音頻技術(shù)是人類(lèi)接觸到應用最多的技術(shù)之一。從電話(huà)到手機，再到家庭中所有能發(fā)出聲音的電子設備，人們的音頻體驗無(wú)一不與音頻技術(shù)息息相關(guān)。數字媒體的發(fā)展和人們對音頻體驗要求的提高，使音頻市場(chǎng)充滿(mǎn)活力和商機，并吸引眾多具有相關(guān)技術(shù)的公司投身其中。國際廠(chǎng)商如美國國家半導體(NS)、Cirrus Logic、Intersil、恩智浦(NXP)以及歐勝微電子(Wolfson)等，從改善和革新音頻體驗出發(fā)，針對提高音頻產(chǎn)品的效率、降低噪音和功耗、提高性能等方面，開(kāi)發(fā)出各具特色的技術(shù)和產(chǎn)品。

提高便攜產(chǎn)品效率
再談D類(lèi)音頻放大器

提起音頻產(chǎn)品的效率，令人立即想到D類(lèi)音頻放大器和AB類(lèi)音頻放大器。有人認為，AB類(lèi)放大器與D類(lèi)放大器在滿(mǎn)功率輸出時(shí)的效率相差不多。但是，兩類(lèi)放大器在低輸出功率時(shí)的效率相差很大，此時(shí)D類(lèi)放大器在效率上的優(yōu)勢十分明顯。

因此，NS亞太區市場(chǎng)經(jīng)理郭俊杰認為有必要強調D類(lèi)音頻放大器對提高音頻產(chǎn)品效率的有效性。D類(lèi)放大器是利用電壓比較、脈寬調制(PWM)等技術(shù)實(shí)現對音頻信號的放大，在發(fā)聲單元如揚聲器上復原輸入音頻信號，不但效率比AB類(lèi)放大器大幅提高，并可降低對散熱片的依賴(lài)性。NS的PowerWise技術(shù)對其D類(lèi)音頻產(chǎn)品的效率起到指導作用。在PowerWise性能指標下，節能和高效成為特別強調的指標。郭俊杰說(shuō)，NS的D類(lèi)放大器能否成為PowerWise產(chǎn)品器件便取決于轉換效率，因為PowerWise家族產(chǎn)品要求功率放大器的轉換效率必須為85%或以上。

除了D類(lèi)音頻放大器之外，NS的G類(lèi)放大器架構為進(jìn)一步提高音頻產(chǎn)品效率提供了技術(shù)支持。其技術(shù)特點(diǎn)是可靈活調整電源供應，大幅調低供電電壓，同時(shí)大幅提高電源效率。“比如，G類(lèi)放大器LM48824的效率要比普通AB類(lèi)頭戴式耳機放大器高出一倍。”郭俊杰表示。

NS公司亞太區市場(chǎng)經(jīng)理
郭俊杰


恩智浦半導體多重市場(chǎng)產(chǎn)品部
大中華區高級市場(chǎng)經(jīng)理
張秋明

恩智浦在音頻產(chǎn)品領(lǐng)域有著(zhù)悠久的歷史，其產(chǎn)品在音頻放大器和音頻編解碼器兩個(gè)領(lǐng)域都有涉及。恩智浦半導體多重市場(chǎng)產(chǎn)品部大中華區高級市場(chǎng)經(jīng)理張秋明認為，目前音頻放大器還在由AB類(lèi)向D類(lèi)過(guò)渡，雖然單顆D類(lèi)放大器的價(jià)格要比AB類(lèi)貴一些，但從系統成本上看，D類(lèi)和AB類(lèi)成本相差不多。采用D類(lèi)放大器仍然是高效率音頻設計的趨勢。

歐勝微電子公司區域市場(chǎng)經(jīng)理
吳彥祥

音頻技術(shù)廠(chǎng)商歐勝微電子公司區域市場(chǎng)經(jīng)理吳彥祥同樣認可D類(lèi)音頻放大器的優(yōu)越性，并坦言歐勝提供了各種D類(lèi)運算放大器技術(shù)。他認為，歐勝的D類(lèi)音頻放大器保持了盡可能高的音頻保真度，并對揚聲器最高輸出功率進(jìn)行了優(yōu)化，無(wú)需在機箱內設計很大的散熱器。吳彥祥表示：“AudioPlus是歐勝的市場(chǎng)策略，這個(gè)策略的目的是設計出功能更強大、更高效的產(chǎn)品，而其策略下的Pure Sound、Smart Power以及Enhanced Soundware和True Mics則從音效、效率等方面保證產(chǎn)品的性能。”

