音频CODEC PCB LAYOUT 注意事项

Posted 2023-04-06 alger_lai

音频 CODEC，在电路设计的时候需要特别注意。尤其是外围电路的布局和 PCB LAYOUT 的设计，需要按模拟电路的设计要求进行设计，不好的设计会过多的引入外部电路噪声，影响芯片的性能，甚至导致芯片不能正常工作。下面以立晶半导体的立体声codec CL1026为例做详细的阐述。

1. 电源的选择：

（1） LDO 比 DCDC 更为合适：

DCDC 电源尽管效率普遍要远高于 LDO，但是因为其开关频率的原因导致其电源噪声很大，远比 LDO 大得多，所以对于比较敏感的模拟电路，最好选择较为纯净的电源，因此 LDO 电源比 DCDC 更为合适。

（2）   如果不能使用独立电源，就想办法隔离噪声：

在实际应用中，往往由于各种原因，不能给音频 CODEC 使用独立的电源芯片供电，需要使用系统电源，这个时候我们就需要想办法将系统电源中的噪声隔离。简单方法是使用磁珠，选用合适的磁珠可以有效抑制高频噪声进入到 CODEC 中。当然，我们也可以使用一个简单的 RC 滤波器将音频 CODEC 电源与系统电源隔离开。

（3）   电源退耦电容的要求

为了获得更好的性能，我们建议对于电源的输入引脚最好采用“一大一小”的设计，就是说，最好用一个 4.7~10uF 的大电容和一个 0.1uF 的小电容作为电源的退耦电容。

（4）   电荷泵的处理

电荷泵电路参数需要参考我们开发板（CL1026），这部分电路有比较大的噪声，需要远离音频输入输出电路。并且尽量的靠近 CODEC 放置。

1. 地的分割：

在模拟电路中，如果 GND 处理的不好，会引入大量的噪声，这种噪声是很致命的，因为它不仅影响系统的性能参数，甚至是可以听到的。这对于音频电路来说是个毁灭性的灾难。所以我们要特别注意地的独立性。

（1）“单点接地”

通常单点接地适用于频率较低的电路中（1MHz 以下），在音频系统中也是常常采用的办法。我们可以使用一个小阻值的电阻或者磁珠将音频 CODEC 的模拟地和系统地进行隔离，这里的音频 CODEC 的模拟地，指的是 mic，HP 等与音频相关的模拟地（AGND），然后通过一个小的电阻或者磁珠与系统地（GND）连接起来。这样可以保证 mic 信号等容易受到干扰的模拟电流回路只在 AGND 的网络中，而系统地中的各种电源噪声，数字芯片噪声被限制在 GND 中，从而不会产生互相干扰。

（2）地层的分割

由于系统的复杂度，越来越多的 PCB 设计采用多层板，这对于模拟电路设计来说是有很大帮助的，这样我们可以获得一个较为完整的地层。通常我们的做法是，将系统地与音频 CODEC 地分隔开（单点接地），音频部分的器件摆放在音频 CODEC 地的区域内。对于 4 层或者 4 层以上 PCB 板，我们建议音频 CODEC 放在 TOP 层，第二层为 GND 层，在第二层中，也需要对 CODEC 所在的区域进行地的分割。

1. 模拟信号接口：（1） MIC 信号

对于 CODEC 的 MIC 输入，我们建议对 MIC 信号线和 MICREF 信号线，在隔直电容两端走线都按差分信号走线处理，这样能够获得最佳的 MIC 音频性能，减小外围的干扰。同时，隔直电容靠近 CODEC 放置。如果信号线周围有较大的干扰源，我们建议对 MIC 的输入信号进行包地处理，隔离噪声。

MIC 的信号线越短越好。

MICREF 信号线需要经过隔直电容再接地，接地的时候串接 1K 电阻来减少噪声。

（2）   MICBIAS 的处理

CL1026内部提供了可调电压的 MICBS 输出，降低了开发的难度，对于MICBS，偏置电阻的阻值通常选择 2.2K，同时最好并上一个 0.1~1uF 的电阻，以提供更为干净的偏置电压。对于像 CL1026 这样的 CODEC，有两组 MICBIAS 的输出，如果 MIC1 和 MIC2 接的 MIC 输入是同源的，我们可以短接 MICBIAS1 和MICBIAS2，这样可以降低 MICBIAS 电源带来的噪声。（同源的意思就是 MIC1 和MIC2 需要采集的信号是相近的。短接 MICBIAS 可能会有轻微串扰）

（3）   MIC 的隔直电容

对于 MIC 输入信号的隔直电容，不要大于 1uF，过大的容值会导致芯片工作不正常。

    CL1026的录音性能达到SNR 100dB， THD + N -96dB , 放音性能 SNR 104dB, THD + N 达到-95dB。 录音功耗位6mA, 放音5mA。 内置强大的EQ （可以在任意频点按任意带宽做EQ）。 非常多的原来采用WM8988/WM8994/WM8960/WM8974/CS4270/AK4951/ TLV320AIC3104/ TLV320AIC3204/NAU88C10/NAU88C22的客户都切换到这颗器件上。

Audio: 音频系统

1. Codec – (Coder-Decoder)

英文缩写：Codec, 支持视频和音频压缩（CO）与解压缩( DEC ) 的编解码器或软件。CODEC技术能有效减少数字存储占用的空间，在计算机系统中，使用硬件完成CODEC可以节省CPU的资源，提高系统的运行效率。

Codec对AD变换后的音视频数字信号的传输进行编码、压缩，在接收端对信号解码。一般用在视频会议、流媒体、视频应用等场合。

CODEC就是多媒体数字信号编解码器，主要负责数字->模拟信号转换（DAC）和模拟->数字信号的转换（ADC）。不管是音频加速器好，还是I/O控制器好，他们输入输出的都是纯数字信号，我们要使用声卡上的Line Out插孔输出信号的话，信号就必须经过声卡上的CODEC的转换处理。可以说，声卡模拟输入输出的品质和CODEC的转换品质有着重大的关系，音频加速器或I/O控制器决定了声卡内部数字信号的质量，而CODEC则决定了模拟输入输出的好坏。

2. 物理结构

音频编解码器Codec负责处理音频信息，包括ADC,DAC,Mixer,DSP,输入输出以及音量控制等所有与音频相关的功能。

            Codec与处理器之间通过I2C总线和数字音频接口DAI进行通信。

            I2C总线 - 实现对Codec寄存器数据的读写。

 　　　DAI - 实现音频数据在CPU和Codec间的通信。

以Codec作为研究对象，它的输入有Mic(Microphone),PhoneIn电话信号等，输出有耳机HP(HeadPhone)，扬声器Speaker和PhoneOut电话信号。另外需要注意在Codec与CPU端间也有音频数字信号的输入输出。

 3. 应用情景

3.1. 播放音乐

 3.2. 录音 

 

 3.3. 打电话

 3.4. 接电话

 3.5. 通过蓝牙打电话

 3.6. 通过蓝牙接电话

 4. Android音频系统架构

Android的音频系统拥有一个比较标准和健全的架构，从上层应用，java framework服务AudioMananger，本地服务AudioFlinger，抽象层AlsaHAL，本地库，再调用external的Alsa-lib外部支持库，最后到底层驱动的codec，可谓"五脏俱全"。