中心議題：

• 高品質音頻的機遇與挑戰
• 移動電話的音頻中心設計

解決方案：

• 音頻中心的節能電源設計
• 高品質數據轉換器與D類驅動器相結合

在今天的移動電話市場中
，無論是蘋果新推出來的iPhone，還是摩托羅拉
、諾基亞和三星等領先製造商的相關產品，都顯示出了音樂回放和音頻品質在移動電話設計中的重要性。更高的音頻質量和更大功率的揚聲器
，不僅要求係統帶有更先進的數據轉化器，而且給以鋰電池為電源的設計帶來了巨大的挑戰，這需要歐勝提出了采用“音頻中心(audio hub)”的設計思路，來幫助移動電話設計師解決這些問題，並降低成本和簡化係統設計。

高品質音頻的機遇與挑戰

在(zai)傳(chuan)統(tong)的(de)移(yi)動(dong)電(dian)話(hua)設(she)計(ji)中(zhong)，僅(jin)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)單(dan)聲(sheng)道(dao)的(de)揚(yang)聲(sheng)器(qi)來(lai)播(bo)放(fang)鈴(ling)聲(sheng)
，它(ta)可(ke)能(neng)每(mei)隔(ge)幾(ji)小(xiao)時(shi)才(cai)需(xu)要(yao)播(bo)放(fang)幾(ji)秒(miao)鍾(zhong)。但(dan)最(zui)新(xin)型(xing)號(hao)的(de)多(duo)媒(mei)體(ti)移(yi)動(dong)電(dian)話(hua)可(ke)能(neng)支(zhi)持(chi)電(dian)影(ying)回(hui)放(fang)

、移動電視
、遊you戲xi和he其qi它ta多duo媒mei體ti功gong能neng，並bing在zai係xi統tong的de設she計ji中zhong開kai始shi采cai用yong立li體ti聲sheng揚yang聲sheng器qi，所suo以yi係xi統tong的de設she計ji不bu僅jin要yao考kao慮lv音yin頻pin轉zhuan換huan器qi
，而er且qie還hai需xu要yao將jiang低di功gong耗hao技ji術shu與yu之zhi實shi現xian結jie合he。

但是
，立體聲揚聲器要求的電能是單聲道揚聲器的兩倍，而且需要在一個很長的時間段內一直保持工作狀態。一個持續10分鍾的電影片斷在立體聲揚聲器上消耗的電池能量是10秒單聲道鈴聲的120倍。現在的消費者也在期望更高的音量，1W輸出功率的揚聲器現在已是相當典型的要求，而這對電池能量提出了更高的需求。

在(zai)手(shou)機(ji)上(shang)增(zeng)加(jia)功(gong)能(neng)通(tong)常(chang)要(yao)增(zeng)加(jia)電(dian)路(lu)，在(zai)手(shou)機(ji)體(ti)積(ji)不(bu)斷(duan)縮(suo)小(xiao)的(de)今(jin)天(tian)，這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)留(liu)給(gei)電(dian)池(chi)的(de)空(kong)間(jian)比(bi)以(yi)往(wang)任(ren)何(he)時(shi)候(hou)都(dou)要(yao)小(xiao)。由(you)於(yu)要(yao)求(qiu)在(zai)使(shi)用(yong)盡(jin)可(ke)能(neng)小(xiao)的(de)電(dian)池(chi)的(de)同(tong)時(shi)在(zai)手(shou)機(ji)上(shang)增(zeng)加(jia)更(geng)多(duo)的(de)非(fei)常(chang)耗(hao)電(dian)的(de)音(yin)頻(pin)特(te)性(xing)
，手(shou)機(ji)設(she)計(ji)師(shi)不(bu)得(de)不(bu)仔(zai)細(xi)地(di)檢(jian)討(tao)手(shou)機(ji)上(shang)每(mei)一(yi)個(ge)耗(hao)電(dian)的(de)原(yuan)因(yin)和(he)低(di)效(xiao)率(lv)問(wen)題(ti)，以(yi)在(zai)每(mei)一(yi)個(ge)可(ke)能(neng)的(de)地(di)方(fang)節(jie)省(sheng)電(dian)池(chi)能(neng)量(liang)。這(zhe)一(yi)對(dui)更(geng)長(chang)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)的(de)要(yao)求(qiu)正(zheng)在(zai)推(tui)動(dong)采(cai)用(yong)D類功放技術的趨勢，D類功放能夠消除音頻電路中最大的低效率源。

