CM7120：双核DSP音频芯片，智能音频处理引擎

产品概述

CM7120是一款高度集成的音频数字信号处理器和编解码器集线器系统。该芯片采用先进的大小核DSP架构，结合高性能灵活编解码器集线器，专为智能手机、平板电脑和耳机设备等移动系统设计。CM7120集成了两个DSP核心和丰富的存储器资源，支持复杂的信号处理应用和超低功耗语音触发功能。

该芯片采用小型WLCSP封装，适合空间受限的移动设备应用。CM7120的架构设计充分考虑了功耗效率目标，帮助设备实现长时间播放、录音和语音通话等应用场景。芯片支持从外部闪存自动加载DSP代码，提供完全灵活的数字混音和路由功能，集成异步采样率转换器。

技术架构

CM7120采用双DSP核心架构，集成了Tensilica HiFi-3 DSP核心和Tensilica HiFi Mini DSP核心。HiFi-3 DSP核心运行速度达300MIPS，配备128KB指令RAM和128KB数据RAM，支持复杂的信号处理应用。HiFi Mini DSP核心运行速度50MIPS，配备40KB指令RAM和80KB数据RAM，专注于轻量级和超低功耗应用。

芯片内部包含192KB共享SRAM，供两个DSP核心共同使用。数字音频接口部分提供五个8~~32位、8kHz~~192kHz的I2S/PCM/TDM接口，其中两个接口支持ASRC功能。控制接口包括最高2MHz的I2C接口和最高30MHz的SPI接口，支持DSP固件代码加载。

模拟部分集成四个差分模拟麦克风输入和最多八个数字麦克风输入，支持四通道模拟麦克风录音。输出部分包含无直流阻挡电容的立体声耳机放大器、立体声单端或差分线路输出端口，以及单端差分接收器放大器输出。

核心功能

DSP处理能力

HiFi-3 DSP核心支持多麦克风高级语音处理，包括噪声抑制、声学回声消除等功能。HiFi Mini DSP核心专门处理语音触发和语音命令应用，在保持超低功耗的同时实现实时响应。两个DSP核心共享192KB SRAM存储器，支持复杂算法运行。

音频接口系统

五个数字音频接口支持I2S/PCM/TDM音频格式，采样率范围覆盖8kHz至192kHz。两个接口集成异步采样率转换器，支持不同时钟域的音频数据同步处理。独立的PDM接口支持四通道同时播放，数字麦克风接口支持八通道录音。

信号处理组件

22波段参数均衡器包含左右声道各11个波段，每个波段可独立编程补偿扬声器频率响应。记录路径配备独立的12波段参数均衡器，左右声道各6个波段。多波段动态范围控制包含三波段DRC和交叉滤波器，配合前端模拟PGA实现录音路径的动态范围优化。

电源管理

芯片内部集成三个锁相环，支持宽范围时钟输入。各功能模块采用独立电源管理，支持按需启停。数字麦克风时钟动态开关功能在语音活动检测模式下有效降低功耗。

性能参数

耳机输出性能

信噪比：114dBA（32Ω负载，25mW输出，20Hz-20kHz）
动态范围：108dBA（-60dBFS输入，32Ω负载，25mW输出）
总谐波失真加噪声：-93dB（32Ω负载，20mW输出）
满量程输出电压：1Vrms（32Ω负载）
串扰：<-100dB（32Ω负载，1kHz）
电源抑制比：>80dB（100mVrms纹波，20Hz-5kHz）

线路输出性能

信噪比：114dBA（32Ω负载）
动态范围：101dBA（-60dBFS输入，32Ω负载）
总谐波失真加噪声：-97dB（32Ω负载）
满量程输出电压：≥1Vrms
串扰：<-80dB（≥600Ω负载）

接收器放大器性能

噪声电平：<8μV（16Ω负载）
输出功率：50mW（3.3V供电，16Ω负载，THD+N<0.01%）
输出功率：100mW（3.3V供电，16Ω负载，THD+N<0.03%）
电源抑制比：≥80dB（100mVrms纹波）

模拟输入性能

信噪比：100dBA（单端/差分模式，0dB增益）
总谐波失真加噪声：-94dB（单端/差分模式，0dB增益）
增益范围：-12dB至+39.75dB，步进0.75dB

应用场景

智能手机音频系统

在智能手机应用中，CM7120作为主音频处理器，处理语音通话、媒体播放和录音功能。芯片支持多麦克风阵列处理，实现波束成形和噪声消除。耳机阻抗检测功能自动适配输出增益，确保最佳音频体验。语音活动检测模块配合HiFi Mini DSP实现低功耗语音唤醒功能。

