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

這意味著系統(tǒng)功耗對(duì)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)一個(gè)至關(guān)重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)，他們將需要花費(fèi)很多時(shí)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(cè)。這個(gè)任務(wù)的工作量很大，因?yàn)閿?shù)據(jù)手冊(cè)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(huì)提供產(chǎn)品之間的相似比較。事實(shí)上，音頻輸入和輸出子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特別棘手，因?yàn)樗鼈儼四M和數(shù)字電路，而且一般采用多個(gè)獨(dú)立的電源。

容易曲解的數(shù)據(jù)

對(duì)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(cè)中的功耗數(shù)據(jù)的真實(shí)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(hào)鏈上的最后幾個(gè)模塊(數(shù)字信號(hào)增強(qiáng)、數(shù)模轉(zhuǎn)換、模擬混音和放大電路）是集成在單個(gè)器件中，即“音頻DAC”。數(shù)據(jù)手冊(cè)會(huì)提供“DAC功耗”或“DAC供電電流”數(shù)據(jù)，確定這個(gè)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(méi)有包含，則需要單獨(dú)計(jì)算。

同樣，數(shù)據(jù)手冊(cè)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(hào)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(jìng)爭(zhēng)對(duì)手有更好的性能。一些制造商甚至在定義回放功耗時(shí)不包括數(shù)字音頻接口，這與實(shí)際使用情況大相徑庭，因?yàn)榻涌诒仨毶想姴拍芙邮找纛l數(shù)據(jù)用于回放。

系統(tǒng)架構(gòu)變化事實(shí)進(jìn)一步增加了設(shè)計(jì)復(fù)雜性。例如，音量控制可以通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)好的做法是明確設(shè)計(jì)系統(tǒng)的相關(guān)功能、確定由哪個(gè)物理器件負(fù)責(zé)該功能，并正確計(jì)算每個(gè)功能的功耗。

真實(shí)世界的負(fù)載和信號(hào)特性

數(shù)據(jù)手冊(cè)中還有其它一些數(shù)據(jù)經(jīng)常與實(shí)際情況不符。例如，回放時(shí)揚(yáng)聲器和耳機(jī)的功耗占整個(gè)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(cè)中。更常見(jiàn)的是，數(shù)據(jù)手冊(cè)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(zhǎng)串零來(lái)表示。在這種狀態(tài)下，負(fù)載上的電壓為零，且沒(méi)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(duì)外宣稱(chēng)的功耗，有時(shí)功耗甚至是在沒(méi)有連接負(fù)載的情況下來(lái)測(cè)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(shí)際的測(cè)試信號(hào)還必須得到充分驅(qū)動(dòng)，以便通過(guò)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(cè)試信號(hào)，但這種信號(hào)并不能反映通常表征音樂(lè)或語(yǔ)音的頻率混合或幅度隨時(shí)間變化的特性。也許最有用的信號(hào)是針對(duì)揚(yáng)聲器的IEC 60268-5(以前的IEC 268-5)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號(hào)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)使用所謂的“粉色”噪聲，該噪聲是運(yùn)行在整個(gè)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(zhǎng)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(shí)際信號(hào)在大聲和靜音之間的變化情況。

定義信號(hào)幅度

無(wú)論采用哪一種測(cè)試信號(hào)，其幅值都將對(duì)功耗產(chǎn)生很大影響，這是另一個(gè)容易引起混淆的地方，因?yàn)槎x信號(hào)幅值的方法有許多種。例如，“dBV”相對(duì)于均方根1V，而"dBFS"相對(duì)于“滿(mǎn)刻度”，對(duì)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(méi)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(hào)幅度具有重要意義。

由于任何給定的放大器的效率會(huì)隨信號(hào)幅度改變而改變，所以需要在信號(hào)的整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)考慮放大器功耗，如圖2所示。舉例來(lái)說(shuō)，G類(lèi)放大器會(huì)根據(jù)信號(hào)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)。