談智能功率音頻放大器對智能手機(jī)的重要性

人們在智能手機(jī)、平板電腦或其他便攜式設(shè)備上消費(fèi)的內(nèi)容似乎沒有盡頭。隨著智能手機(jī)屏幕變得越來越大，越來越亮，并提供更好的整體視覺體驗(yàn)，消費(fèi)者不僅僅通過耳機(jī)，而是正以全新的方式體驗(yàn)移動內(nèi)容。朋友聚在一起，把手機(jī)橫過來利用手機(jī)的外部喇叭看視頻，分享觀看和聆聽的體驗(yàn)很常見。多年來，許多手機(jī)的屏幕尺寸變得更大，但音頻體驗(yàn)并不總能并駕齊驅(qū)，特別是在“響亮”喇叭模式下。 因此，更多的高端手機(jī)提供立體聲作為附加功能，通常在頂部和底部設(shè)置微型喇叭。 現(xiàn)在，當(dāng)用戶從側(cè)面看其立體聲增強(qiáng)型手機(jī)時(shí)（即橫向視圖），會發(fā)現(xiàn)兩側(cè)都有一個(gè)喇叭，以幫助創(chuàng)建更好的“立體聲”收聽體驗(yàn)。

智能手機(jī)和其他音頻播放設(shè)備中采用立體聲音頻的趨勢表明，音頻放大器在智能手機(jī)設(shè)計(jì)中扮演著尤為重要的角色。因此，音頻放大器在容量和技術(shù)兩方面都出現(xiàn)了大幅增長（見下圖1）。根據(jù)SAR Insight＆Consulting音頻功率放大器市場增長報(bào)告1 ：“與2010年相比，2018年音頻放大器的市場出貨量增長了3倍，這不僅因?yàn)橐纛l播放設(shè)備出貨量的增加，而且每臺設(shè)備的通道數(shù)量也在增加?！眻?bào)告還指出，立體聲喇叭已廣泛應(yīng)用于售價(jià)超過550美元的高端智能手機(jī)市場，特別是自2016年iPhone?7移動數(shù)字設(shè)備立體聲的推出以來。從那時(shí)起，許多其他旗艦智能手機(jī)也在其產(chǎn)品中采用了立體聲喇叭。該分析公司還預(yù)計(jì)，立體聲將擴(kuò)展到定價(jià)在200美元至500美元間的中端手機(jī)，估計(jì)2018年有近6億個(gè)放大器用于中端市場，到2023年預(yù)計(jì)將增加到近7億個(gè)。

圖1：終端市場獨(dú)立喇叭放大器全球市場一覽

（來源：SAR Insight & ConsulTIng發(fā)布的2019年一季度報(bào)告）

升壓音頻放大器的重要性與日俱增

然而，在智能手機(jī)中包含立體聲的廣泛趨勢并不一定能確保高質(zhì)量的音頻體驗(yàn)。為此，微型喇叭還應(yīng)配備智能升壓音頻放大器，在保護(hù)喇叭免受損壞的同時(shí)使喇叭達(dá)到最大響度。智能手機(jī)音頻設(shè)計(jì)人員應(yīng)使用高壓音頻放大器、喇叭監(jiān)控模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）以及將微型喇叭保持在安全運(yùn)行狀態(tài)的先進(jìn)算法，確保更佳、更響亮、更清晰的音頻聲音。另外，兩個(gè)喇叭通常意味著兩個(gè)放大器。 因此，尺寸、效率、電池電流管理和音頻性能都是兩倍的重要。 因此，隨著智能手機(jī)走向立體聲，先前未出現(xiàn)的音頻放大器起著更為重要的作用。

