低功耗、高質(zhì)量便攜式音頻產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

　　消費(fèi)電子市場對具有音頻播放和錄音功能的便攜式產(chǎn)品需求的顯著增長。人們希望這些產(chǎn)品具有的特性包括：電池壽命長、體積小、重量輕以及具有高質(zhì)量的音頻性能。這些產(chǎn)品不僅必須滿足這些要求，而且也必須同時滿足消費(fèi)者對消費(fèi)電子產(chǎn)品低成本的期望。
　　
　　功能集成
　　
　　為滿足這些期望，最為行之有效的方法是將這些產(chǎn)品所要求的多種功能，集成在最少數(shù)量的集成電路中。多年來，集成的優(yōu)勢已在許多不同市場和應(yīng)用中得到驗(yàn)證。與采用若干分立元件的解決方案相比，集成解決方案的明顯優(yōu)勢之一是成本低。另一個明顯優(yōu)勢是集成解決方案所需的PCB空間更少，因此可最大限度地減少成本、高度和重量。
　　
　　此外，它還有另外一個不太明顯卻同樣重要的優(yōu)勢，那就是集成解決方案通常具有更強(qiáng)的電源管理能力，并可以關(guān)斷沒被使用的功能模塊和功能的電源，從而盡量延長電池壽命。例如，如果使用便攜式錄音機(jī)/播放器來播放MP3文件，就沒有理由為用于錄音的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和麥克風(fēng)電路供電。可以分別為這些電路供電，以降低功耗、延長播放時間。
　　
　　集成的功能通常有兩種。一是模擬和混合信號功能，包括音頻轉(zhuǎn)換器(A/D和D/A)、模擬輸入復(fù)用器、音量控制、麥克風(fēng)前置放大器、耳機(jī)放大器、揚(yáng)聲器驅(qū)動器以及其它類似功能。二是系統(tǒng)的數(shù)字功能，包括音頻/視頻解碼器、用戶接口、USB輸入/輸出、顯示接口以及類似功能。遺憾的是，如今最新的亞微米數(shù)字工藝的直流偏壓耳機(jī)放大器特性對模擬和混合信號功能來說還不夠理想。這些局限性迫使人們對集成度水平進(jìn)行選擇并做出相應(yīng)折衷。因此，有兩條集成路徑可供選擇。
　　
　　第一條路徑是接受先進(jìn)工藝在模擬方面的局限性，沿著單芯片解決方案的道路走下去。許多產(chǎn)品領(lǐng)域可以接受這些模擬局限性，包括當(dāng)前市場上成本很低的MP3播放器。對于這些產(chǎn)品，成本是主要關(guān)注的問題，音頻質(zhì)量則是次要的。類似的情況也存在于低端DVD播放器和機(jī)頂盒當(dāng)中。
　　
　　第二條路徑是保持音頻質(zhì)量的具有更高優(yōu)先級。先進(jìn)的亞微米數(shù)字工藝非常適用于便攜式產(chǎn)品中高度集成的數(shù)字功能，也有很好的工藝適用于模擬功能，兩者正好是不一樣的。因此，高質(zhì)量便攜式音頻產(chǎn)品正在朝著雙芯片解決方案的方向發(fā)展。
　　
　　系統(tǒng)電源
　　
　　最大限度降低功耗和延長電池壽命的有效技術(shù)之一是降低系統(tǒng)電源電壓，這種方法也與硅半導(dǎo)體工藝技術(shù)的最新進(jìn)展非常一致，工藝技術(shù)正不斷沿著電源電壓越來越低的方向發(fā)展。研究系統(tǒng)電源電壓和功耗之間的關(guān)系非常有趣。在模擬集成電路中，功耗是電源電壓的函數(shù)，兩者基本上線性關(guān)系。實(shí)際上，與同類型的3.3V系統(tǒng)相比，1.8V模擬系統(tǒng)可大約減少45%功耗。由于電流消耗的額外減少，數(shù)字集成電路可節(jié)省的功耗則更多。隨著電流的額外減少，1.8V數(shù)字系統(tǒng)與同類型的3.3V系統(tǒng)相比，功耗可下降75%。
　　
　　有關(guān)電源的另一個旗幟鮮明的觀點(diǎn)是“越少越好”。系統(tǒng)電源電壓的種類越少，系統(tǒng)內(nèi)的元件數(shù)量就越少，同時能盡量降低PCB設(shè)計的復(fù)雜性并減少系統(tǒng)成本和尺寸。
　　
　　0.25微米工藝是高質(zhì)量、低功耗模擬和混合信號IC的理想選擇。這種工藝在典型的電源電壓下降到1.8V時工作良好。因此，對于在保持高質(zhì)量音頻性能的同時最大限度減少成本和功耗的設(shè)計目標(biāo)來說，采用1.8V單系統(tǒng)電源電壓非常合適。遺憾的是，事情并沒有這么簡單。這些系統(tǒng)使用的大多數(shù)耳機(jī)都有32歐姆的阻抗，這意味著為得到可接受的收聽音量，電源電壓必須大于1.8V。
　　
　　耳機(jī)放大器
　　
　　由電池供電的產(chǎn)品內(nèi)的耳機(jī)放大器通常要求由單正電源供電。單電源放大器的基本缺點(diǎn)是放大器的輸出采用直流偏壓，這個電壓大約為電源電壓的二分之一。耳機(jī)音圈(或者任何揚(yáng)聲器的音圈)的DC電阻由線圈中金屬線的電阻決定，這個電阻非常低，如果施加一個DC電壓，音圈上就會有明顯的電流流過。這將至少導(dǎo)致音頻質(zhì)量下降，而最明顯和最可能的結(jié)果是對耳機(jī)造成永久性損壞。這足以說明在耳機(jī)或揚(yáng)聲器上施加一個DC電壓通常是非常蹩腳的設(shè)計。

　　
　　圖1：直流偏壓的耳機(jī)放大器。