提升音頻性能 抑制EMI和噪聲

音頻產(chǎn)品采用的芯片失真與電磁干擾(EMI)必須極低，而且必須具備輸入及輸出路徑的信號調整功能。而改善EMI性能和噪聲是D類(lèi)放大器所面臨的挑戰之一。如何更好地抑制EMI和噪聲，各主流公司各有方法。

Cirrus Logic公司CEO
Jason Rhode

Cirrus Logic公司是專(zhuān)業(yè)的音頻產(chǎn)品廠(chǎng)商，產(chǎn)品線(xiàn)包括轉換器、放大器和音頻數字信號處理器(DSP)等。該公司CEO Jason Rhode認為，在抑制EMI方面，Cirrus Logic有著(zhù)自己的獨特理解。2008年末，該公司發(fā)布了具有自動(dòng)性能、供電調節、雙模H類(lèi)耳機驅動(dòng)技術(shù)和地居中(Ground-Centered)直流零電平輸出電荷泵架構的產(chǎn)品CS42L55。在標準音頻取樣率和用耳機聽(tīng)音樂(lè )的實(shí)際播放條件下，雙模H類(lèi)耳機驅動(dòng)技術(shù)可保持高質(zhì)量的音質(zhì)，并延長(cháng)電池工作時(shí)間。Jason Rhode表示：“我們在H類(lèi)的創(chuàng )新有助于降低EMI、減少噪音，實(shí)現超低功耗并提升音質(zhì)。”

Intersil公司D2Audio業(yè)務(wù)部總監
Brian P. Wong

Cirrus Logic的另一款產(chǎn)品CS3511使用了先進(jìn)的Delta Sigma模塊、閉環(huán)結構和真實(shí)擴頻切換控制器技術(shù)，與其他同類(lèi)立體聲D類(lèi)放大器相比，可實(shí)現超低失真，并顯著(zhù)減少EMI。
Intersil公司的強項是電源管理和高性能模擬產(chǎn)品，但從2008年7月完成對D2Audio的收購以后，引入的數字音頻及D類(lèi)放大器產(chǎn)品使其在上述兩方面的優(yōu)勢得到進(jìn)一步強化。D2Audio一直在關(guān)注D類(lèi)放大器技術(shù)，與同行們有所不同的是，其音頻SoC集成了D類(lèi)放大器、DSP和CODEC功能，以及“D2Audio SoundSuite”的聲音增強軟件/固件。Intersil公司D2Audio業(yè)務(wù)部總監Brian P. Wong表示，在音頻技術(shù)領(lǐng)域，研發(fā)人員要面對的是不完美和有噪聲的音源、次優(yōu)的功率半導體器件和完全未知的放大器使用環(huán)境和應用，以往必需的“單點(diǎn)”設計已經(jīng)無(wú)法令用戶(hù)滿(mǎn)意。為此，D2Audio先后開(kāi)發(fā)出了一系列能夠補償數字PWM放大器不足和缺點(diǎn)的優(yōu)化和校正技術(shù)，如前端音頻信號調理電路、基于DSP的優(yōu)化技術(shù)、硅校正技術(shù)和“閉環(huán)”反饋技術(shù)等，這些技術(shù)的組合能夠校正全數字PWM放大器的非線(xiàn)性和其他產(chǎn)生失真的特性。Brian P. Wong指出，D2Audio會(huì )先估計主放大器需要哪些特性，然后再確定需要把哪些部件集成進(jìn)數字D類(lèi)控制器IC。

Intersil的降噪方法也很有特點(diǎn)。Brian P. Wong認為，對其他D類(lèi)放大器技術(shù)來(lái)說(shuō)，惡劣的EMI環(huán)境并不是由放大器的基本開(kāi)關(guān)頻率引起的，而是由其他過(guò)沖、振鈴和過(guò)高開(kāi)關(guān)速率的諧波成分引起的。D2Audio的反饋校正技術(shù)允許使用寬松得多的開(kāi)關(guān)速率和時(shí)間，從而大大減少了輻射和傳導發(fā)射。他表示，采用不那么嚴格的開(kāi)關(guān)時(shí)間和速率，必然會(huì )引起失真的增加，這可以利用“閉環(huán)”校正加以補償。因此，Intersil不是在EMI已經(jīng)產(chǎn)生以后再去想辦法減小它，而是在第一個(gè)地方就避免產(chǎn)生EMI，使用戶(hù)可以把注意力放在音頻性能和質(zhì)量上。