以下是確保智能升壓音頻放大器發(fā)揮最大作用的設(shè)計(jì)清單。

尺寸 - 將各種功能納入便攜式設(shè)備時(shí)，板空間始終是一個(gè)考慮因素，一種選擇是將兩個(gè)微型喇叭放置在手機(jī)的頂部和底部。音頻放大器必須更小、更集成，特別是現(xiàn)在有兩個(gè)的情況下。為了解決尺寸問題，Cirrus Logic使用55納米技術(shù)設(shè)計(jì)其最新的帶有DSP的CS35L41智能升壓放大器，使OEM更容易采用雙喇叭設(shè)計(jì)，而不會犧牲其他新功能所需的空間。

功效- SAR Insight研究還證實(shí)，由于D類音頻放大器的效率提升，D類在許多市場上幾乎都取代了AB類放大器。在設(shè)計(jì)中也可以實(shí)現(xiàn)更高的功效。例如，Cirrus Logic的11伏升壓D類放大器也使用H類DC-DC轉(zhuǎn)換器，以比G類更高的效率增強(qiáng)供應(yīng)，同時(shí)額外的電池管理系統(tǒng)可預(yù)測地適應(yīng)不斷變化的音頻、喇叭和電池情況以調(diào)節(jié)電池電流和節(jié)省電力。這強(qiáng)調(diào)了升壓音頻放大器不斷演進(jìn)的技術(shù)和“增強(qiáng)”作用，如圖2所示。

圖2：G類和H類供電軌電壓vs時(shí)間

喇叭保護(hù)-根據(jù)SAR Insight＆ConsulTIng，在智能手機(jī)等使用小型喇叭的許多應(yīng)用中，放大器中嵌入式DSP使用喇叭保護(hù)算法已變得越來越普遍。這些算法可在不損壞喇叭的情況下實(shí)現(xiàn)更高的輸出。例如，Cirrus Logic音頻放大器在1瓦喇叭中實(shí)現(xiàn)超過5瓦的功率。這種新型升壓音頻放大器可以提供更高偏移所需的功率，以生成更響亮、更清晰的音頻，特別是在免提電話上，而不會損壞超小型微型喇叭。SAR Insight的報(bào)告進(jìn)一步指出，“自2013年以來，中檔智能手機(jī)中喇叭保護(hù)的使用迅速增長，因?yàn)镺EM希望最大限度地提高喇叭性能，并將其與其他增強(qiáng)功能（例如高端編解碼器）結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)差異化的設(shè)計(jì)?！?/p>

音頻增強(qiáng)-即使具有所有這些功能，并非所有音頻增強(qiáng)都是相同的。為了產(chǎn)生更好的清晰度和增強(qiáng)的立體聲音頻以匹配那些生動、更大的屏幕和視覺內(nèi)容，集成DSP中的高級算法還應(yīng)解決音頻設(shè)計(jì)問題，如均衡、壓縮和心理聲學(xué)增強(qiáng)，以微調(diào)音頻回放。

隨著用戶放棄傳統(tǒng)的有線或衛(wèi)星電視，并希望看到更多不受限制的內(nèi)容，智能手機(jī)和其他移動設(shè)備正迅速成為流媒體和欣賞內(nèi)容的主要平臺。為了配合更清晰、更明亮的視覺體驗(yàn)，越來越多的手機(jī)正在從單聲道或單聲道音頻設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向雙聲道立體聲，以提供更好的聆聽體驗(yàn)。 隨著這種趨勢的繼續(xù)，對智能功率放大器的需求變得越來越重要。這意味著智能手機(jī)OEM不僅會在耳機(jī)和免提模式下尋求空間的節(jié)省，還能追求能效和音頻清晰度的提升，讓其產(chǎn)品在市場競爭中脫穎而出。

來源：Cirrus Logic 產(chǎn)品經(jīng)理Eric Eklund

1 資料來自SAR Insight & ConsulTIng首席研究員Peter Conney于2017年第4季度發(fā)布的音頻功率放大器報(bào)告：市場增長、通道數(shù)量、放大器類型、輸入類型、類、喇叭保護(hù)。更新數(shù)據(jù)來自SAR Insight & ConsulTIng于2019年第1季度發(fā)布的音頻信號鏈IC預(yù)測DATAbase。