- 無(wú)線可攜式電子產(chǎn)品應(yīng)用之考慮因素
- 輸入與輸出耦合電容值的選擇
- 所有訊號(hào)線盡可能單點(diǎn)接地；
- 為避免兩訊號(hào)互相干擾，應(yīng)避免平行走線，而以90跨過(guò)方式為之
- 數(shù)位之電源、接地應(yīng)和類(lèi)比之電源、接地分開(kāi)
- 高速數(shù)位訊號(hào)走線應(yīng)遠(yuǎn)離類(lèi)比訊號(hào)走線，亦不可置于類(lèi)比元件下方
音效在可攜式電子產(chǎn)品上之要求，在早期只要輸出功率夠大，同時(shí)無(wú)雜訊干擾即可，然而隨著產(chǎn)品成熟度增加與MP3、MPEG4等附加功能的需求而更顯其重要性?，F(xiàn)今消費(fèi)者在手機(jī)與個(gè)人數(shù)位處理器（PDA）的音效要求已至立體聲，甚至必須具備3D音效
本篇文章即是要探討聲頻系統(tǒng)在手機(jī)與PDA之應(yīng)用與設(shè)計(jì)，讓系統(tǒng)與研發(fā)人員設(shè)計(jì)出適合消費(fèi)者的產(chǎn)品。
無(wú)線可攜式電子產(chǎn)品應(yīng)用之考慮因素
以下列出在選擇聲頻功率放大器時(shí)必須考慮到的主要因素。
較高的電源電壓抑制（PowerSupplyRejectionRation；PSRR）
聲頻功率放大器必須具有較高的PSRR，可以避免受到電源與布線雜訊的干擾。
快速的開(kāi)關(guān)機(jī)（Fastturnon&off）
擁有較長(zhǎng)的待機(jī)時(shí)間，為手機(jī)或PDA之基本訴求，AB類(lèi)聲頻放大器的效率約為50至60％，D類(lèi)聲頻放大器的效率可達(dá)85至90％，不管使用何種聲頻放大器，為了節(jié)省功率消耗，在不需要用到聲頻放大器時(shí)，均需進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，然而當(dāng)一有聲音出現(xiàn)時(shí)，聲頻放大器必須馬上進(jìn)入開(kāi)機(jī)狀態(tài)。
無(wú)「開(kāi)關(guān)切換雜訊」（Click&Pop）聲
「開(kāi)關(guān)切換雜訊」聲常出現(xiàn)于聲頻放大器進(jìn)入開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)，或是由待機(jī)回覆至正常狀態(tài)，甚至是217Hz手機(jī)通信訊號(hào)時(shí)，手機(jī)或PDA之使用者絕不會(huì)希望聽(tīng)到擾人的噪音，將「開(kāi)關(guān)切換雜訊」消除電路加入聲頻放大器的考量中，為重要的必備條件。
較低之工作電壓
為延長(zhǎng)電池使用時(shí)間，更要求在低至1.8伏特的條件下仍可進(jìn)行作業(yè)。
低電流消耗與高效率
使用CMOS制程之IC，可降低電流消耗，有時(shí)需選擇D類(lèi)聲頻放大器，目的在延長(zhǎng)手機(jī)或個(gè)人數(shù)位處理器之工作時(shí)間。
高輸出功率
在相同工作電壓下具有較高的輸出功率，亦即輸出訊號(hào)之?dāng)[幅越接近Vcc與GND時(shí)，其輸出功率越高。
較小的封裝（MicroSMD）
手機(jī)或個(gè)人數(shù)位處理器的外觀越來(lái)越小巧，使得IC封裝技術(shù)越來(lái)越重要，MicroSMD為現(xiàn)今較常用到的封裝技術(shù)。
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輸出功率的計(jì)算
單端式（Single-end）放大器如(圖一)所示，其增益為：
(公式一)
Gain＝Rf/Ri
Rf:回授阻抗
Ri:輸入阻抗
