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Willkommen in der
Digitalen Welt
Alfred Vollmer Allerspätestens auf der
IFA 2001 (Internationale Funkausstellung), die vom 25. August bis zum
2. September 2001 in Berlin statt
fand, wurde es wirklich jedem deutlich: Die Zukunft der Consumer-Industrie ist digital, ja sogar AudioEndverstärker sollen bald digital
sein. Neben DVD-Playern (und den
ersten DVD-Recordern) waren MP3Player und Handies im Mittelpunkt
des Besucherinteresses. Obwohl die
IFA eine Messe für Endprodukte ist,
machten sich dennoch mehrere
Halbleiterhersteller auf den Weg
nach Berlin, um ihren (potenziellen)
Kunden, den Messeausstellern, die
neusten Spezialitäten aus der Silizium-Küche zu kredenzen. Über die
Foto: Philips Semiconductors
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wichtigsten Neuheiten, die die Halbleiterhersteller in Hotelsuiten von ganz Berlin ausstellten (Halbleiter haben per Anordnung der Messeleitung auf dem
IFA-Gelände nichts zu suchen), informiert Sie der folgende Beitrag – und zwar mit ICs über digitale Audio-Player, ClassD-Audio-Verstärker sowie für TV- und Video-Anwendungen.
N
achdem Micronas seinen neuen sicheren Audio-Prozessor Zenon bereits
im Vorfeld der IFA angekündigt hatte
(siehe elektronik industrie 6/2001, Seite
57), standen im Bereich Audio-Player vor
allem die IC-Lösungen von austriamicrosystems (früher unter dem Namen
AMS bekannt) und Cirrus Logic im Vordergrund, während Philips Semiconductors lediglich eine Lösung für einen digitalen Audio-Player ankündigte, aber
keinerlei technische Details zum Thema
bekannt gab.
Bei der Silicon Sound Card genannten
Einchip-Lösung von austriamicrosystems handelt es sich um eine skalierbare
Mixed-Mode-Hardware- und SoftwarePlattform, die beispielsweise für ein Mobiltelefon eine Vielzahl von analogen
und digitalen Eingängen zur Verfügung
stellt. Dabei ist die Halbleiterlösung in
der Lage, jedes digitale Audio-Format
(inklusive MP3, AAC und WMA) zu bearbeiten und ein analoges Ausgangssignal zur Verfügung zu stellen. Die Musik
kann vom PC über die integrierte USB-
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Schnittstelle herunter geladen und in einer MultiMediaCard (MMC), einer Smart
Media Card, einer CompactFlash-Karte
etc. abgelegt werden.
Teil der Silicon Sound Card ist ein D/AWandler mit 18 bit Auflösung sowie ein
Audio-Verstärker. Der Wirkungsgrad der
integrierten Spannungsregler sorgt
dafür, dass der Versorgungsstrom 15 mA
nicht übersteigt – und zwar unabhängig
von der Versorgungsspannung. Im
Standby-Modus beträgt die Stromaufnahme weniger als 1 µA.
Kernelement ist die integrierte Kombination aus MCU und DSP mit 1 Mbit monolithisch integriertem SRAM. Damit lassen sich Audio-Algorithmen bzw. Funktionalitäten wie Equalizer, harmonische
Klingeltöne etc. abarbeiten. Zur Fertigung der Silicon Sound Card setzt austriamicrosystems einen 0,25-µm-CMOSProzess ein.Das Silizium ist in einem BGA
untergebracht und kann kundenspezifisch angepasst werden. Software-Unterstützung ist bereits jetzt erhältlich
und ein Applikationsboard soll inner-
halb der nächsten Monate folgen. Der
eingebaute Class-AB-Kopfhörerverstärker liefert 2 x 0,25 W an 8 Ω.
Class-D-Verstärker
Im Rahmen seiner Total-E(ntertainment)-Strategie hat Cirrus Logic den
Verstärker-Controller CS44210 mit bis zu
50 W Ausgangsleistung und einem Wirkungsgrad von über 90 Prozent sowie
den Low-Power-Kopfhörerverstärker CS
44L10 in Berlin vorgestellt.
Die neue TrueDigital Class D-Technologie von Cirrus Logic bietet erhebliche
Energieeinsparungen, einen verbesserten Wirkungsgrad und die Möglichkeit,
mehrere Funktionselemente in einem
Produkt zu kombinieren. Der verbesserte Wirkungsgrad erlaubt es den Herstellern auch, ihre Produkte wesentlich
kompakter zu gestalten.So lässt sich beispielsweise eine größere Kompakt-Stereoanlage jetzt auf die Größe eines portablen CD-Players reduzieren – bei
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Bild 1: Die Silicon Sound Card ermöglicht z. B. ein Handy mit integriertem MP3-Player
gleich hoher Ausgangsleistung und
Klangqualität. Da auf Grund des Wirkungsgrads von 90 % (herkömmliche
Verstärker arbeiten mit etwa 50 % Wirkungsgrad) weniger Verlustwärme entsteht, können nicht nur die Netzteile
kleiner ausfallen, sondern auch die
Belüftung wird auf Grund der erheblich
geringeren Abwärme einfacher, was
wiederum Auswirkungen auf das minimale Volumen hat. Dies bedeutet aber
auch, dass Systeme, die bisher 100 W
Eingangsleistung am Verstärker benötigten, um die Lautsprecher mit 50 W an-
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zusteuern, jetzt nur noch 55 W benötigen, um die gleiche Ausgangsleistung
von 50 W zu erzielen.
