為移動(dòng)設(shè)備選擇音頻放大器

本文旨在探討移動(dòng)電話和便攜音頻系統(tǒng)中可以改善音頻質(zhì)量的幾個(gè)方面，它們中有許多都使用了一款帶有內(nèi)置模擬音頻輸出的處理器。讓我們從兩個(gè)常見的使用案例來探討終端用戶的聽覺體驗(yàn)，即用耳機(jī)和用揚(yáng)聲器聽來感受聲效。

　　耳機(jī)放大器并非總是有接地參考，這意味著交流耦合電容器在上電時(shí)需要被充電到一個(gè)參考電平，并且掉電時(shí)需要放電到地電位。這將導(dǎo)致可聽得見的爆破聲，并且由于電容器會(huì)形成一個(gè)帶有耳機(jī)負(fù)載阻抗的高通濾波器還會(huì)降低低音響應(yīng)。如果可能的話，應(yīng)當(dāng)避免交流耦合電容器的額外成本。

　　長時(shí)間持續(xù)使用耳機(jī)無疑會(huì)降低電池壽命，因此，挑戰(zhàn)在于應(yīng)盡可能減小耳機(jī)放大器的有功功率消耗以延長電池壽命。

　　人為可聽得見的系統(tǒng)噪聲(如TDMA噪聲)可以耦合到信號(hào)路徑，這將導(dǎo)致在耳機(jī)或喇叭中能夠聽得到的嘶嘶聲。其原因可歸結(jié)于耳機(jī)接地不充分、在放大器和RF敏感度方面抗電源影響力不足等若干因素。

　　種類不斷增多的、能夠連接到耳機(jī)插孔的配件將會(huì)造成無數(shù)的挑戰(zhàn)，包括插孔檢測(cè)、阻抗感測(cè)、按鈕配置和重配置系統(tǒng)音頻信號(hào)路徑等。這樣會(huì)用光處理器寶貴的GPIO引腳并使軟件開發(fā)復(fù)雜化。

　　帶有內(nèi)置揚(yáng)聲器放大器的應(yīng)用處理器往往受限于揚(yáng)聲器的性能。這意味著將揚(yáng)聲器連接到電池供電導(dǎo)軌上時(shí)，揚(yáng)聲器將無法達(dá)到全部額定輸出功率，實(shí)際上是限制了最大輸出聲壓級(jí)，尤其是在大輸出功率較音頻質(zhì)量更為重要時(shí)。當(dāng)優(yōu)先考慮最大音量時(shí)，就需要認(rèn)真考慮揚(yáng)聲器將失真降到最低的能力，尤其是要避免揚(yáng)聲器被過驅(qū)動(dòng)和破壞。

　　此外，在對(duì)具有快速開關(guān)電流的高頻D類揚(yáng)聲器信號(hào)路由，使其穿過PCB并通過撓性連接器的同時(shí)，很難維持系統(tǒng)信號(hào)的完整性，并且會(huì)因寄生阻抗的存在和總諧波失真(THD)的惡化而降低效率。

　　連接一系列在模擬輸出端具有不同信號(hào)振幅的系統(tǒng)IC，并在不增加噪聲和直流偏壓的情況下對(duì)它們進(jìn)行有效混音以適應(yīng)不同的使用案例和音效，可能會(huì)出現(xiàn)問題，因?yàn)檫@會(huì)增加更多像專用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和編解碼器(CODEC)這樣復(fù)雜的器件。專用音頻轉(zhuǎn)換器通常可以改善系統(tǒng)的音頻性能，但也有幾種原因?qū)е逻@并非總是如此，即物料清單(BOM)成本，處理器上專用數(shù)字音頻接口的可用性以及與配置這樣一個(gè)產(chǎn)品相關(guān)的額外軟件復(fù)雜性。

　　同時(shí)，還存在著對(duì)盡可能減小PCB高度和占位面積，以及降低硬件BOM和縮短軟件開發(fā)時(shí)間等無止盡的探索，以滿足對(duì)小巧、輕薄系統(tǒng)的要求，這樣才能迅速地?fù)屨际袌?chǎng)并為制造商帶來利潤。

　　純模擬輸入音頻放大器通過解決以上問題而能夠在移動(dòng)設(shè)備中滿足對(duì)更高音質(zhì)的追求。每當(dāng)客戶要求他們的移動(dòng)設(shè)備具有更響亮、播放更持久和得到更高質(zhì)量的回放時(shí)，它就是一個(gè)理想的解決方案。能夠解決上述問題的模擬音頻放大器的主要性能如下：

　　采用一個(gè)帶有接地參考輸出的高效G類耳機(jī)放大器將可解除對(duì)交流耦合電容的需求，改善耳機(jī)的低音響應(yīng)，以及最大程度降低上、掉電時(shí)令人討厭的爆破聲(圖1)。在耳機(jī)輸出端消除直流偏壓可以通過某些智能電路實(shí)現(xiàn)，它們?cè)谠O(shè)備初始化寫寄存器過程中就能自動(dòng)配置信號(hào)路徑。

　　圖1：?jiǎn)温暤繢類揚(yáng)聲器放大器WM9093模塊圖。

　　G類耳機(jī)放大器經(jīng)常被用于高集成度的系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)上，與傳統(tǒng)的單電源AB類耳機(jī)放大器相比，它還能夠延長用于耳機(jī)回放的電池壽命，這是因?yàn)樗哂凶赃m應(yīng)的電源軌轉(zhuǎn)換功能。如果G類放大器通過一個(gè)電荷泵由1.8V電壓供電，那么整個(gè)系統(tǒng)的效率也將更高，它可以通過自適應(yīng)電荷泵開關(guān)頻率而進(jìn)一步增強(qiáng)。

　　不久之前，一些先進(jìn)的專用音頻芯片已集成了智能探測(cè)連接到耳機(jī)插孔配件類型的能力，并且還可不間斷控制信號(hào)路徑配置和相關(guān)的供電和偏置以自動(dòng)轉(zhuǎn)換成新的使用案例，這有效地解除了應(yīng)用處理器的該項(xiàng)任務(wù)。

　　使用一個(gè)專用的高性能D類揚(yáng)聲器放大器可使聲音輸出功率達(dá)到最佳，并能給用戶帶來一個(gè)聲音更為響亮的揚(yáng)聲器。這也可在無需害怕?lián)p壞揚(yáng)聲器的情況下，通過使用一系列自動(dòng)增益控制和門限技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。近來，隨著先進(jìn)的低功耗動(dòng)態(tài)范圍壓縮技術(shù)的出現(xiàn)，產(chǎn)生了用人工靜音信號(hào)來推動(dòng)實(shí)現(xiàn)更高的總功率電平，而它聽起來像是更加響亮的輸出等級(jí)。專用的D類揚(yáng)聲器放大器通?？梢宰龅胶苄》庋b，這使它能夠被安裝在最靠近揚(yáng)聲器外殼的地方，從而有效地減小了高頻揚(yáng)聲器信號(hào)需要通過的距離。

　　最后，使用一個(gè)專用的、帶有專用可編程增益放大器和混頻器并具有多個(gè)模擬輸入的音頻放大器，將允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠在輸出級(jí)的最終放大操作之前為每個(gè)回放路徑小心處理不同的音頻流。