平板电脑音频方案

平板设备利用CM7120的多个音频接口连接内置扬声器、麦克风阵列和耳机插孔。动态范围控制功能保护扬声器免受过载损坏，参数均衡器补偿不同扬声器特性。数字麦克风接口支持高信噪比录音，适合视频会议和内容创作应用。

耳机和头戴设备

高端耳机产品采用CM7120实现主动降噪和音频增强功能。芯片的小尺寸封装适合集成在耳机腔内，低功耗特性延长电池续航。多按钮检测支持播放控制、音量调节和语音助手触发，提供完整的用户交互体验。

设计指南

硬件设计要点

电源设计需要为数字核、模拟核和IO域提供独立供电，推荐使用低噪声LDO。模拟电源应加强滤波，避免数字噪声耦合。时钟电路建议使用24MHz晶振，精度要求±10ppm。PCB布局应将模拟和数字部分物理隔离，使用独立接地层。

麦克风偏置电路设计需考虑MICBIAS1用于耳机麦克风，输出电压可调（2.3V/2.5V/2.7V）。MICBIAS2和MICBIAS3用于AMEMS麦克风，输出电压可调（1.8V/1.9V/2.0V/2.7V）。所有偏置电源应具备高PSRR和低噪声特性。

软件配置

DSP固件通过SPI接口加载，支持CRC校验功能。系统启动时可从外部闪存自动加载代码，支持24位或32位地址长度。UART接口最高支持5Mbps波特率，用于调试和系统控制。

音频路由配置通过寄存器设置实现，支持灵活的混音和采样率转换。参数均衡器和动态范围控制参数需根据具体应用调试优化。语音活动检测缓冲区读取点可灵活控制，减少关键词检测延迟。

系统集成

与主处理器的接口主要通过I2C控制总线和数字音频接口实现。建议使用独立的I2S接口连接基带处理器和应用处理器。SPDIF输入支持24位格式和192kHz采样率，适合连接外部高质量音频源。

技术优势

架构创新

大小核DSP架构实现性能与功耗的平衡，HiFi-3处理复杂算法，HiFi Mini处理常驻语音功能。共享存储器架构提高数据交换效率，减少外部存储器访问功耗。灵活的电源管理支持各模块独立控制，根据应用场景动态调整功耗。

集成度优化

单芯片集成完整音频处理链，从模拟输入到数字处理再到模拟输出。无电容耳机放大器设计节省外部元件，减少PCB面积和BOM成本。多接口支持满足不同系统架构需求，减少外部电平转换和接口芯片。

算法性能

先进的语音处理算法支持多麦克风场景，包括噪声抑制、回声消除和语音增强。参数均衡器提供精细的频率响应调整，动态范围控制保护扬声器并优化响度感知。阻抗检测算法自动适配输出特性，确保不同耳机的最佳驱动。

实际应用案例

高端智能手机音频子系统

在某品牌旗舰智能手机中，CM7120作为音频处理核心，连接四个数字麦克风组成阵列。系统实现360度语音拾取和噪声消除，在嘈杂环境中保持通话清晰度。耳机输出驱动32Ω高阻抗耳机，输出功率25mW时信噪比达到114dBA。

播放音乐时，22波段参数均衡器根据耳机频率特性进行补偿，动态范围控制防止音频削波。语音助手功能利用HiFi Mini DSP实现低功耗监听，电池续航延长15%。多按钮检测支持线控操作，识别四种不同阻值按钮。

平板电脑会议系统

商务平板集成CM7120处理视频会议音频，连接两个模拟麦克风和两个数字麦克风。波束成形算法增强主讲人语音，噪声抑制功能消除环境噪声。接收器放大器驱动内置扬声器，在3.3V供电下输出100mW功率。

录音时使用三波段动态范围控制，配合前端模拟PGA避免信号过载。12波段参数均衡器补偿麦克风频率响应，确保语音清晰度。系统支持语音触发唤醒，待机功耗较传统方案降低40%。

无线耳机主动降噪

真无线耳机采用CM7120实现混合主动降噪，前馈和反馈麦克风信号在DSP中实时处理。芯片的小尺寸封装允许直接集成在耳机柄内，节省空间。低功耗特性支持单次充电8小时播放，语音唤醒功能保持常驻。

耳机检测功能自动识别插入状态，阻抗检测适配不同耳机负载。无电容输出设计消除开机爆音，偏移电平控制在100μV以内。多波段均衡器根据用户偏好定制音效，动态范围控制保护微型扬声器。