音頻技術是人類接觸到應用最多的技術之一。從電話到手機，再到家庭中所有能發(fā)出聲音的電子設備，人們的音頻體驗無一不與音頻技術息息相關。數(shù)字媒體的發(fā)展和人們對音頻體驗要求的提高，使音頻市場充滿活力和商機，并吸引眾多具有相關技術的公司投身其中。國際廠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，開發(fā)出各具特色的技術和產(chǎn)品。
提高便攜產(chǎn)品效率
再談D類音頻放大器
提起音頻產(chǎn)品的效率，令人立即想到D類音頻放大器和AB類音頻放大器。有人認為，AB類放大器與D類放大器在滿功率輸出時的效率相差不多。但是，兩類放大器在低輸出功率時的效率相差很大，此時D類放大器在效率上的優(yōu)勢十分明顯。
因此，NS亞太區(qū)市場經(jīng)理郭俊杰認為有必要強調(diào)D類音頻放大器對提高音頻產(chǎn)品效率的有效性。D類放大器是利用電壓比較、脈寬調(diào)制(PWM)等技術實現(xiàn)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類放大器大幅提高，并可降低對散熱片的依賴性。NS的PowerWise技術對其D類音頻產(chǎn)品的效率起到指導作用。在PowerWise性能指標下，節(jié)能和高效成為特別強調(diào)的指標。郭俊杰說，NS的D類放大器能否成為PowerWise產(chǎn)品器件便取決于轉(zhuǎn)換效率，因為PowerWise家族產(chǎn)品要求功率放大器的轉(zhuǎn)換效率必須為85%或以上。
除了D類音頻放大器之外，NS的G類放大器架構(gòu)為進一步提高音頻產(chǎn)品效率提供了技術支持。其技術特點是可靈活調(diào)整電源供應，大幅調(diào)低供電電壓，同時大幅提高電源效率。“比如，G類放大器LM48824的效率要比普通AB類頭戴式耳機放大器高出一倍。”郭俊杰表示。
NS公司亞太區(qū)市場經(jīng)理
郭俊杰
恩智浦半導體多重市場產(chǎn)品部
大中華區(qū)高級市場經(jīng)理
張秋明
恩智浦在音頻產(chǎn)品領域有著悠久的歷史，其產(chǎn)品在音頻放大器和音頻編解碼器兩個領域都有涉及。恩智浦半導體多重市場產(chǎn)品部大中華區(qū)高級市場經(jīng)理張秋明認為，目前音頻放大器還在由AB類向D類過渡，雖然單顆D類放大器的價格要比AB類貴一些，但從系統(tǒng)成本上看，D類和AB類成本相差不多。采用D類放大器仍然是高效率音頻設計的趨勢。
歐勝微電子公司區(qū)域市場經(jīng)理
吳彥祥
音頻技術廠商歐勝微電子公司區(qū)域市場經(jīng)理吳彥祥同樣認可D類音頻放大器的優(yōu)越性，并坦言歐勝提供了各種D類運算放大器技術。他認為，歐勝的D類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行了優(yōu)化，無需在機箱內(nèi)設計很大的散熱器。吳彥祥表示：“AudioPlus是歐勝的市場策略，這個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(diào)整功能。而改善EMI性能和噪聲是D類放大器所面臨的挑戰(zhàn)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公司是專業(yè)的音頻產(chǎn)品廠商，產(chǎn)品線包括轉(zhuǎn)換器、放大器和音頻數(shù)字信號處理器(DSP)等。該公司CEO Jason Rhode認為，在抑制EMI方面，Cirrus Logic有著自己的獨特理解。2008年末，該公司發(fā)布了具有自動性能、供電調(diào)節(jié)、雙模H類耳機驅(qū)動技術和地居中(Ground-Centered)直流零電平輸出電荷泵架構(gòu)的產(chǎn)品CS42L55。在標準音頻取樣率和用耳機聽音樂的實際播放條件下，雙模H類耳機驅(qū)動技術可保持高質(zhì)量的音質(zhì)，并延長電池工作時間。Jason Rhode表示：“我們在H類的創(chuàng)新有助于降低EMI、減少噪音，實現(xiàn)超低功耗并提升音質(zhì)。”