不(bu)斷(duan)縮(suo)小(xiao)的(de)整(zheng)機(ji)尺(chi)寸(cun)也(ye)正(zheng)在(zai)推(tui)動(dong)混(hun)合(he)信(xin)號(hao)音(yin)頻(pin)功(gong)能(neng)的(de)集(ji)成(cheng)，但(dan)這(zhe)一(yi)集(ji)成(cheng)也(ye)帶(dai)來(lai)了(le)新(xin)的(de)挑(tiao)戰(zhan)，因(yin)為(wei)既(ji)要(yao)改(gai)善(shan)音(yin)頻(pin)質(zhi)量(liang)

，又(you)不(bu)能(neng)增(zeng)加(jia)功(gong)耗(hao)或(huo)要(yao)求(qiu)額(e)外(wai)的(de)外(wai)部(bu)元(yuan)件(jian)(如穩壓器或無源元件)。新一代‘音頻中心’器件正在逐步解決這一複雜的設計難題
，同時解決了改善音頻質量
、將工作和待機模式時的功耗降到最低、並縮小PCB麵積和元器件數量。

音頻中心應運而生

移動電話等便攜式多媒體設備通常含有一些采用不同數據格式的模擬和數字音源，這些音頻流在通過不同的變換器(如小功率揚聲器
、大功率揚聲器和耳機)輸出到真實世界之前必須進行轉換和適當的混合。為了節省空間、削減成本和降低設計複雜性，將這些音頻處理功能全部集中到一個器件(即‘音頻中心’)上肯定是有益的。

數字數據源也能以不同的數據格式
、字長和樣本速率存在。由於電話使用模式通常僅要求音頻中心處理單聲道8kHz PCM格式數據，因此集成數字音樂回放功能要求音頻中心器件處理不同的樣本速率
、字長和數據格式(如立體聲16位44.1kHz I2S數據)。音頻中心上一個靈活的數字音頻接口和時鍾方案再加上Hi-Fi質量的數據轉換器

，可使得在手機上實現數字音樂播放功能不再需要額外的混合信號元件。

音頻中心必須能夠連接具有不同幅度

、源阻抗、DC偏置和帶寬的模擬信號，如FM接收機、麥克風、發送/接收語音數據、鈴聲或Hi-Fi線路輸入。靈活的輸入配置能夠為在不同係統架構中的這些不同信號特性提供支持，而且同時最小化引腳數、節省空間和降低成本。

在音頻中心的模擬域中混合能夠消除樣本速率轉換困難
，而且靈活的混合通道能夠促成新的應用特性的出現。像WM8983和WM8985這樣的器件允許對麥克風輸入、數字音樂
、FM接收器和接收的語音數據進行任意的混合
，並提供重新數字化這一混合音頻的功能


，這可促成如卡拉OK錄製等功能的實現。

音頻中心的節能電源設計

上述的信號鏈上針對各音頻功能的電源要求是音頻中心器件中最不同的，一般有3到4個獨立的電源域，每個域都有自己獨特的電壓/dianliuyaoqiuhezaoshengtexing。yinpinzhongxinqijianxuyaojinxingfeichangxiaoxindeshejicainengzaizhexiedianyuandebutongjuxianxiagongzuo。zaibuxishengyinpinxinhaozhiliangdeqiantixiajianggonghaojiangzhizuidi

，shizaihelijiangdidianchishoumingdeqiantixiaweibianxieshishejitigongHi-Fi質量音樂的關鍵，每個電源域必須使用不同的省電技術。

由於降低數字部分電源電壓不會影響音頻質量，數字內核將采用盡可能低的電壓以節省電能。使用這些低電壓的DC/DC轉換器與線性穩壓器相比可大幅提高功率轉換效率

，DC/DC轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)高(gao)頻(pin)率(lv)開(kai)關(guan)引(yin)起(qi)的(de)電(dian)源(yuan)紋(wen)波(bo)可(ke)以(yi)更(geng)容(rong)易(yi)地(di)采(cai)用(yong)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)來(lai)加(jia)以(yi)抑(yi)製(zhi)
，而(er)一(yi)個(ge)模(mo)擬(ni)塊(kuai)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)穩(wen)定(ding)的(de)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)來(lai)使(shi)得(de)噪(zao)聲(sheng)水(shui)平(ping)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)低(di)。

