從Siri到Cortana，從手機到智能音箱再到智能汽車。「世界本不能與機器對話，說的人多了，也便有了應用。」然而，與日俱增的應用之下，總會有些許缺點會暴露……最為致命的缺點就在於機器的「聽力」方面，如若採樣音頻都「雜亂無章」，何以驅動整個智能系統；如若任何命令都「置若罔聞」，何以對話整個數字世界？
據市場統計數據顯示，至2020年，將有大約500億設備擁有音頻接口的需求，廣泛用於智能音箱、智能汽車甚至冰箱、空調、洗衣機等家電中。此前人們的生活習慣偏向於遙控或按鍵時，未來或將更偏重於語音控制，而類似的應用也正在如雨後春筍般大量湧現。
正因如此，採樣的質量才凸顯出其無可比擬的地位。目前來說，智能家居面臨的兩方面挑戰，一方面，由於需求越來越廣，遠距離語音控制場景越來越多，遠場音頻採集困難；另一方面，由於麥克風數量有限且信號處理能力有限，現有的智能家居系統難以在嘈雜的環境中理解語音命令。
突破在這方面的挑戰，除了外圍設備，電子工程師更看重「內在」，而音頻ADC正是這一切的核心。11月21日，TI發布新型Burr-Brown音頻ADC並介紹了TI在音頻技術上的整套解決方案，21ic中國電子網記者受邀參加此次發布會。德州儀器音頻產品市場工程師AbhiMuppiri，德州儀器華北區技術應用經理趙般多現場為記者解析這款音頻ADC背後的「黑科技」。
無懼遠距離和嘈雜環境：TLV320ADC5140
TI最新發布的新型Burr-Brown音頻ADC TLV320ADC5140正是為解決遠距離和噪聲問題而生。據Abhi介紹，這款產品可拾取10米以上距離發出的聲音，擁有比行業同類產品遠4倍的遠場語音採集，同時是是首款完全支持超過106dB動態範圍的最新高信噪比麥克風的ADC，而在開啟動態範圍增強器（DRE）後可達到120dB。
趙般多為記者介紹表示，之所以能夠遠距離採樣相關語音命令，正是得益於這款產品最為特殊的地方——內置的120dB動態範圍增強器（DRE）。在系統層面，即使在非常靠近音箱輸出的情況下，DRE方案仍可在保持低失真錄音的同時增強低音量音頻信號。DRE還可以改善所有環境中的遠場高保真錄音。
當然，這款產品並非僅此功能而已，還包括了可編程增益放大器、高通濾波器、通道混合以及線性相位或超低延遲濾波器功能，因此即使處於嘈雜環境也可準確採樣。
值得一提的是，這款產品的封裝尺寸只有4mm x 4mm，採用24引腳超薄型無引線（WQFN）封裝，可以說超小型的體積非常適用於目前追求小型化的電子產業。
圖1：TLV320ADC5140 Audio ADC
潛藏小身材下的高保真語音採集秘密
首要提及的便是上文所述的動態範圍增強器（DRE），其實這種技術對於熟悉音頻的人或許有所耳聞，另外在電源控制方面也有這項技術的應用，不過在音頻ADC領域，TI是非常領先的。
據Abhi介紹，該項功能是與客戶探討開發的獨特功能，藉由此功能可將動態範圍從106dB提升至120dB的高水平。Abhi強調，與客戶探討時發現，語音控制受環境、距離因素產生的音量忽大忽小是常見問題。他表示，DRE整體是一套閉環控制的過程，採樣的信號經過DRE分析後由可變增益放大器轉化，當信號較小時，相關信號也將反饋於前級電子增益進行調整。
圖2：德州儀器（TI）音頻產品市場工程師Abhi Muppiri先生解讀新型Burr-Brown音頻ADC產品
除了DRE，這款ADC還會對採樣數據進行相位校正、波束成形和主動消噪算法，通過嵌入硬體的功能可以保證語音採樣的高保真，而客戶也可在處理器端使用相關算法進而優化。
Ahbi為記者介紹表示，即使智能音箱播放至最高音量，也可以清晰採樣用戶命令信息，再經過app算法抵消相關聲音，即可獲取清晰的命令，這便是藉由DRE將動態範圍提升至120dB最明顯的優點。
