，已經將功放底噪降到10uV以內，遠優于同類產品的20uV水平，并且配合AW88166FCR創新的硬件Noise gate功能，可以將芯片底噪降低到1uV以內。

圖表 11 硬件Noise gate控制示意圖

硬件Noise gate的工作原理是，當輸入信號小于Threshold(如-90dB)時，將芯片的部分功能模塊關閉，輸出表現為高阻態，有效地將功放的輸出噪聲降低到1uV以內，同時芯片的靜態功耗也可以從3.2mA降低到1.9mA。其中從Noise gate模式會早于有效信號(可以被人耳聽到的信號幅度)到達之前退出，并不會在輸出信號中引入POP音。

awinic Digital Smart K

數字功放系列介紹

艾為Digital Smart K數字功放系列，在國內外享有崇高知名度，作為該系列中的明星產品AW88166FCR已于2023年1月推出。Digital Smart K數字功放系列從2014年開始不斷演進，從常壓到高壓，從不帶DSP到內置豐富DSP，從輸出功率2W到5W，從無IV sensing到有IV sensing均可全系列覆蓋。該系列產品已廣泛應用于手機、IoT、工業和車載等領域。

表格 2 Digital Smart K數字功放系列典型產品for IoT

審核編輯：湯梓紅