以類似的方法，采用低電壓的數字I/O緩衝器電源將消耗更少的功率，而且音頻質量將不會受到影響，盡管由於一些實際的原因這一電源電壓有時要高於數字內核的電源電壓(例如，為了保持相互通信的器件之間的信令電壓水平的一致)。
[page]
而與數字功能不同，模擬信號處理元件(如ADC、DAC
、混頻器
、放大器和麥克風接口)對(dui)噪(zao)聲(sheng)非(fei)常(chang)敏(min)感(gan)。信(xin)噪(zao)比(bi)可(ke)通(tong)過(guo)提(ti)高(gao)模(mo)擬(ni)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)而(er)改(gai)善(shan)，但(dan)代(dai)價(jia)是(shi)功(gong)耗(hao)增(zeng)加(jia)了(le)。係(xi)統(tong)設(she)計(ji)師(shi)必(bi)須(xu)根(gen)據(ju)他(ta)們(men)自(zi)己(ji)的(de)音(yin)頻(pin)質(zhi)量(liang)和(he)功(gong)耗(hao)目(mu)標(biao)做(zuo)出(chu)合(he)理(li)的(de)折(zhe)衷(zhong)。

維持一個穩定而幹淨的模擬電源對預防電源噪聲降低音頻質量也很重要。盡管良好的設計和差分技術能夠改善電源抑製比(PSRR)，但通常采用一個高PSRRdexianxingwenyaqiweiyinpinzhongxinshangdemonidianlugongdian。zaiwenyaqideshuchudianyahezuixiaoshurudianyazhijianyouyigezugoudeyuliangyehenzhongyao，zhekezaidianchifangdianshiweichigaodePSRR水平。在便攜式音頻應用中2.7V和3.0V之間的模擬電壓是相當典型的。

yinpinzhongxinshangmonidianlushengdiandezuiyouxiaocelveshitigonglinghuohelizhuangdianyuanguanlikongzhi，congernaxieduimouyigeidingdeyingyongqingjingeryanbushibiyaodedianlujiukeyibeiguandiao。liru，daduoshuyinpinzhongxinzhishaozaipianshangyou2個ADC和2個DAC，但語音錄製功能僅需要使用一個ADC
，PCM語音通話需要一個ADC和一個DAC，MP3播放需要使用兩個DAC。

隻要在某個特別的電路裏有功耗和音頻質量折衷問題
，就可以采用低功耗模式

，這樣當質量要求降低時(如在語音通信時)
，性(xing)能(neng)也(ye)可(ke)以(yi)適(shi)當(dang)地(di)降(jiang)低(di)以(yi)節(jie)省(sheng)電(dian)力(li)。隨(sui)著(zhe)音(yin)頻(pin)中(zhong)心(xin)器(qi)件(jian)複(fu)雜(za)性(xing)不(bu)斷(duan)增(zeng)長(chang)以(yi)匹(pi)配(pei)不(bu)斷(duan)增(zeng)加(jia)的(de)手(shou)機(ji)性(xing)能(neng)，可(ke)能(neng)的(de)器(qi)件(jian)配(pei)置(zhi)數(shu)量(liang)也(ye)在(zai)增(zeng)長(chang)，不(bu)同(tong)塊(kuai)的(de)低(di)級(ji)別(bie)控(kong)製(zhi)變(bian)得(de)必(bi)要(yao)起(qi)來(lai)以(yi)避(bi)免(mian)浪(lang)費(fei)功(gong)率(lv)。

高品質數據轉換器與D類驅動器相結合

傳統的AB類揚聲器驅動器通常本身消耗的功率要大於它們傳送到揚聲器上的功率，這降低了電池壽命並可能會導致器件本身過熱。D類揚聲器驅動器—— 揚聲器驅動器使用的技術到目前為止是影響總體效率的最大因素。

例如，一個每通道提供1W功率的效率為40%的立體聲AB類揚聲器驅動器至少需要從電池中消耗5W的功率
，其中3Wzhuanbianchengrezaigaiqijianshanghaosandiao。zaiyixieyingyongzhong
，suoyouqitayuyinpinxiangguandegonglvxiaohaoyucixiangbiyaodilianggeshuliangji，zheshideyangshengqiqudongqichengweidixiaolvhebubiyaodianchigonglvxiaohaodezhuyaoyuantou。D類揚聲器驅動器正越來越多地用於提升效率
、延長電池壽命和簡化熱管理問題，過多熱量會限製設備功能和增加成本。

