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高能效音频延长电池寿命

作者:IanSmith时间:2012-05-21来源:电子产品世界收藏

  摘要:芯片的复杂度不断提升以满足消费电子产品的需求,这需要更低成本、更小尺寸、更低功耗的解决方案。这需要为、耳机驱动器及扬声器驱动器带来新的理念,来改善在消费电子产品中信号链的能源效率。本文讲解了在这些领域中各自的一些技术。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/132638.htm

  欧胜为消费性应用设计混合信号芯片已经超过十年。在这期间,芯片的复杂性从一片芯片上只有单一的立体声数模转换器(),增加到了在一片芯片上集成多个数模转换器、模数转换器()以及数字信号处理器(DSP),以满足消费电子市场永远严苛的需求。这因为更低成本、几何尺寸更精细以及更大量的需求而变为现实。

  渴望一直在增长,或者至少在维持,模拟性能在不断随之发展;但是在这些更小的晶体管上,可承受的最大电压也在减小。如果电压减半,必然噪音也需要减半以维持性能,这意味着晶体管电流会达到原来的四倍,功率消耗会达到原来的二倍。此外,由于级联各种模拟电路级来满足现代系统更复杂的功能要求,信噪比(SNR)则进一步降低。例如拿两个100dB的电路,把它们级联在一起,最后会得到一个97dB的通路。模拟烦恼变得更糟糕。

  在数字领域中,更小的晶体管在更低的电压下运行,拥有更低的栅电容。由于逻辑门的功率消耗与产品的电容和电压近乎成比例,所以它的整体性能变得更好。

  提升能源效率及模拟性能的方法是用数字部分来增强模拟性能。每种硅工艺都可进行详细计算和仿真,以探求其最佳平衡点。随着我们已经从0.5µm转到0.35µm、再到0.18µm甚至更小线宽,很明显级联电路级对功率消耗和信噪比的帮助越来越小。这意味着在一块芯片上,采用模拟混音将多个输入连接到一个立体声上,不再比一片带有多个ADC和数字混音的芯片具有更高效率。这也同样适用于

  运用更多数字逻辑还有其它优势

  级联电路级变得极为容易,这是因为信号质量的降低简化到精确的数学精度,而不是模糊的模拟噪声;数字混音与布线能更具灵活性;数字滤波对于音频更容易实现;未被使用的部分为了更加节能可以很容易地关断;制造成本能够更低,因为使用数字扫描模式而非模拟性能测试而使其能够更加便宜地被测试(使音频测试加快是有困难的,因为你不能改变音频频段的频率)。

  它不利的一面是:在采样频率不同的时候,为来自不同信号源的音频进行数字混音不能如此的直接完成,而需要有一个采样速率转换器。但是这种代价随着几何尺寸的减小和晶体管变得便宜而降低。另外一点是:整个数字解决方案也会变得远为复杂,因此会需要更长时间来设计与验证。

  另一方面,当有一个残留的直流电压通过一个扬声器或耳机时也会造成功率的浪费。扬声器驱动器在一个桥接式负载(BTL)配置中直接连到扬声器上,以从较低的电池电压中得到最大化的功率输出。一个终端将用与其他反相的模式驱动以将输出功率扩大四倍。当闲置时,由于模拟电路的变化,可能会产生几个mV的小偏移;但如果它太大的话,其总量对一个8Ω的扬声器来说实际上是相当大的功率浪费;对其而言,也可以通过精心设计来将它降至最小。同样,当扬声器驱动器不需要时,软件可以将它关断,使空载功率可从几毫瓦降低到1微瓦。

  几年前,一个耳机驱动器的闲置输出要占电源轨一半的电压,并且会在地与电源轨之间产生一个音频信号。为了消除直流偏移,要使用一系列的电容器。此元件与耳机一起最终变得相当“笨重”,因为耳机的低阻抗需要一个大电容,因此低音频段可被无衰减地通过——它们一起形成了一个高通滤波器。一种折中的解决方案是在电源电压的一半处生成一个人为的接地,以消除对电容器的需要,但这需要另一个会浪费功率的输出。因此,欧胜已经研发出一种W类驱动器,它使用一个智能电荷泵来产生正的和负的电源。这消除了对大电容的需要,因为输出能够在零地电压以上和以下摆动,但这会引起一个小的直流偏移和功率浪费。凭借今天数字控制的低成本优势,现有一种自动校准方案来将这种偏压降到最低。



关键词: 音频 ADC DAC 201205

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