(圖一) 單端式(Single-end)放大器
由輸出功率＝(VRMS)2/Rload，VRMS＝Vpeak/21/2，因此單端式（Single-end）放大器輸出功率＝(Vpeak)2/2Rload。
橋接式（BTL）放大器如(圖二)所示，由兩個(gè)單端式（Single-end）放大器以相差180組成，故其增益為
(公式二)
Gain＝2Rf/Ri
Rf:回授阻抗
Ri:輸入阻抗
由輸出功率＝(VRMS)2/Rload，橋接式VRMS＝2Vpeak/21/2，因此橋接式輸出功率＝2(Vpeak)2/Rload＝4端式放大器輸出功率。
圖二) 橋接式放大器與施加于喇叭正負(fù)端之波形
輸入與輸出耦合電容值的選擇
如圖一，輸入阻抗與輸入耦合電容形成一高通濾波器，如欲得到較低的頻率響應(yīng)，則需選擇較大的電容值，其關(guān)系可用以下公式表示：
(公式三)
fC＝1/2∏(RI)(CI)
fC:高通濾波截止頻率
RI:輸入阻抗
CI:輸入耦合電容值，此電容用以阻隔直流電壓并且將輸入訊號(hào)耦合至放大器的輸入端。
在行動(dòng)通訊系統(tǒng)中，由于體積的限制，即使使用較大的輸入耦合電容值，揚(yáng)聲器也通常無(wú)法顯現(xiàn)出50Hz以下的頻率響應(yīng)。因此，假設(shè)輸入阻抗為20K歐姆，只需之輸入耦合電容值大于0.19uF即可，在此狀況下，0.22uF是最適當(dāng)選擇。
對(duì)于輸出耦合電容值之設(shè)定而言，同圖一中，如欲得到較佳的頻率響應(yīng)，電容值亦需選擇較大的容值，其關(guān)系可用以下公式表示：
(公式四)
fC＝1/2∏(RL)(CO)
fC:高通濾波截止頻率
RL:喇叭（耳機(jī)）之阻抗
CO:輸出耦合電容值
例如，當(dāng)使用32歐姆之耳機(jī)，如希望得到50Hz的頻率響應(yīng)時(shí)，則需選擇99uF的輸出耦合電容值，在此狀況下，100uF是最適當(dāng)選擇。
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散熱（Thermal）考量
在設(shè)計(jì)單端式（Single-end）放大器或是橋接式（BTL）放大器時(shí)，功率消耗是主要考量因素之一，增加輸出功率至負(fù)載，其內(nèi)部功率消耗亦跟著增加。
橋接式（BTL）放大器的功率消耗可用以下公式表示：
(公式五)
PDMAX_BTL＝4(VDD)2/(2∏2RL)
VDD:加于橋接式（BTL）放大器之電源電壓
RL:負(fù)載阻抗
例如，當(dāng)VDD＝5V、RL＝8ohm時(shí)，橋接式放大器的功率消耗為634mW，如負(fù)載阻抗改成32ohm時(shí)，其內(nèi)部功率消耗降低至158mW。
而單端式（Single-end）放大器的功率消耗可用以下公式表示：
(公式六)
PDMAX_SE＝(VDD)2/(2∏2RL)
VDD:加于單端式（Single-end）放大器之電源電壓
RL:負(fù)載阻抗
亦即單端式放大器的功率消耗僅為橋接式放大器的四分之一。
所有的功率消耗加起來(lái)除以IC的熱阻（θJA）即是溫升。
布線（Layout）考量
設(shè)計(jì)人員在布線上，有一些基本方針必須加以遵守，例如：
●所有訊號(hào)線盡可能單點(diǎn)接地；
●為避免兩訊號(hào)互相干擾，應(yīng)避免平行走線，而以90跨過(guò)方式為之。
●數(shù)位之電源、接地應(yīng)和類(lèi)比之電源、接地分開(kāi)。
●高速數(shù)位訊號(hào)走線應(yīng)遠(yuǎn)離類(lèi)比訊號(hào)走線，亦不可置于類(lèi)比元件下方。
3D強(qiáng)化立體聲在手機(jī)與PDA之應(yīng)用
