為移動設備選擇音頻放大器

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

　　耳機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需要被充電到一個參考電平，并且掉電時需要放電到地電位。這將導致可聽得見的爆破聲，并且由于電容器會形成一個帶有耳機負載阻抗的高通濾波器還會降低低音響應。如果可能的話，應當避免交流耦合電容器的額外成本。

　　長時間持續(xù)使用耳機無疑會降低電池壽命，因此，挑戰(zhàn)在于應盡可能減小耳機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)可以耦合到信號路徑，這將導致在耳機或喇叭中能夠聽得到的嘶嘶聲。其原因可歸結于耳機接地不充分、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、能夠連接到耳機插孔的配件將會造成無數(shù)的挑戰(zhàn)，包括插孔檢測、阻抗感測、按鈕配置和重配置系統(tǒng)音頻信號路徑等。這樣會用光處理器寶貴的GPIO引腳并使軟件開發(fā)復雜化。

　　帶有內置揚聲器放大器的應用處理器往往受限于揚聲器的性能。這意味著將揚聲器連接到電池供電導軌上時，揚聲器將無法達到全部額定輸出功率，實際上是限制了最大輸出聲壓級，尤其是在大輸出功率較音頻質量更為重要時。當優(yōu)先考慮最大音量時，就需要認真考慮揚聲器將失真降到最低的能力，尤其是要避免揚聲器被過驅動和破壞。

　　此外，在對具有快速開關電流的高頻D類揚聲器信號路由，使其穿過PCB并通過撓性連接器的同時，很難維持系統(tǒng)信號的完整性，并且會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振幅的系統(tǒng)IC，并在不增加噪聲和直流偏壓的情況下對它們進行有效混音以適應不同的使用案例和音效，可能會出現(xiàn)問題，因為這會增加更多像專用數(shù)模轉換器(DAC)和編解碼器(CODEC)這樣復雜的器件。專用音頻轉換器通?？梢愿纳葡到y(tǒng)的音頻性能，但也有幾種原因導致這并非總是如此，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產品相關的額外軟件復雜性。

　　同時，還存在著對盡可能減小PCB高度和占位面積，以及降低硬件BOM和縮短軟件開發(fā)時間等無止盡的探索，以滿足對小巧、輕薄系統(tǒng)的要求，這樣才能迅速地搶占市場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設備中滿足對更高音質的追求。每當客戶要求他們的移動設備具有更響亮、播放更持久和得到更高質量的回放時，它就是一個理想的解決方案。能夠解決上述問題的模擬音頻放大器的主要性能如下：

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

　　圖1：單聲道D類揚聲器放大器WM9093模塊圖。

　　G類耳機放大器經常被用于高集成度的系統(tǒng)級芯片(SoC)上，與傳統(tǒng)的單電源AB類耳機放大器相比，它還能夠延長用于耳機回放的電池壽命，這是因為它具有自適應的電源軌轉換功能。如果G類放大器通過一個電荷泵由1.8V電壓供電，那么整個系統(tǒng)的效率也將更高，它可以通過自適應電荷泵開關頻率而進一步增強。

　　不久之前，一些先進的專用音頻芯片已集成了智能探測連接到耳機插孔配件類型的能力，并且還可不間斷控制信號路徑配置和相關的供電和偏置以自動轉換成新的使用案例，這有效地解除了應用處理器的該項任務。

　　使用一個專用的高性能D類揚聲器放大器可使聲音輸出功率達到最佳，并能給用戶帶來一個聲音更為響亮的揚聲器。這也可在無需害怕?lián)p壞揚聲器的情況下，通過使用一系列自動增益控制和門限技術來實現(xiàn)。近來，隨著先進的低功耗動態(tài)范圍壓縮技術的出現(xiàn)，產生了用人工靜音信號來推動實現(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。專用的D類揚聲器放大器通常可以做到很小封裝，這使它能夠被安裝在最靠近揚聲器外殼的地方，從而有效地減小了高頻揚聲器信號需要通過的距離。

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