談智能功率音頻放大器對智能手機的重要性

人們在智能手機、平板電腦或其他便攜式設備上消費的內容似乎沒有盡頭。隨著智能手機屏幕變得越來越大，越來越亮，并提供更好的整體視覺體驗，消費者不僅僅通過耳機，而是正以全新的方式體驗移動內容。朋友聚在一起，把手機橫過來利用手機的外部喇叭看視頻，分享觀看和聆聽的體驗很常見。多年來，許多手機的屏幕尺寸變得更大，但音頻體驗并不總能并駕齊驅，特別是在“響亮”喇叭模式下。 因此，更多的高端手機提供立體聲作為附加功能，通常在頂部和底部設置微型喇叭。 現在，當用戶從側面看其立體聲增強型手機時（即橫向視圖），會發現兩側都有一個喇叭，以幫助創建更好的“立體聲”收聽體驗。

智能手機和其他音頻播放設備中采用立體聲音頻的趨勢表明，音頻放大器在智能手機設計中扮演著尤為重要的角色。因此，音頻放大器在容量和技術兩方面都出現了大幅增長（見下圖1）。根據SAR Insight＆Consulting音頻功率放大器市場增長報告1 ：“與2010年相比，2018年音頻放大器的市場出貨量增長了3倍，這不僅因為音頻播放設備出貨量的增加，而且每臺設備的通道數量也在增加?！眻蟾孢€指出，立體聲喇叭已廣泛應用于售價超過550美元的高端智能手機市場，特別是自2016年iPhone?7移動數字設備立體聲的推出以來。從那時起，許多其他旗艦智能手機也在其產品中采用了立體聲喇叭。該分析公司還預計，立體聲將擴展到定價在200美元至500美元間的中端手機，估計2018年有近6億個放大器用于中端市場，到2023年預計將增加到近7億個。

圖1：終端市場獨立喇叭放大器全球市場一覽

（來源：SAR Insight & Consulting發布的2019年一季度報告）

升壓音頻放大器的重要性與日俱增

然而，在智能手機中包含立體聲的廣泛趨勢并不一定能確保高質量的音頻體驗。為此，微型喇叭還應配備智能升壓音頻放大器，在保護喇叭免受損壞的同時使喇叭達到最大響度。智能手機音頻設計人員應使用高壓音頻放大器、喇叭監控模數轉換器（ADC）以及將微型喇叭保持在安全運行狀態的先進算法，確保更佳、更響亮、更清晰的音頻聲音。另外，兩個喇叭通常意味著兩個放大器。 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，隨著智能手機走向立體聲，先前未出現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揮最大作用的設計清單。

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

功效- SAR Insight研究還證實，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。在設計中也可以實現更高的功效。例如，Cirrus Logic的11伏升壓D類放大器也使用H類DC-DC轉換器，以比G類更高的效率增強供應，同時額外的電池管理系統可預測地適應不斷變化的音頻、喇叭和電池情況以調節電池電流和節省電力。這強調了升壓音頻放大器不斷演進的技術和“增強”作用，如圖2所示。

圖2：G類和H類供電軌電壓vs時間

喇叭保護-根據SAR Insight＆Consulting，在智能手機等使用小型喇叭的許多應用中，放大器中嵌入式DSP使用喇叭保護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現更高的輸出。例如，Cirrus Logic音頻放大器在1瓦喇叭中實現超過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的報告進一步指出，“自2013年以來，中檔智能手機中喇叭保護的使用迅速增長，因為OEM希望最大限度地提高喇叭性能，并將其與其他增強功能（例如高端編解碼器）結合使用，以實現差異化的設計?！?/p>

音頻增強-即使具有所有這些功能，并非所有音頻增強都是相同的。為了產生更好的清晰度和增強的立體聲音頻以匹配那些生動、更大的屏幕和視覺內容，集成DSP中的高級算法還應解決音頻設計問題，如均衡、壓縮和心理聲學增強，以微調音頻回放。

隨著用戶放棄傳統的有線或衛星電視，并希望看到更多不受限制的內容，智能手機和其他移動設備正迅速成為流媒體和欣賞內容的主要平臺。為了配合更清晰、更明亮的視覺體驗，越來越多的手機正在從單聲道或單聲道音頻設計轉向雙聲道立體聲，以提供更好的聆聽體驗。 隨著這種趨勢的繼續，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OEM不僅會在耳機和免提模式下尋求空間的節省，還能追求能效和音頻清晰度的提升，讓其產品在市場競爭中脫穎而出。

來源：Cirrus Logic 產品經理Eric Eklund

1 資料來自SAR Insight & Consulting首席研究員Peter Conney于2017年第4季度發布的音頻功率放大器報告：市場增長、通道數量、放大器類型、輸入類型、類、喇叭保護。更新數據來自SAR Insight & Consulting于2019年第1季度發布的音頻信號鏈IC預測DATAbase。