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音频器件/扬声器 |
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为移动设备选择音频放大器 |
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作者：欧胜微电子有限公司 David Brown |
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本文旨在探讨移动电话和便携音频系统中可以改善音频质量的几个方面，它们中有许多都使用了一款带有内置模拟音频输出的处理器。每次用户拿起手机或插上他们的耳机时都会为得到超常的听觉体验提出更多的要求，这给音频设计人员带来了许多必须克服的技术和系统级挑战。文章将从探讨可能降低系统音频性能的若干问题，以及介绍设计者所面临的各种挑战开始。在提出这些挑战后，还将讨论一系列的潜在解决方案。
让我们从两个常见的使用案例来探讨终端用户的听觉体验，即用耳机和用扬声器听来感受声效。
耳机放大器并非总是有接地参考，这意味着交流耦合电容器在上电时需要被充电到一个参考电平，并且掉电时需要放电到地电位。这将导致可听得见的爆破声，并且由于电容器会形成一个带有耳机负载阻抗的高通滤波器还会降低低音响应。如果可能的话，应当避免交流耦合电容器的额外成本。
长时间持续使用耳机无疑会降低电池寿命，因此，挑战在于应尽可能减小耳机放大器的有功功率消耗以延长电池寿命。
人为可听得见的系统噪声(如TDMA噪声)可以耦合到信号路径，这将导致在耳机或喇叭中能够听得到的嘶嘶声。其原因可归结于耳机接地不充分、在放大器和RF敏感度方面抗电源影响力不足等若干因素。
种类不断增多的、能够连接到耳机插孔的配件将会造成无数的挑战，包括插孔检测、阻抗感测、按钮配置和重配置系统音频信号路径等。这样会用光处理器宝贵的GPIO引脚并使软件开发复杂化。
带有内置扬声器放大器的应用处理器往往受限于扬声器的性能。这意味着将扬声器连接到电池供电导轨上时，扬声器将无法达到全部额定输出功率，实际上是限制了最大输出声压级，尤其是在大输出功率较音频质量更为重要时。当优先考虑最大音量时，就需要认真考虑扬声器将失真降到最低的能力，尤其是要避免扬声器被过驱动和破坏。
此外，在对具有快速开关电流的高频D类扬声器信号路由，使其穿过PCB并通过挠性连接器的同时，很难维持系统信号的完整性，并且会因寄生阻抗的存在和总谐波失真(THD)的恶化而降低效率。
连接一系列在模拟输出端具有不同信号振幅的系统IC，并在不增加噪声和直流偏压的情况下对它们进行有效混音以适应不同的使用案例和音效，可能会出现问题，因为这会增加更多像专用数模转换器(DAC)和编解码器(CODEC)这样复杂的器件。专用音频转换器通常可以改善系统的音频性能，但也有几种原因导致这并非总是如此，即物料清单(BOM)成本，处理器上专用数字音频接口的可用性以及与配置这样一个产品相关的额外软件复杂性。
同时，还存在着对尽可能减小PCB高度和占位面积，以及降低硬件BOM和缩短软件开发时间等无止尽的探索，以满足对小巧、轻薄系统的要求，这样才能迅速地抢占市场并为制造商带来利润。
纯模拟输入音频放大器通过解决以上问题而能够在移动设备中满足对更高音质的追求。每当客户要求他们的移动设备具有更响亮、播放更持久和得到更高质量的回放时，它就是一个理想的解决方案。能够解决上述问题的模拟音频放大器的主要性能如下：
图1：单声道D类扬声器放大器WM9093模块图
采用一个带有接地参考输出的高效G类耳机放大器将可解除对交流耦合电容的需求，改善耳机的低音响应，以及最大程度降低上、掉电时令人讨厌的爆破声(图1)。在耳机输出端消除直流偏压可以通过某些智能电路实现，它们在设备初始化写寄存器过程中就能自动配置信号路径。
G类耳机放大器经常被用于高集成度的系统级芯片(SoC)上，与传统的单电源AB类耳机放大器相比，它还能够延长用于耳机回放的电池寿命，这是因为它具有自适应的电源轨转换功能。如果G类放大器通过一个电荷泵由1.8V电压供电，那么整个系统的效率也将更高，它可以通过自适应电荷泵开关频率而进一步增强。
不久之前，一些先进的专用音频芯片已集成了智能探测连接到耳机插孔配件类型的能力，并且还可不间断控制信号路径配置和相关的供电和偏置以自动转换成新的使用案例，这有效地解除了应用处理器的该项任务。
使用一个专用的高性能D类扬声器放大器可使声音输出功率达到最佳，并能给用户带来一个声音更为响亮的扬声器。这也可在无需害怕损坏扬声器的情况下，通过使用一系列自动增益控制和门限技术来实现。近来，随着先进的低功耗动态范围压缩技术的出现，产生了用人工静音信号来推动实现更高的总功率电平，而它听起来像是更加响亮的输出等级。专用的D类扬声器放大器通常可以做到很小封装，这使它能够被安装在最靠近扬声器外壳的地方，从而有效地减小了高频扬声器信号需要通过的距离。
最后，使用一个专用的、带有专用可编程增益放大器和混频器并具有多个模拟输入的音频放大器，将允许系统设计人员能够在输出级的最终放大操作之前为每个回放路径小心处理不同的音频流。
更多信息请登录网站http://www.wolfsonmicro.com/products/audio_amplifiers/或http://www.wolfsonmicro.com/products/audio_hubs/。(end)
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(投稿)
(11/30/2011) |
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