La rivoluzione audio-video

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Lo sviluppo prorompente della tecnologia digitale sta creando le premesse per un altrettanto prorompente sviluppo della tecnologia analogica, in cui audio e video rappresenteranno i paradigmi informativi a fondamento di questa rivoluzione. Basta considerare l’enorme rete di dispositivi dotati di funzionalità audio e video capaci di raccogliere dati di natura audio e vocale dall’ambiente circostante, rendendo tale informazione disponibile nel dominio digitale, consentendo la realizzazione di applicazioni innovative in campi applicativi come il medicale, la comunicazione e l’elettronica di consumo in generale. L’analogica in questo senso sta assumendo il ruolo di tecnologia abilitante per la tecnologia digitale e in questo senso l’audio e il video svolgono il ruolo di informazione driver di questa rivoluzione. Audio e video appresentano due importanti componenti dell’informazione caratterizzante le applicazioni microelettroniche di ultima generazione e conseguentemente fanno riferimento a soluzioni di elettronica integrata che ottimizzano i requisiti di progettazione dei sistemi embedded in termini di qualità del segnale, minimizzazione dei consumi di potenza e riduzione delle dimensioni. Funzioni fondamentali per le applicazioni microelettroniche di natura audio visuale sono gli amplificatori e i Codec. Le seguenti applicazioni definiscono un contesto in cui la tecnologia analogica in generale e la componente audio-visuale hanno dimostrato l’effettività di questa tendenza.


  • Dispositivi per i cellulari - La migrazione verso la funzionalità 3G ha reso disponibili piattaforme telefoniche intelligenti e ricche di potenzialità applicative proprio grazie alla convergenza delle componenti informative audio e visuali, come la riproduzione della musica nel formato Mp3 e la diffusione televisiva dell’informazione. L’integrazione in questi dispositivi di videocamere a risoluzione sempre maggiore ha avuto un impatto di ulteriore sviluppo anche sulla componente digitale, processore, display, memoria, sistema di gestione dell’alimentazione e dei consumi energetici, sottosistema di comunicazione dati.
  • Dispositivi per il medicale - La cura della salute rappresenta il contesto applicativo di questa rivoluzione tecnologica che vede l’elettronica analogica e la componente audio-visuale svolgere il ruolo di driver dello sviluppo e della trasformazione di un settore applicativo (quello medicale), rigorosamente basato su apparecchiature dedicate e non end-user, come quelle dell’healthcare wearable devices.
  • Dispositivi per la Digital Tv - È ormai un dato di fatto che la Tv sia un sistema di comunicazione audio-visivo consolidato in termini di tecnologia digitale, La Tv ad alta definizione e l’audio theater quality sono punti di riferimento della sfida tecnologica della Tv di prossima generazione. In questo contesto un ruolo fondamentale è svolto dai circuiti integrati che supportano i molteplici standard e i diversi standard di interfaccia Hdmi (High Definition Multimedia Interface) per la compatibilità di interfacciamento verso l’enorme quantità di dispositivi audio-visuali al contorno, Dvd, Vcr, Cd player, camcorder. La riproduzione dei contenuti video ad alta definizione è una delle problematiche che mettono maggiormente alla prova le capacità di processing dei sistemi audio-visuali. L’utilizzo dello standard Hdmi garantisce una considerevole riduzione dei requisiti di processing, di costo e di complessità delle applicazioni.

Il circuito integrato ADV7610 di Analog Devices incorpora un ricevitore Hdmi che supporta la Tv 3D definita nella specifica dello standard Hdmi e il formato Uxga a 60 HZ a 8 bit. Questo circuito integrato ha quattro canali stereo audio per gestire l’audio estratto dal flusso Hdmi. Questo componente contiene un component processor CP che elabora i segnali video provenienti dal ricevitore Hdmi fornendo funzioni come il controllo del contrasto, della brillantezza, della saturazione. L’ADV7610 è un Cmos incapsulato in un package di 6 × 6 mm 76-ball Csp-Bga, ideale per applicazioni portatili, pico proiettori e digital video camera (Fig. 1).

 

Audio e video Codec

I Codec (CoderDecoder) sono dispositivi per la codifica in forma digitale di sequenze di segnale audio o video in accordo con determinati standard di codifica digitale. La codifica può essere con perdita di informazione (lossy) o senza perdita di informazione (lossless). Lo scopo del Codec è di rendere disponibile al sistema il segnale audio o video in un formato memorizzabile o trasmissibile in maniera efficiente. A tale scopo il Codec implementa algoritmi standard di compressione che consentono di ottenere elevati rapporti di compressione della quantità di informazione digitale necessaria per la rappresentazione dell’informazione audio o video. La perdita o non perdita di informazione del Codec dipende dall’algoritmo di compressione utilizzato e dal rapporto di compressione desiderato. I chip Codec integrano la funzionalità necessaria alla conversione in digitale dell’informazione delle sequenze analogiche audio o video (convertitori A/D) ed eventualmente anche la logica per eseguire la compressione dei dati di conversione. L’ADV7202 di Analog Devices è un Codec video capace di campionare fino a 5 segnali video Ntsc/Pal/Secam video con una risoluzione di 12 bit; 2 bits (12 dB) vengono utilizzati per il controllo del guadagno e dell’offset. Il chip integra anche un back end con quattro 10 bit Dac che campionano a 54 MHz e producono una uscita BS, S-Video, YCrC e Rgb (Fig. 2). Questo Codec supporta anche il Picture-on-Picture. L’ADV7202 opera a 3,3 o 5 V. il chip è incapsulato in un package 64-lead Lqfp.