就大多數(shù)人的了解，「3D音效」既非單聲道，亦非雙聲道，它是一種聲頻的處理技術(shù)，使聆聽(tīng)者在非實(shí)際的環(huán)境下，感覺(jué)到聲音發(fā)出的地點(diǎn)，這就必須非常講究揚(yáng)聲器（喇叭）的放置位置與數(shù)目。但是在手機(jī)與PDA處理器中，無(wú)法放置如此多的揚(yáng)聲器，因此發(fā)展出以兩個(gè)揚(yáng)聲器加上運(yùn)用硬體或軟體的方式，來(lái)模擬「3D音效」，亦即所謂的「3D強(qiáng)化立體聲音效」（3DEnhancement）。
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(圖三)為3D強(qiáng)化立體聲之聲頻次系統(tǒng)方塊圖，用于立體聲手機(jī)或個(gè)人數(shù)位處理器中，此聲頻次系統(tǒng)由下列幾個(gè)部分組成：
●后級(jí)放大器：包括一立體聲揚(yáng)聲器（喇叭）驅(qū)動(dòng)器，一立體聲耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器，一單聲道耳機(jī)放大器（earpiece），和一用于免持聽(tīng)筒之線路輸出（lineout），例如汽車(chē)的免持聽(tīng)筒電話輸出。
●音量控制：可提供分為32級(jí)的音量控制，而且左、右及單聲道的音量均可獨(dú)立控制。
●混音器：用來(lái)選擇輸出與輸入音源之關(guān)系，可將立體聲及單聲道輸入傳送及混合一起，并將這些輸入分為16個(gè)不同的輸出模式，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師能夠靈活傳送及混合單聲道及立體聲聲頻訊號(hào)，不會(huì)限定訊號(hào)只能傳送給立體聲揚(yáng)聲器或立體聲耳機(jī)。
●電源控制與「開(kāi)關(guān)切換雜訊」消除電路。
●3D強(qiáng)化立體聲，以硬體的方式為之。
●使用I2C相容介面加以控制晶片的功能。
聲音在不同位置傳至左右耳朵時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同相位差。利用此相位差原理和硬體方法，便可以模擬出3D強(qiáng)化立體聲音效，即使系統(tǒng)在體積或設(shè)備上受到限制，而必須將左右喇叭擺放得很近時(shí)，仍然可以改善立體聲各高低聲部定位的種種問(wèn)題。
如圖三之3D強(qiáng)化立體聲方塊圖所示，一外接之電阻與電容電路用以控制3D強(qiáng)化立體聲之音效，用兩個(gè)分別的電阻與電容電路來(lái)控制立體聲揚(yáng)聲器與立體聲耳機(jī)，如此可達(dá)到最佳之3D強(qiáng)化立體聲效果。
在此電阻與電容電路中，3D強(qiáng)化立體聲效果的「量」是由R3D電阻來(lái)設(shè)定的，并且成反比關(guān)系，C3D電容用以設(shè)定3D強(qiáng)化立體聲效果的3dB低頻截止頻率，在低頻截止頻率以上方能顯現(xiàn)出3D強(qiáng)化立體聲效果，增加C3D電容值將降低低頻截止頻率，其關(guān)系可用以下公式表示。
(公式七)
f3D(-3dB)＝1/2∏(R3D)(C3D)
(圖三) 3D強(qiáng)化立體聲聲頻子系統(tǒng)方塊圖
由于行動(dòng)電話與個(gè)人數(shù)位處理器已發(fā)展為能夠提供各種不同娛樂(lè)的多功能可攜式設(shè)備，廠商們皆盡量采用高度原音的聲頻系統(tǒng)及壽命較長(zhǎng)的電池，并使此類(lèi)可攜式電子產(chǎn)品具備立體聲喇叭放大器，多種不同的混音，以及3D強(qiáng)化立體聲等功能，同時(shí)在外型外也盡量輕薄小巧。但其設(shè)計(jì)范疇仍不脫離以上所述基本原理，此為本文所要表達(dá)之另一目的。
