如何正確理解音頻元件數(shù)據(jù)手冊中的功耗數(shù)據(jù)

這意味著系統(tǒng)功耗對設(shè)計師來說一個至關(guān)重要的設(shè)計指標(biāo)，他們將需要花費(fèi)很多時間去仔細(xì)研究不同芯片供應(yīng)商提供的產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊。這個任務(wù)的工作量很大，因為數(shù)據(jù)手冊中存在有很多影響功耗的變量，而且在很多情況下，制造商不會提供產(chǎn)品之間的相似比較。事實上，音頻輸入和輸出子系統(tǒng)的設(shè)計特別棘手，因為它們包含了模擬和數(shù)字電路，而且一般采用多個獨(dú)立的電源。

容易曲解的數(shù)據(jù)

對音頻子系統(tǒng)電路進(jìn)行更深入分析有助于理解音頻IC制造商數(shù)據(jù)手冊中的功耗數(shù)據(jù)的真實含義。圖1給出了便攜式系統(tǒng)音頻輸出部分涉及的主要功能模塊。通常，這條信號鏈上的最后幾個模塊(數(shù)字信號增強(qiáng)、數(shù)模轉(zhuǎn)換、模擬混音和放大電路）是集成在單個器件中，即“音頻DAC”。數(shù)據(jù)手冊會提供“DAC功耗”或“DAC供電電流”數(shù)據(jù)，確定這個數(shù)據(jù)是否包括放大器和其它與DAC相關(guān)的子電路的功率需求非常重要。如果沒有包含，則需要單獨(dú)計算。

同樣，數(shù)據(jù)手冊中的“耳機(jī)回放”功耗通常不包括片上增強(qiáng)電路，如限幅、3D信號增強(qiáng)和均衡電路。供應(yīng)商提供的功耗數(shù)據(jù)通常都不包括這些電路，以使他們的器件看上去比競爭對手有更好的性能。一些制造商甚至在定義回放功耗時不包括數(shù)字音頻接口，這與實際使用情況大相徑庭，因為接口必須上電才能接收音頻數(shù)據(jù)用于回放。

系統(tǒng)架構(gòu)變化事實進(jìn)一步增加了設(shè)計復(fù)雜性。例如，音量控制可以通過音頻芯片數(shù)字部分CPU上的軟件，或者音頻芯片上的模擬可編程增益放大器來實現(xiàn)。根據(jù)經(jīng)驗，一個好的做法是明確設(shè)計系統(tǒng)的相關(guān)功能、確定由哪個物理器件負(fù)責(zé)該功能，并正確計算每個功能的功耗。

真實世界的負(fù)載和信號特性

數(shù)據(jù)手冊中還有其它一些數(shù)據(jù)經(jīng)常與實際情況不符。例如，回放時揚(yáng)聲器和耳機(jī)的功耗占整個系統(tǒng)功耗的很大一部分，但這些數(shù)據(jù)通常不包含在數(shù)據(jù)手冊中。更常見的是，數(shù)據(jù)手冊提供的是“靜音”狀態(tài)下的功耗數(shù)據(jù)，這種狀態(tài)在數(shù)字域中用一長串零來表示。在這種狀態(tài)下，負(fù)載上的電壓為零，且沒有任何負(fù)載電流。此外，靜音狀態(tài)下音頻IC本身的功耗很少，這進(jìn)一步降低了對外宣稱的功耗，有時功耗甚至是在沒有連接負(fù)載的情況下來測量的。

為得到有意義的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)必須連接負(fù)載。在消費(fèi)電子領(lǐng)域，小型揚(yáng)聲器的阻抗一般為8歐姆，耳機(jī)的阻抗為16歐姆或32歐姆。此外，實際的測試信號還必須得到充分驅(qū)動，以便通過電路中的所有相關(guān)元件到達(dá)負(fù)載。

1kHz正弦波很容易產(chǎn)生，也經(jīng)常被用作測試信號，但這種信號并不能反映通常表征音樂或語音的頻率混合或幅度隨時間變化的特性。也許最有用的信號是針對揚(yáng)聲器的IEC 60268-5(以前的IEC 268-5)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號。這個標(biāo)準(zhǔn)使用所謂的“粉色”噪聲，該噪聲是運(yùn)行在整個音頻頻帶上的各種頻率的加權(quán)混合?！罢穹驍?shù)”，即峰值與長期RMS幅度之間的差異，在“粉色”噪聲中得到了很好定義，它反映了實際信號在大聲和靜音之間的變化情況。

定義信號幅度

無論采用哪一種測試信號，其幅值都將對功耗產(chǎn)生很大影響，這是另一個容易引起混淆的地方，因為定義信號幅值的方法有許多種。例如，“dBV”相對于均方根1V，而"dBFS"相對于“滿刻度”，對于任何給定的音頻分量都是這樣的。使用不同參考的分貝數(shù)或沒有明確規(guī)定參考的定義都很難進(jìn)行有意義的比較。由于人們最終關(guān)心的是向負(fù)載提供的功率，所以用瓦或毫瓦定義給定負(fù)載阻抗上的信號幅度具有重要意義。

由于任何給定的放大器的效率會隨信號幅度改變而改變，所以需要在信號的整個動態(tài)范圍內(nèi)考慮放大器功耗，如圖2所示。舉例來說，G類放大器會根據(jù)信號幅度選擇使用不同的供電電壓，且效率在轉(zhuǎn)換點(diǎn)附近通常不連續(xù)。