Intersil公司D2Audio業(yè)務部總監(jiān)
Brian P. Wong
Cirrus Logic的另一款產(chǎn)品CS3511使用了先進的Delta Sigma模塊、閉環(huán)結(jié)構(gòu)和真實擴頻切換控制器技術，與其他同類立體聲D類放大器相比，可實現(xiàn)超低失真，并顯著減少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(shù)字音頻及D類放大器產(chǎn)品使其在上述兩方面的優(yōu)勢得到進一步強化。D2Audio一直在關注D類放大器技術，與同行們有所不同的是，其音頻SoC集成了D類放大器、DSP和CODEC功能，以及“D2Audio SoundSuite”的聲音增強軟件/固件。Intersil公司D2Audio業(yè)務部總監(jiān)Brian P. Wong表示，在音頻技術領域，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”設計已經(jīng)無法令用戶滿意。為此，D2Audio先后開發(fā)出了一系列能夠補償數(shù)字PWM放大器不足和缺點的優(yōu)化和校正技術，如前端音頻信號調(diào)理電路、基于DSP的優(yōu)化技術、硅校正技術和“閉環(huán)”反饋技術等，這些技術的組合能夠校正全數(shù)字PWM放大器的非線性和其他產(chǎn)生失真的特性。Brian P. Wong指出，D2Audio會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數(shù)字D類控制器IC。
Intersil的降噪方法也很有特點。Brian P. Wong認為，對其他D類放大器技術來說，惡劣的EMI環(huán)境并不是由放大器的基本開關頻率引起的，而是由其他過沖、振鈴和過高開關速率的諧波成分引起的。D2Audio的反饋校正技術允許使用寬松得多的開關速率和時間，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關時間和速率，必然會引起失真的增加，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，而是在第一個地方就避免產(chǎn)生EMI，使用戶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。通常采用無濾波器的D類放大器時，放大器芯片與揚聲器之間的電纜長度不能超過兩英寸，如果超過該長度，系統(tǒng)可能會出現(xiàn)故障。E2S可有效解決這一問題，并將揚聲器電纜延長至20英寸。NS采用這種技術的音頻子系統(tǒng)具備自動電平控制(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，前者是單聲道D類放大器，后者是立體聲D類放大器。
NS另一種噪聲抑制技術為具有突破性的遠場噪聲抑制技術，該技術可以減少輸出頻率失真，令傳送的聲音更自然、更真實，適合移動電話、雙向式無線電對講機及有源耳機等。抑制噪聲目前主流的技術是使用處理音頻信號的DSP芯片對聲音進行數(shù)字分析，然后提取語音、拋棄噪音。這種技術目前有兩種主要的方式。一種是基于自適應線性增強器(ALE)的語音提取技術，該技術通常需要采用前置放大器對來自話筒的聲音進行放大，然后使用A/D轉(zhuǎn)換器將聲音轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再經(jīng)DSP芯片處理，再由D/A轉(zhuǎn)換器重現(xiàn)為模擬信號。因此，這種技術的缺點在于需要使用多個芯片，總體功耗比較大，且算法常會導致聲音失真較大。另一種方式是使用專用的陣列式話筒，配合DSP進行處理。陣列式話筒通常內(nèi)置兩個全向話筒，它只對來自某個或者某些方向的聲音信號敏感，對來自非預期方向的噪聲有很好的抑制作用。但陣列式話筒的體積一般比較大，同時存在功耗大和失真的問題。相比之下，遠場噪聲抑制技術和陣列式話筒類似，也使用兩個話筒，這兩個話筒自由放置，接收到的信號因距離不同而產(chǎn)生幅度和相位的差異。這一差異可以用來實現(xiàn)對遠近場聲音的鑒別和選擇性過濾。