NS則使用了一種可以抑制電磁干擾的增強版電波幅射抑制(E2S)技術(shù)。通常采用無(wú)濾波器的D類(lèi)放大器時(shí)，放大器芯片與揚聲器之間的電纜長(cháng)度不能超過(guò)兩英寸，如果超過(guò)該長(cháng)度，系統可能會(huì )出現故障。E2S可有效解決這一問(wèn)題，并將揚聲器電纜延長(cháng)至20英寸。NS采用這種技術(shù)的音頻子系統具備自動(dòng)電平控制(ALC)功能，可以確保音色更清脆亮麗。如LM48310和LM48411都使用了E2S技術(shù)，前者是單聲道D類(lèi)放大器，后者是立體聲D類(lèi)放大器。

NS另一種噪聲抑制技術(shù)為具有突破性的遠場(chǎng)噪聲抑制技術(shù)，該技術(shù)可以減少輸出頻率失真，令傳送的聲音更自然、更真實(shí)，適合移動(dòng)電話(huà)、雙向式無(wú)線(xiàn)電對講機及有源耳機等。抑制噪聲目前主流的技術(shù)是使用處理音頻信號的DSP芯片對聲音進(jìn)行數字分析，然后提取語(yǔ)音、拋棄噪音。這種技術(shù)目前有兩種主要的方式。一種是基于自適應線(xiàn)性增強器(ALE)的語(yǔ)音提取技術(shù)，該技術(shù)通常需要采用前置放大器對來(lái)自話(huà)筒的聲音進(jìn)行放大，然后使用A/D轉換器將聲音轉化為數字信號，再經(jīng)DSP芯片處理，再由D/A轉換器重現為模擬信號。因此，這種技術(shù)的缺點(diǎn)在于需要使用多個(gè)芯片，總體功耗比較大，且算法常會(huì )導致聲音失真較大。另一種方式是使用專(zhuān)用的陣列式話(huà)筒，配合DSP進(jìn)行處理。陣列式話(huà)筒通常內置兩個(gè)全向話(huà)筒，它只對來(lái)自某個(gè)或者某些方向的聲音信號敏感，對來(lái)自非預期方向的噪聲有很好的抑制作用。但陣列式話(huà)筒的體積一般比較大，同時(shí)存在功耗大和失真的問(wèn)題。相比之下，遠場(chǎng)噪聲抑制技術(shù)和陣列式話(huà)筒類(lèi)似，也使用兩個(gè)話(huà)筒，這兩個(gè)話(huà)筒自由放置，接收到的信號因距離不同而產(chǎn)生幅度和相位的差異。這一差異可以用來(lái)實(shí)現對遠近場(chǎng)聲音的鑒別和選擇性過(guò)濾。NS采用了連續時(shí)間模擬信號處理技術(shù)使信號處理速度更為快捷穩定，克服了DSP內部程序運行可能引起的信號延遲。

恩智浦擁有不同的降噪技術(shù)。NE58633是其一款立體聲降噪D類(lèi)BTL耳機驅動(dòng)放大器，它使用駐極體麥克風(fēng)低噪音前置放大器和反饋降噪電路，同時(shí)具有靜音控制和開(kāi)關(guān)降噪電路。帶有外部增益調節的電子麥克風(fēng)降噪定位放大器和帶有噪聲解耦的內部電壓參考都能夠有效降低噪聲和EMI干擾。

功耗與性能的博弈

在音頻產(chǎn)品當中，通常認為功耗與性能之間總是存在著(zhù)一定程度的折中。顯然主流廠(chǎng)商并不這么認為。

Intersil公司的Brian P. Wong認為，對于D類(lèi)放大器，功耗的主要來(lái)源是放大器功率級的損耗。D類(lèi)放大器的效率越高，功耗就越低。如果是為每個(gè)設計或為每個(gè)客戶(hù)量身定制，這種性能和功耗之間的折中會(huì )變得非常冗長(cháng)和乏味，并且常常要在性能上打些折扣。在對效率和性能之間進(jìn)行最優(yōu)折中時(shí)，D2Audio專(zhuān)利的“Dynatiming”技術(shù)能夠根據輸出功率的級別自動(dòng)調節放大器的效率，并保證在不損失音頻解決方案所需性能的前提下實(shí)現最高的效率。他指出，在更高性能的應用中，D2Audio的閉環(huán)技術(shù)可以實(shí)現更好的性能和電源隔離。