數字/模擬麥克風的多重搭配催生新應用
麥克風目前擁有數字型和模擬型兩種，在外圍設備適配方面，Abhi強調，這款產品支持麥克風輸入的四個模擬通道或八個數字通道，亦或是隨意組合進行同步採樣，從而確保了系統靈活性，另外還提供增益和相位校準等可編程功能，以均衡麥克風陣列失配。
話題說到此處，或許會產生一些疑問，既然如此數字、模擬麥克風究竟孰強孰弱？趙般多為記者解釋表示，數字麥克風通常在功耗方面比模擬效果好，但信噪比方面模擬麥克風則更佳，因此該款產品既支持數字麥克風也支持模擬麥克風，客戶可根據實際需求進行修改。
圖3：德州儀器（TI）華北區技術應用經理趙般多先生解讀新型Burr-Brown音頻ADC產品
正因擁有數字麥克風和模擬麥克風的「雙重加持」，才能搭配出不一樣的應用。Abhi為記者舉了一個例子，一些電池供電的攝像頭可在待機狀態使用低功耗的數字麥克風實時監測環境，而當監測到有人闖入時，喚醒模擬麥克風進行高質量音源採樣，這樣便兼顧了低功耗與高質量。
覆蓋全行業需求的產品線
除了TLV320ADC5140，如此能「打」的產品還有兩個。目前，TI在音頻ADC上擁有TLV320ADC3140/ 5140 / 6140三款產品，而上文所主要介紹的5140則屬於中檔產品。價格方面，三款產品分別為$1.99 / $2.99 / $4.99，需要注意的該定價是為千件下的定價，在需求量不同時將會有所浮動。
具體來說，3140屬於入門級產品，因為沒有搭載DRE技術，所以動態範圍（DR）方面為106dB。而針對高端市場的6140本身就擁有113dB的動態範圍（DR），使用DRE技術可將動態範圍（DR）擴展到122dB，並達到123dB的信噪比（SNR）。
據Abhi介紹，如此定檔和定價的原因在於相信不同的類型的產品會用到不同的應用產品裡去。他表示，3140屬入門級產品，在一些智能音箱、電視上或許檢測聲音距離並不遠，因此3140足以滿足需求；而在需要檢測更遠距離或嘈雜環境下，5140可以滿足要求；一些專業錄音場景應用下面對的問題就是如何在有限空間內獲取最高的性能，因此6140可以滿足頂級的需求。
除了三款可供選擇的音頻ADC，TI還提供了全套產品線的產品組合。眾所周知，Burr-Brown是一家成立於1956年的模擬器件廠商，據Abhi介紹，自2000年Burr Brown被TI收購以後，一直延續本品牌在音頻上的獨特技術和發展，其中不僅擁有ADC/DAC，還包括高性能D類放大器、數據轉換器和運算放大器的全套音頻產品組合。
圖4：TI Burr-Brown音頻技術
另外，據趙般多介紹，在集成型的產品，諸如Codec，TI也在持續關注和投入，相關產品也將會被發布。當然是集成好還是分開好，具體還應取決於應用方向和客戶的選擇。
目前著重於智能家居市場
Abhi對記者介紹表示，相較於歐美和日本，智能家居中國處於領先水平，除了智能音箱以外，電視、冰箱、空調均在向語音交互方面發展。目前來說已在中國市場擁有許多領先家電廠商合作，並推行語音交互方面發展的計劃。
當然，車載環境也是TI要抓住的重點，不過因為汽車擁有不同的需求和質量評價體系，因此針對汽車應用市場將會在明年發布相關的專屬產品，針對汽車應用進行質量相關的評價和特殊定製。
圖5：高保真音頻適用於要求頂級音質的應用
Abhi強調，TI是一家模擬佔比非常大的公司，強項在於製造、工藝、設計理念的積累和IT方面的積累，因此會發揮好優勢以做出真正適合智能家居音頻這一市場的產品。
在音頻方面，諸如今年大火的TWS耳機，TI也擁有成功案例。本次所發布的TLV320ADC5140適用於對前端模擬信號採集質量要求非常高的場景，隨著智能家居音頻市場的不斷擴張，對於採樣的標準也將越來越高。
（21ic原創，作者：付斌）