Der CS44210 arbeitet mit Leistungen
zwischen 5 Watt und 50 Watt bei einem
Ausgangs-Dynamikbereich von bis zu
100 dB. Der Controller ermöglicht die
Datenwandlung mit 24 bit Auflösung
und unterstützt Sampling-Raten bis zu
96 kHz. Der CS44210 liefert auch 50 Watt
Ausgangsleistung zur Ansteuerung von
8-Ohm-Lautsprechern, ohne dass die
Ausgänge „gebrückt“ werden müssen.
Die integrierte Audiosignal-Prozessor-
Grafik: austriamicrosystems
schaltung umfasst Lautstärkeregelung,
Equalizer und Kompressor/Limiter.
Im Rahmen einer strategischen Partnerschaft liefert International Rectifier den
passenden anwendungsspezifischen
Leistungs-Chipsatz für die Ausgangsstufe der Class D-Verstärkerlösung. Die Power-MOSFETs IRCS8101 bzw. IRCS8102
aus der HEXFET-Reihe von IR sowie das
Highside/Lowside-Treiber-IC IRCS8001
wurden speziell optimiert, um gemeinsam mit dem CS44210 die Leistungsverstärkung für Consumer- und Profi-Audioverstärker zu erzielen.
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Bild 2: Cirrus Logic will die Class-D-Verstärker salonfähig machen.
Rein prinzipiell betrachtet sind zur ClassD-Verstärkung sehr hohe Frequenzen
erforderlich. Beim Ein- und Ausschalten
des Ausgangs entstehen Rechtecke und
damit viele Oberwellen. Je höher die
Amplitude um so höher muss die Frequenz sein. Die hohen Frequenzen muss
man sowohl auf dem IC als auch im System in den Griff bekommen. Die Geräteentwickler sind daher bisher noch
sehr zögerlich, Class-D-Verstärker einzusetzen, wobei die elektromagnetische
Verträglichkeit das Hauptproblem darstellt, denn ohne CE-Zeichen geht ja bekanntlich nichts mehr. Selbst die Kabel
zu den Kopfhöreren können hier zum
Problem werden. Zudem müssen Reso-
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nanzeffekte auf die elektrischen Eigenschaften des jeweiligen Kopfhörers abgestimmt werden, so dass beim Anschließen eines anderen Kopfhörer-Typs
unter Umständen der Verstärker nicht
mehr funktioniert.
All diese Schwierigkeiten sind seit Jahrzehnten bekannt und wenn es sich bei
diesen Aspekten nicht um echte Probleme handelte, dann gäbe es wohl fast nur
noch Class-D-Verstärker.
Cirrus Logic begegnet derartigen Einwänden mit dem Hinweis auf einige patentierte Techniken, die bei der Kompensations-Rückkopplungs-Schaltung
zum Einsatz kommen, um Nichtlinearitäten der PWM-Verstärker-Technik aus zu
gleichen.„Mit Hilfe der DSP-Technologie
liefern wir eine durchgehend digitale
Lösung bis hin zur letzten Ausgangsstufe“, erklärt John Marc Woosley, Business
Development Manager bei Cirrus Logic.
„Der erste Tiefpass-Filter nach den Power-MOSFETs sorgt dafür, dass die hochfrequenten Störelemente eine Wechselwirkung mit den Kopfhörern und den
Verbindungskabeln eingehen. Die Technologie ist nicht einfach, aber wenn
man die Cirrus-Logic-Technologie einsetzt, dann ist es für unsere Kunden viel
einfacher, einen Class-D-Verstärker in ihre Produkte zu implementieren.“
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Audio-Player unter $ 100
Mit Hilfe einer neuen Version des Maverick-Prozessors, dem EP7409, will Cirrus
den Kunden-Verkaufspreis von AudioAbspielgeräten auf Flash-Basis unter die
magische 100-Dollar-Marke drücken,
während sich gleichzeitig die maximal
aus einer Batterie- bzw. Akkuladung erzielbare Spieldauer erhöht. Maverick unterstützt jetzt auch mehrere Audio-Standards wie MP3, WMA und ACC. Außerdem ist die Sicherheits-Technologie MaverickKey im EP7409 bereits integriert,
was auch die Musikindustrie freuen
dürfte.