 

Amplificatori audio

Gli amplificatori audio sono definiti in termini di classi in base ai livelli di distorsione del segnale, quindi alla qualità di trattamento del segnale audio. La classe A viene utilizzata per amplificare segnali audio a bassa distorsione quindi servono per applicazioni audio di qualità. Nella classificazione Classe A, B, C, D, gli amplificatori in classe A sono quelli di massimo pregio, anche se caratterizzati da un elevato consumo energetico, dovuto all’elevata dissipazione del transistor utilizzato in tali dispositivi. La classe A non è in grado di erogare elevate potenze. La classe B si caratterizza per l’erogazione di elevate potenze senza consumare energia elettrica in maniera eccessiva. Di conseguenza la combinazione delle classi A e B, quindi gli amplificatori in classe AB, sono un’implementazione ottimale per gli amplificatori audio. Una classe particolarmente importante sono gli amplificatori audio in classe D (digitali), in quanto capaci di erogare potenze molto elevate. Questi amplificatori utilizzano un meccanismo a commutazione Pwm (Pulse width modulation) che consente di trasferire in uscita la potenza in maniera elevata con grande efficienza.

 

Audio subsystems

Gli audio subsystems combinano un amplificatore audio capace di pilotare direttamente un altoparlante con un amplificatore per cuffia con controlli separati del volume e dell’accensione e spegnimento. Gli ingressi sono configurabili in modalità single-ended e differenziali. Si tratta di dispositivi ad elevata integrazione che inglobano un sistema di minimizzazione del rumore di uscita di tipo noise gate e sistemi automatici di controllo della dinamica e di protezione degli altoparlanti in modo da garantire la gestione di piccoli segnali con elevati guadagni preservando la qualità del segnale riprodotto dall’altoparlante.

 

Amplificatori audio a bassa suscettibilità Rf

Le applicazioni audio sui dispositivi portatili pongono allo sviluppatore varie sfide legate alle prestazioni, tra cui il superamento delle problematiche di interferenza Rf e di potenza da erogare con alimentazioni a bassa tensione. I dispositivi radio Gsm trasmettono utilizzando l’accesso multiplo a divisione di tempo (Tdma) a intervalli di 217 HZ. Ne consegue un segnale Rf con una forte modulazione a 217 HZ con le relative armoniche che vengono facilmente demodulate dall’amplificatore audio e trasferite nel segnale. Per rigettare il rumore Rf il sottosistema audio MAX97003 di Maxim Integrated è stato progettato per ridurre l’interferenza dei segnali RF nelle applicazioni in cui la parte audio deve coesistere con quella Rf come nei sistemi di telefonia Gsm. Il modulo MAX97003 è un sottosistema audio ad elevata funzionalità interna controllabile in modalità digitale via I2C a due fili serial-data line e serial clock line. Il controllo della funzionalità avviene tramite registri (per esempio gli headphone Volume control register). Tramite registri è possibile controllare la modalità a basso consumo degli altoparlanti.

 

Wireless audio IC

L’integrazione su singolo chip della funzionalità audio e di quella Rf rappresenta una importante innovazione che soddisfa i crescenti requisiti delle applicazioni audio visuali sempre più basate sulle piattaforme di computing portatili e wireless. I dispositivi PurePath wireless audio di Texas Instruments rappresentano una importante innovazione nella componentistica integrata per le applicazioni audio, in quanto integrano in un singolo chip, oltre alla componentistica di controllo e trattamento dell’audio, anche la funzionalità di comunicazione wireless a 2,5 GHz. Inoltre, l’interfaccia Hid è integrata nel chip e il livello funzionale è così avanzato che per la sua applicazione questo chip non richiede sviluppo di software di controllo. Il chip supporta stream audio digitali per quattro canali e grazie alla soluzione wireless Usb CC8521 il Pc può essere scelto come piattaforma applicativa. Il segnale audio digitale non viene compresso. La funzionalità Rf integrata in questo SoC garantisce un data rate di 5 Mbps garantendo la qualità audio Cd (44,1/48 khZ, 16 bit), il supporto dell’interfaccia audio digitale I2S e una latenza audio fissa e regolabile fino a meno di 20 ms. Viene supportato anche un canale dati laterale a quello audio. Grazie ad un tool gratuito di configurazione grafica i chip CC85xx possono essere configurati per la funzionalità desiderata tramite una immagine firmware che viene scaricata nel chip tramite le interfacce di controllo nella memoria non volatile interna.

 

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