NS采用了連續(xù)時間模擬信號處理技術使信號處理速度更為快捷穩(wěn)定，克服了DSP內(nèi)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。NE58633是其一款立體聲降噪D類BTL耳機驅(qū)動放大器，它使用駐極體麥克風低噪音前置放大器和反饋降噪電路，同時具有靜音控制和開關降噪電路。帶有外部增益調(diào)節(jié)的電子麥克風降噪定位放大器和帶有噪聲解耦的內(nèi)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一定程度的折中。顯然主流廠商并不這么認為。
Intersil公司的Brian P. Wong認為，對于D類放大器，功耗的主要來源是放大器功率級的損耗。D類放大器的效率越高，功耗就越低。如果是為每個設計或為每個客戶量身定制，這種性能和功耗之間的折中會變得非常冗長和乏味，并且常常要在性能上打些折扣。在對效率和性能之間進行最優(yōu)折中時，D2Audio專利的“Dynatiming”技術能夠根據(jù)輸出功率的級別自動調(diào)節(jié)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現(xiàn)最高的效率。他指出，在更高性能的應用中，D2Audio的閉環(huán)技術可以實現(xiàn)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類揚聲器放大器，數(shù)模轉(zhuǎn)換信噪比性能超過98dB。歐勝的電源管理技術對此幫助極大。拿WM8900來說，其采用了G類架構(gòu)，通過一個雙重輸入、電平位移、智能型電荷泵驅(qū)動耳機放大器構(gòu)建而成。電荷泵產(chǎn)生正負電源供應軌，接地參考耳機輸出。電荷泵的自動控制能讓耳機在播放時將電源維持在最有效益的操作狀態(tài)，且無需操作人員或主機軟件參與。接地參考G類耳機放大器也將開機、關機、靜音、解除靜音時所產(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(shù)字媒體的發(fā)展讓音頻技術找到了更廣泛的市場，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，廠商們對各自的技術滿懷信心。
Intersil公司的Brian P. Wong指出，便攜市場、平板電視以及生活中的電子產(chǎn)品是未來音頻應用的三大領域。在這些領域，消費者要求更高質(zhì)量的音頻內(nèi)容，無論內(nèi)容是來自平板電視、便攜式媒體播放器、上網(wǎng)本，還是車載設備。他認為，D2Audio的Digital Audio Engine系列可以運行“虛擬化”算法來模擬后置的環(huán)繞揚聲器，從而實現(xiàn)多聲道環(huán)繞聲的感覺，具有高效率(效率>93%)放大、多格式I/O接口，還有數(shù)字處理功能，且這些功能在一個很小尺寸的芯片中實現(xiàn)，能夠滿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域最好的技術，并在進入新的領域如電源管理、MEMS麥克風、音頻增強技術以及噪聲消除、環(huán)繞聲處理等。從簡單的音頻技術，到麥克風輸入至輸出的完整音頻解決方案，歐勝重新定義了用戶購買產(chǎn)品時的音頻體驗。
Cirrus Logic公司的Jason Rhode透露，Soundbars(條形音箱)也是一個快速增長的應用領域，在Soundbars解決方案市場，Cirrus Logic相信自己領導著這個市場。
恩智浦公司的張秋明比較看好傳統(tǒng)的音箱和功放領域，以及新興的消費品電子比如上網(wǎng)本。在這些領域，恩智浦的產(chǎn)品得到了廣泛應用。隨著電子產(chǎn)品設計的不斷發(fā)展，在一些新的技術架構(gòu)上，如符合下一代手機要求的全數(shù)字輸入音頻放大器，張秋明認為恩智浦會有新的突破。
NS公司的郭俊杰顯然對追逐高效能的PowerWise非常熱愛，他說，全世界都在以節(jié)能為產(chǎn)品的重要賣點，NS的D類放大器會在未來市場中盡顯優(yōu)勢。 |