Digitales Fernsehen
Micronas hat mit dem VSP94x2A einen
brandneuen Scanrate-Converter vorgestellt. Es handelt sich dabei um eine monolithisch integrierte Lösung zur Wandlung von Fernsehbildern auf 100 Hz ohne Zeilensprungverfahren. Der VSP
94x2A ist das erste IC in einer neuen Familie pinkompatibler Chips, mit denen
es den Herstellern von Fernsehgeräten
möglich ist, den zumindest vom Pinout
her gleichen Chip in der gesamten Produktpalette vom Low-Cost- bis hin zum
High-End-Fernseher auf ein und derselben Leiterplatte ein zu setzen. Auf dem
Chip befinden sich A/D- und D/AWandler, Multistandard-Farbdecoder für
PAL, NTSC und SECAM, zwei YUV/RGBEingänge mit schnellem Austastsignal,
eine Schnittstelle zum Empfang integrierter digitaler Sendesignale gemäß
ITU 656, ein Horizontal-Scaler, Rauschunterdrückung sowie ein Speicher-Controller inklusive 3 Mbit Embedded-Memory zur Speicherung von Bilddaten.
Der Baustein arbeitet mit Versorgungsspannungen von 3,3 V oder 1,8 V.
Silizium für die Multimedia
Home Platform
Außerdem hat Micronas den hybrid aufgebauten Einchip-Decoder MDE 9500
für digitale Fernsehgeräte vorgestellt,
den die Freiburger gemeinsam mit dem
kalifornischen Unternehmen Zoran ent-
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wickelten. Dieser Baustein erfüllt die Anforderungen des Standards Multimedia
Home Platform (MHP) und enthält IP
beider Unternehmen. Der MDE9500 ermöglicht es den Herstellern, integrierte
digitale Fernseher (integrated digital
TVs: IDTV) zu produzieren. In den kommenden Jahren werden IDTVs die traditionellen Analogfernseher mit den dazugehörigen externen Settop-Boxen
ablösen. Mit dem MED9500 zielt Micronas auf Anwendungen im neu entstehenden Markt für Fernsehgeräte ab, die
sowohl analoge als auch digitale Signale
verarbeiten können. Nach Ansicht der
Instat-Guppe von Cahners wird der
Markt für digitale Fernseher weltweit
von 800 Millionen US-Dollar im Jahr
2000 bis auf 4 Milliarden Dollar im Jahr
2004 anwachsen.
Ziel der Multimedia-Home-Plattform ist
es, eine offene und standardisierte Programmschnittstelle für Anwendungen
in interaktiven Fernsehen zu schaffen.
Jeder MHP-Empfänger soll (zumindest
theoretisch) jede MHP-kompatible Anwendung wie Teleshopping, Spiele und
Elektronische Programmführer wiedergeben können – und zwar unabhängig
vom Hersteller des Gerätes bzw. vom
ausstrahlenden Sender. Das eröffnet allen beteiligten Firmen ein beachtliches
Marktpotential, weshalb auch viele TVHersteller erste Konzeptlösungen für
MHP auf der IFA präsentierten oder das
Thema zumindest intensiv mit den
Händlern diskutierten.
Der MDE 9500 von Micronas verfügt
über die Schnittstellen für den Anschluss erweiterter Funktionalität wie IEEE-1394-Link-Layer-ICs und AT/IDE-Festplatten.Dabei lassen sich die Schnittstellen und Partitionierungen auf die jeweiligen Systemkomponenten verschiedener Fernsehsysteme anpassen. Auf diese
Weise ermöglicht der MDE 9500 den
Aufbau kompletter Systemlösungen.
Beim MDE 9500 handelt es sich um eine
programmierbare Plattform auf Basis eines 32-bit-Mikrocontrollers. Sämtliche
Peripherie-Elemente sowie die in Hardware realisierten MPEG-Controller sind
mit dem Mikrocontroller über einen
speziellen Bus verbunden, wobei zwei
unabhängige DMA-Einheiten den Mikrocontroller bei der Weiterleitung der
Datenströme unterstützen. Der Baustein
bietet eine umfangreiche Videotext-,
NexTView- und TeleWeb-Unterstützung,
während ein Daten-Slicer dafür sorgt,
dass alle weiteren aus der analogen Welt
bekannten Dienste wie WSS, VPS/PDC
und CC empfangen werden können.
Codierer für MPEG-4-Video
Philips Semiconductors wiederum hat
Details über seinen in Echtzeit arbeitenden MPEG-4-Video-Codierer für Consumer-Anwendungen auf Basis des Trimedia-Prozessors bekannt gegeben.
Das neue Bauteil ist in der Lage, Bitströme zu erzeugen, die in vollem Umfang
MPEG-4 ISO/IEC 144496-2 Simple Visual
Profile bzw. Main Visual Profile entsprechen. Das IC arbeitet mit Bitraten zwischen 384 Kbit/s und 4 Mbit/s. Die Realisierung des Codierers im Rahmen der
Trimedia-Prozessor-Architektur stammt
dabei von Streaming Networks. So wird
der neue Codierer in der Lage sein, mehrere rechteckige Video-Objekte in Echtzeit zu codieren. Außerdem unterstützt
der Codierer sowohl das Direktschreibeverfahren (Progressive Scan) als auch
das Zeilensprung-Verfahren (Interlaced
Video) sowie Kompressions-Werkzeuge.
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