在支持電影回放、遊戲或其它多媒體功能的便攜式應用中，揚聲器需要在一段很長的時間內保持工作狀態，D類技術在延長電池壽命方麵是非常有效的。即便是直到最近揚聲器的工作時間(如在播放鈴聲時)還一直相對較短的手機，現在也開始支持揚聲器和多媒體流功能
，這些功能需要更長時間地使用揚聲器驅動器。因此，D類放大器在手機設計中正越來越多地取代AB類放大器。

爆裂聲和滴答聲抑製——在(zai)音(yin)頻(pin)電(dian)路(lu)設(she)置(zhi)期(qi)間(jian)產(chan)生(sheng)的(de)聽(ting)得(de)見(jian)的(de)爆(bao)裂(lie)聲(sheng)和(he)滴(di)答(da)聲(sheng)會(hui)降(jiang)低(di)用(yong)戶(hu)的(de)使(shi)用(yong)體(ti)驗(yan)，而(er)且(qie)在(zai)係(xi)統(tong)開(kai)發(fa)期(qi)間(jian)常(chang)常(chang)也(ye)花(hua)費(fei)巨(ju)大(da)的(de)努(nu)力(li)去(qu)消(xiao)除(chu)這(zhe)些(xie)噪(zao)音(yin)。集(ji)成(cheng)了(le)爆(bao)裂(lie)聲(sheng)和(he)滴(di)答(da)聲(sheng)抑(yi)製(zhi)電(dian)路(lu)的(de)音(yin)頻(pin)中(zhong)心(xin)器(qi)件(jian)能(neng)夠(gou)進(jin)一(yi)步(bu)縮(suo)短(duan)開(kai)發(fa)時(shi)間(jian)和(he)提(ti)高(gao)能(neng)感(gan)知(zhi)到(dao)的(de)音(yin)頻(pin)質(zhi)量(liang)。有(you)趣(qu)的(de)是(shi)，免(mian)受(shou)爆(bao)裂(lie)聲(sheng)、滴答聲和其它不愉快噪音的高質量音頻也具有提高視頻圖像質量的效果。

總結

經過精心設計的音頻中心器件能夠將數據轉換器和電源管理等功能集成在一起
，以更小的形狀因子和更長的電池壽命為用戶提供Hi-Fi音頻和更多的手機功能。對手機設計師來說，易用性
、更少的元件數和靈活的電源管理性能等額外的好處是采用這些器件的主要依據。

通過高品質音頻編碼解碼器與D類放大器技術相結合
，在延長便攜式多媒體設備的電池壽命方麵是非常有效的，它允許新的功能(如遊戲和TV流)工作更長時間。高級別的矽集成度提供了更小的PCB麵積和元器件數的明顯好處，但隨著Hi-Fi音頻變得更加重要，以前對僅設計用於語音通信的手機來說優先級不是很高的其它挑戰，現在也必須加以解決。

更(geng)高(gao)的(de)集(ji)成(cheng)度(du)可(ke)為(wei)終(zhong)端(duan)用(yong)戶(hu)提(ti)供(gong)真(zhen)實(shi)的(de)好(hao)處(chu)，但(dan)必(bi)須(xu)一(yi)直(zhi)保(bao)持(chi)對(dui)音(yin)頻(pin)質(zhi)量(liang)的(de)關(guan)注(zhu)。混(hun)合(he)信(xin)號(hao)設(she)計(ji)師(shi)必(bi)須(xu)在(zai)整(zheng)條(tiao)信(xin)號(hao)鏈(lian)上(shang)維(wei)持(chi)音(yin)頻(pin)質(zhi)量(liang)，並(bing)牢(lao)記(ji)手(shou)機(ji)電(dian)池(chi)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)。憑(ping)借(jie)良(liang)好(hao)的(de)設(she)計(ji)，一(yi)個(ge)更(geng)佳(jia)的(de)音(yin)頻(pin)體(ti)驗(yan)不(bu)一(yi)定(ding)會(hui)產(chan)生(sheng)額(e)外(wai)的(de)功(gong)耗(hao)或(huo)要(yao)付(fu)出(chu)很(hen)多(duo)附(fu)加(jia)元(yuan)件(jian)的(de)代(dai)價(jia)。