歐勝微電子公司的吳彥祥明確指出，在便攜式產(chǎn)品線(xiàn)上，歐勝提供完整的集成性能，對音頻性能毫不妥協(xié)。例如歐勝最新的產(chǎn)品帶有立體聲D類(lèi)揚聲器放大器，數模轉換信噪比性能超過(guò)98dB。歐勝的電源管理技術(shù)對此幫助極大。拿WM8900來(lái)說(shuō)，其采用了G類(lèi)架構，通過(guò)一個(gè)雙重輸入、電平位移、智能型電荷泵驅動(dòng)耳機放大器構建而成。電荷泵產(chǎn)生正負電源供應軌，接地參考耳機輸出。電荷泵的自動(dòng)控制能讓耳機在播放時(shí)將電源維持在最有效益的操作狀態(tài)，且無(wú)需操作人員或主機軟件參與。接地參考G類(lèi)耳機放大器也將開(kāi)機、關(guān)機、靜音、解除靜音時(shí)所產(chǎn)生的爆音與嘀噠聲消除，提供高質(zhì)量音響。

音頻世界前景大好

數字媒體的發(fā)展讓音頻技術(shù)找到了更廣泛的市場(chǎng)，而高效率、高音質(zhì)和小體積成為消費者極為青睞的目標。對此，廠(chǎng)商們對各自的技術(shù)滿(mǎn)懷信心。

Intersil公司的Brian P. Wong指出，便攜市場(chǎng)、平板電視以及生活中的電子產(chǎn)品是未來(lái)音頻應用的三大領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域，消費者要求更高質(zhì)量的音頻內容，無(wú)論內容是來(lái)自平板電視、便攜式媒體播放器、上網(wǎng)本，還是車(chē)載設備。他認為，D2Audio的Digital Audio Engine系列可以運行“虛擬化”算法來(lái)模擬后置的環(huán)繞揚聲器，從而實(shí)現多聲道環(huán)繞聲的感覺(jué)，具有高效率(效率>93%)放大、多格式I/O接口，還有數字處理功能，且這些功能在一個(gè)很小尺寸的芯片中實(shí)現，能夠滿(mǎn)足包括平板電視和便攜電子產(chǎn)品等設備的要求。

歐勝微電子公司的吳彥祥則表示歐勝一直致力于擁有在音頻領(lǐng)域最好的技術(shù)，并在進(jìn)入新的領(lǐng)域如電源管理、MEMS麥克風(fēng)、音頻增強技術(shù)以及噪聲消除、環(huán)繞聲處理等。從簡(jiǎn)單的音頻技術(shù)，到麥克風(fēng)輸入至輸出的完整音頻解決方案，歐勝重新定義了用戶(hù)購買(mǎi)產(chǎn)品時(shí)的音頻體驗。

Cirrus Logic公司的Jason Rhode透露，Soundbars(條形音箱)也是一個(gè)快速增長(cháng)的應用領(lǐng)域，在Soundbars解決方案市場(chǎng)，Cirrus Logic相信自己領(lǐng)導著(zhù)這個(gè)市場(chǎng)。

恩智浦公司的張秋明比較看好傳統的音箱和功放領(lǐng)域，以及新興的消費品電子比如上網(wǎng)本。在這些領(lǐng)域，恩智浦的產(chǎn)品得到了廣泛應用。隨著(zhù)電子產(chǎn)品設計的不斷發(fā)展，在一些新的技術(shù)架構上，如符合下一代手機要求的全數字輸入音頻放大器，張秋明認為恩智浦會(huì )有新的突破。

NS公司的郭俊杰顯然對追逐高效能的PowerWise非常熱愛(ài)，他說(shuō)，全世界都在以節能為產(chǎn)品的重要賣(mài)點(diǎn)，NS的D類(lèi)放大器會(huì )在未來(lái)市場(chǎng)中盡顯優(yōu)勢。