談智能功率音頻放大器對智能手機的重要性
發(fā)布日期:2022-06-25
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來源：Cirrus Logic 產(chǎn)品經(jīng)理Eric Eklund
人們在智能手機、平板電腦或其他便攜式設(shè)備上消費的內(nèi)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(nèi)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(qū)，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(shè)置微型喇叭。 現(xiàn)在，當用戶從側(cè)面看其立體聲增強型手機時（即橫向視圖），會發(fā)現(xiàn)兩側(cè)都有一個喇叭，以幫助創(chuàng)建更好的“立體聲”收聽體驗。
智能手機和其他音頻播放設(shè)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(shè)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(shù)兩方面都出現(xiàn)了大幅增長（見下圖1）。根據(jù)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(shè)備出貨量的增加，而且每臺設(shè)備的通道數(shù)量也在增加。”報告還指出，立體聲喇叭已廣泛應(yīng)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(shù)字設(shè)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(chǎn)品中采用了立體聲喇叭。該分析公司還預(yù)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(yù)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(fā)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(zhì)量的音頻體驗。為此，微型喇叭還應(yīng)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(shè)計人員應(yīng)使用高壓音頻放大器、喇叭監(jiān)控模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）以及將微型喇叭保持在安全運行狀態(tài)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(xiàn)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(fā)揮最大作用的設(shè)計清單。
尺寸 - 將各種功能納入便攜式設(shè)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(xiàn)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(shù)設(shè)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(shè)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(shè)計中也可以實現(xiàn)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(zhuǎn)換器，以比G類更高的效率增強供應(yīng)，同時額外的電池管理系統(tǒng)可預(yù)測地適應(yīng)不斷變化的音頻、喇叭和電池情況以調(diào)節(jié)電池電流和節(jié)省電力。這強調(diào)了升壓音頻放大器不斷演進的技術(shù)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(jù)SAR Insight＆ConsulTIng，在智能手機等使用小型喇叭的許多應(yīng)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(xiàn)更高的輸出。例如，Cirrus Logic音頻放大器在1瓦喇叭中實現(xiàn)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(jié)合使用，以實現(xiàn)差異化的設(shè)計。”
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(chǎn)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(nèi)容，集成DSP中的高級算法還應(yīng)解決音頻設(shè)計問題，如均衡、壓縮和心理聲學增強，以微調(diào)音頻回放。
隨著用戶放棄傳統(tǒng)的有線或衛(wèi)星電視，并希望看到更多不受限制的內(nèi)容，智能手機和其他移動設(shè)備正迅速成為流媒體和欣賞內(nèi)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(shè)計轉(zhuǎn)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(xù)，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(jié)省，還能追求能效和音頻清晰度的提升，讓其產(chǎn)品在市場競爭中脫穎而出。
1 資料來自SAR Insight & ConsulTIng首席研究員Peter Conney于2017年第4季度發(fā)布的音頻功率放大器報告：市場增長、通道數(shù)量、放大器類型、輸入類型、類、喇叭保護。更新數(shù)據(jù)來自SAR Insight & Consulting于2019年第1季度發(fā)布的音頻信號鏈IC預(yù)測DATAbase。
人們在智能手機、平板電腦或其他便攜式設(shè)備上消費的內(nèi)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(nèi)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(qū)，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(shè)置微型喇叭。 現(xiàn)在，當用戶從側(cè)面看其立體聲增強型手機時（即橫向視圖），會發(fā)現(xiàn)兩側(cè)都有一個喇叭，以幫助創(chuàng)建更好的“立體聲”收聽體驗。
智能手機和其他音頻播放設(shè)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(shè)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(shù)兩方面都出現(xiàn)了大幅增長（見下圖1）。根據(jù)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(shè)備出貨量的增加，而且每臺設(shè)備的通道數(shù)量也在增加。”報告還指出，立體聲喇叭已廣泛應(yīng)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(shù)字設(shè)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(chǎn)品中采用了立體聲喇叭。該分析公司還預(yù)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(yù)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(fā)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(zhì)量的音頻體驗。為此，微型喇叭還應(yīng)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(shè)計人員應(yīng)使用高壓音頻放大器、喇叭監(jiān)控模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）以及將微型喇叭保持在安全運行狀態(tài)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(xiàn)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(fā)揮最大作用的設(shè)計清單。
尺寸 - 將各種功能納入便攜式設(shè)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(xiàn)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(shù)設(shè)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(shè)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(shè)計中也可以實現(xiàn)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(zhuǎn)換器，以比G類更高的效率增強供應(yīng)，同時額外的電池管理系統(tǒng)可預(yù)測地適應(yīng)不斷變化的音頻、喇叭和電池情況以調(diào)節(jié)電池電流和節(jié)省電力。這強調(diào)了升壓音頻放大器不斷演進的技術(shù)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(jù)SAR Insight＆ConsulTIng，在智能手機等使用小型喇叭的許多應(yīng)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(xiàn)更高的輸出。例如，Cirrus Logic音頻放大器在1瓦喇叭中實現(xiàn)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(jié)合使用，以實現(xiàn)差異化的設(shè)計。”
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(chǎn)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(nèi)容，集成DSP中的高級算法還應(yīng)解決音頻設(shè)計問題，如均衡、壓縮和心理聲學增強，以微調(diào)音頻回放。
隨著用戶放棄傳統(tǒng)的有線或衛(wèi)星電視，并希望看到更多不受限制的內(nèi)容，智能手機和其他移動設(shè)備正迅速成為流媒體和欣賞內(nèi)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(shè)計轉(zhuǎn)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(xù)，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(jié)省，還能追求能效和音頻清晰度的提升，讓其產(chǎn)品在市場競爭中脫穎而出。
1 資料來自SAR Insight & ConsulTIng首席研究員Peter Conney于2017年第4季度發(fā)布的音頻功率放大器報告：市場增長、通道數(shù)量、放大器類型、輸入類型、類、喇叭保護。更新數(shù)據(jù)來自SAR Insight & Consulting于2019年第1季度發(fā)布的音頻信號鏈IC預(yù)測DATAbase。
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