本文旨在探討移動(dòng)電話(huà)和便攜音頻系統中可以改善音頻質(zhì)量的幾個(gè)方面，它們中有許多都使用了一款帶有內置模擬音頻輸出的處理器。每次用戶(hù)拿起手機或插上他們的耳機時(shí)都會(huì )為得到超常的聽(tīng)覺(jué)體驗提出更多的要求，這給音頻設計人員帶來(lái)了許多必須克服的技術(shù)和系統級挑戰。文章將從探討可能降低系統音頻性能的若干問(wèn)題，以及介紹設計者所面臨的各種挑戰開(kāi)始。在提出這些挑戰后，還將討論一系列的潛在解決方案。
讓我們從兩個(gè)常見(jiàn)的使用案例來(lái)探討終端用戶(hù)的聽(tīng)覺(jué)體驗，即用耳機和用揚聲器聽(tīng)來(lái)感受聲效。
耳機放大器并非總是有接地參考，這意味著(zhù)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。這將導致可聽(tīng)得見(jiàn)的爆破聲，并且由于電容器會(huì )形成一個(gè)帶有耳機負載阻抗的高通濾波器還會(huì )降低低音響應。如果可能的話(huà)，應當避免交流耦合電容器的額外成本。
長(cháng)時(shí)間持續使用耳機無(wú)疑會(huì )降低電池壽命，因此，挑戰在于應盡可能減小耳機放大器的有功功率消耗以延長(cháng)電池壽命。
人為可聽(tīng)得見(jiàn)的系統噪聲(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(tīng)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(lèi)不斷增多的、能夠連接到耳機插孔的配件將會(huì )造成無(wú)數的挑戰，包括插孔檢測、阻抗感測、按鈕配置和重配置系統音頻信號路徑等。這樣會(huì )用光處理器寶貴的GPIO引腳并使軟件開(kāi)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(zhù)將揚聲器連接到電池供電導軌上時(shí)，揚聲器將無(wú)法達到全部額定輸出功率，實(shí)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(zhì)量更為重要時(shí)。當優(yōu)先考慮最大音量時(shí)，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(guò)驅動(dòng)和破壞。
此外，在對具有快速開(kāi)關(guān)電流的高頻D類(lèi)揚聲器信號路由，使其穿過(guò)PCB并通過(guò)撓性連接器的同時(shí)，很難維持系統信號的完整性，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振幅的系統IC，并在不增加噪聲和直流偏壓的情況下對它們進(jìn)行有效混音以適應不同的使用案例和音效，可能會(huì )出現問(wèn)題，因為這會(huì )增加更多像專(zhuān)用數模轉換器(DAC)和編解碼器(CODEC)這樣復雜的器件。專(zhuān)用音頻轉換器通�？梢愿纳葡到y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(zhuān)用數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)的額外軟件復雜性。
同時(shí)，還存在著(zhù)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(kāi)發(fā)時(shí)間等無(wú)止盡的探索，以滿(mǎn)足對小巧、輕薄系統的要求，這樣才能迅速地搶占市場(chǎng)并為制造商帶來(lái)利潤。
純模擬輸入音頻放大器通過(guò)解決以上問(wèn)題而能夠在移動(dòng)設備中滿(mǎn)足對更高音質(zhì)的追求。每當客戶(hù)要求他們的移動(dòng)設備具有更響亮、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(wèn)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(lèi)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(shí)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(guò)某些智能電路實(shí)現，它們在設備初始化寫(xiě)寄存器過(guò)程中就能自動(dòng)配置信號路徑。
圖1：?jiǎn)温暤繢類(lèi)揚聲器放大器WM9093模塊圖。
G類(lèi)耳機放大器經(jīng)常被用于高集成度的系統級芯片(SoC)上，與傳統的單電源AB類(lèi)耳機放大器相比，它還能夠延長(cháng)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(lèi)放大器通過(guò)一個(gè)電荷泵由1.8V電壓供電，那么整個(gè)系統的效率也將更高，它可以通過(guò)自適應電荷泵開(kāi)關(guān)頻率而進(jìn)一步增強。
不久之前，一些先進(jìn)的專(zhuān)用音頻芯片已集成了智能探測連接到耳機插孔配件類(lèi)型的能力，并且還可不間斷控制信號路徑配置和相關(guān)的供電和偏置以自動(dòng)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(wù)。
使用一個(gè)專(zhuān)用的高性能D類(lèi)揚聲器放大器可使聲音輸出功率達到最佳，并能給用戶(hù)帶來(lái)一個(gè)聲音更為響亮的揚聲器。這也可在無(wú)需害怕?lián)p壞揚聲器的情況下，通過(guò)使用一系列自動(dòng)增益控制和門(mén)限技術(shù)來(lái)實(shí)現。近來(lái)，隨著(zhù)先進(jìn)的低功耗動(dòng)態(tài)范圍壓縮技術(shù)的出現，產(chǎn)生了用人工靜音信號來(lái)推動(dòng)實(shí)現更高的總功率電平，而它聽(tīng)起來(lái)像是更加響亮的輸出等級。專(zhuān)用的D類(lèi)揚聲器放大器通�？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(guò)的距離。
最后，使用一個(gè)專(zhuān)用的、帶有專(zhuān)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，將允許系統設計人員能夠在輸出級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。
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