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謹慎選擇USB音訊微控制器

2013年12月03日  | Kendall Castor-Perry & Leon Tan

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缺乏穩固性

針對USB音訊系統(針對各種主機設計,但主要是針對行動主機)的故障測試旨在測試包含較短時段選擇的播放清單之迴圈情況,每個時段的取樣速率各不相同。看來,大家似乎都不太喜歡這種測試,你也會對該測試的失敗頻率感到驚訝。這不僅發生在一些由多家晶片供應商兜在一起的專案中,也發生在現成的商用音訊產品上。


從這些測試中可以發現一些明顯的行為特徵。在某些情況下,測試中的系統無法開始播放其中一個音軌,從而導致在本該有聲音的音軌階段出現一段長時間的靜音。還有一些情況是,有些音軌會看似隨機地在重播時出現一定程度的失真,你會聽到輕微的劈裡啪啦聲,有時甚至會被那種聲音突然嚇一跳。


圖1: USB音訊效果隨取樣速率的變化而惡化。
圖1: USB音訊效果隨取樣速率的變化而惡化。


圖1 顯示了在變換的44.1-ksps和48-ksps速率下1.4-kHz測試音調的頻譜(以優秀的免費程式Friture測得),該頻譜在某廠商的評估電路板上顯示。通過該圖,我們可以看到很多指標都未達到標準,最明顯的是在某一時段上的完全嚴重故障。整體表現很不穩定。圖2 顯示的是使用具有強大韌體和穩固硬體同步主時鐘產生器的SoC參考系統進行的同一測試。


圖2:配置硬體時鐘恢復功能的SoC系統在圖1中應呈現的圖樣。
圖2:配置硬體時鐘恢復功能的SoC系統在圖1中應呈現的圖樣。


我從美國購買了一個現成的揚聲器底座,結果發現在任何音軌的末端都會出現明顯且惱人的音調變化,緊隨其後的就是另一具有不同取樣速率的音軌,因為它太早就改變了取樣速率。前10秒鐘你會覺得比較有趣,隨後這種新鮮感消失,你會把它打包裝箱然後退回給商店,隨後製造商不得不面對退貨授權和承擔技術支援服務中心的費用。行動設備製造商也不得不向消費者解釋說出現這種問題不是自身USB或自有連接器(相對於3.5-mm插孔)的問題,而是配件的問題。


圖3:因取樣速率太早變化而造成明顯的音調變化。
圖3:因取樣速率太早變化而造成明顯的音調變化。


圖3 給出了音調變化示意圖,圖案圍繞四個不同的取樣速率頻率1 kHz、1.2 kHz、1.4 kHz和1.6 kHz呈階梯狀變化。獲知新的取樣速率後,該產品的重播頻率立刻向上躥升。


圖4 則沒有頻率變換的問題。相反地,這個從一家聲譽良好的音訊公司購得的底座產品僅在一些音軌上隨機出現了一些空檔,並沒有全部播放出來。


圖4:該產品沒有音調變換,而是完全沒有音軌。
圖4:該產品沒有音調變換,而是完全沒有音軌。


所以我講這個故事的寓意是:一定要對設計進行深入的測試,並找出它的破綻。這一點應在選擇廠商的過程中就著手去做,並在整個開發過程中定期進行測試。


現代化的行動音訊配件由一連串代碼組成,對中斷優先順序和DMA描述符(descriptor)的一些單純改變都會在一定程度上些許地改變系統行為。因此,我建議在設計團隊之間相互交換發佈候選的設計,如果他們能發現其中的設計缺陷,就給他們一些獎勵。


(未完,請參閱下頁更多內文及附圖)


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