音頻技術(shù)是人類接觸到應(yīng)用最多的技術(shù)之一。從電話到手機(jī)，再到家庭中所有能發(fā)出聲音的電子設(shè)備，人們的音頻體驗無一不與音頻技術(shù)息息相關(guān)。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(jī)，并吸引眾多具有相關(guān)技術(shù)的公司投身其中。國際廠商如美國國家半導(dǎo)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(shù)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(rèn)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(rèn)為有必要強(qiáng)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(shù)實現(xiàn)對音頻信號的放大，在發(fā)聲單元如揚聲器上復(fù)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(shù)對其D類音頻產(chǎn)品的效率起到指導(dǎo)作用。在PowerWise性能指標(biāo)下，節(jié)能和高效成為特別強(qiáng)調(diào)的指標(biāo)。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(jìn)一步提高音頻產(chǎn)品效率提供了技術(shù)支持。其技術(shù)特點是可靈活調(diào)整電源供應(yīng)，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(jī)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(dǎo)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(lǐng)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(lǐng)域都有涉及。恩智浦半導(dǎo)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(rèn)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(shè)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(shù)廠商歐勝微電子公司區(qū)域市場經(jīng)理吳彥祥同樣認(rèn)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(shù)。他認(rèn)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(jìn)行了優(yōu)化，無需在機(jī)箱內(nèi)設(shè)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(shè)計出功能更強(qiáng)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(rèn)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(jī)驅(qū)動技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)音頻取樣率和用耳機(jī)聽音樂的實際播放條件下，雙模H類耳機(jī)驅(qū)動技術(shù)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(wù)部總監(jiān)
Brian P. Wong
Cirrus Logic的另一款產(chǎn)品CS3511使用了先進(jìn)的Delta Sigma模塊、閉環(huán)結(jié)構(gòu)和真實擴(kuò)頻切換控制器技術(shù)，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(qiáng)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(jìn)一步強(qiáng)化。D2Audio一直在關(guān)注D類放大器技術(shù)，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(qiáng)軟件/固件。Intersil公司D2Audio業(yè)務(wù)部總監(jiān)Brian P. Wong表示，在音頻技術(shù)領(lǐng)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(dǎo)體器件和完全未知的放大器使用環(huán)境和應(yīng)用，以往必需的“單點”設(shè)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(bǔ)償數(shù)字PWM放大器不足和缺點的優(yōu)化和校正技術(shù)，如前端音頻信號調(diào)理電路、基于DSP的優(yōu)化技術(shù)、硅校正技術(shù)和“閉環(huán)”反饋技術(shù)等，這些技術(shù)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(jìn)數(shù)字D類控制器IC。
Intersil的降噪方法也很有特點。Brian P. Wong認(rèn)為，對其他D類放大器技術(shù)來說，惡劣的EMI環(huán)境并不是由放大器的基本開關(guān)頻率引起的，而是由其他過沖、振鈴和過高開關(guān)速率的諧波成分引起的。D2Audio的反饋校正技術(shù)允許使用寬松得多的開關(guān)速率和時間，從而大大減少了輻射和傳導(dǎo)發(fā)射。他表示，采用不那么嚴(yán)格的開關(guān)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(bǔ)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(qiáng)版電波幅射抑制(E2S)技術(shù)。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(shù)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(shù)，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(shù)為具有突破性的遠(yuǎn)場噪聲抑制技術(shù)，該技術(shù)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(jī)及有源耳機(jī)等。抑制噪聲目前主流的技術(shù)是使用處理音頻信號的DSP芯片對聲音進(jìn)行數(shù)字分析，然后提取語音、拋棄噪音。這種技術(shù)目前有兩種主要的方式。一種是基于自適應(yīng)線性增強(qiáng)器(ALE)的語音提取技術(shù)，該技術(shù)通常需要采用前置放大器對來自話筒的聲音進(jìn)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(shù)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(dǎo)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(jìn)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(yù)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(yuǎn)場噪聲抑制技術(shù)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(yuǎn)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(shù)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(shù)。NE58633是其一款立體聲降噪D類BTL耳機(jī)驅(qū)動放大器，它使用駐極體麥克風(fēng)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(guān)降噪電路。帶有外部增益調(diào)節(jié)的電子麥克風(fēng)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(dāng)中，通常認(rèn)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(rèn)為。
Intersil公司的Brian P. Wong認(rèn)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(shè)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(jìn)行最優(yōu)折中時，D2Audio專利的“Dynatiming”技術(shù)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(yīng)用中，D2Audio的閉環(huán)技術(shù)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(shù)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(jī)放大器構(gòu)建而成。電荷泵產(chǎn)生正負(fù)電源供應(yīng)軌，接地參考耳機(jī)輸出。電荷泵的自動控制能讓耳機(jī)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(jī)軟件參與。接地參考G類耳機(jī)放大器也將開機(jī)、關(guān)機(jī)、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(shù)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(biāo)。對此，廠商們對各自的技術(shù)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(yīng)用的三大領(lǐng)域。在這些領(lǐng)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(shè)備。他認(rèn)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(shè)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(lǐng)域最好的技術(shù)，并在進(jìn)入新的領(lǐng)域如電源管理、MEMS麥克風(fēng)、音頻增強(qiáng)技術(shù)以及噪聲消除、環(huán)繞聲處理等。從簡單的音頻技術(shù)，到麥克風(fēng)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(yīng)用領(lǐng)域，在Soundbars解決方案市場，Cirrus Logic相信自己領(lǐng)導(dǎo)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(lǐng)域，以及新興的消費品電子比如上網(wǎng)本。在這些領(lǐng)域，恩智浦的產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用。隨著電子產(chǎn)品設(shè)計的不斷發(fā)展，在一些新的技術(shù)架構(gòu)上，如符合下一代手機(jī)要求的全數(shù)字輸入音頻放大器，張秋明認(rèn)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。 |
