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　　摘要：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。由于行動(dòng)與個(gè)人數(shù)字處理器已發(fā)展為能夠提供各種不同娛樂的多功能可攜式設(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。
　　
　　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噪聲的干擾。
　　
　　快速的開關(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類聲頻放大器的效率約為50至60%，D類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)入開機(jī)狀態(tài)。
　　
　　無「開關(guān)切換噪聲」（Click&Pop）聲
　　
　　「開關(guān)切換噪聲」聲常出現(xiàn)于聲頻放大器進(jìn)入開關(guān)機(jī)時(shí)，或是由待機(jī)回復(fù)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)希望聽到擾人的噪音，將「開關(guān)切換噪聲」消除電路加入聲頻放大器的考慮中，為重要的*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)。
　　
　　低電流消耗與率
　　
　　使用CMOS制程之IC，可降低電流消耗，有時(shí)需選擇D類聲頻放大器，目的在延長(zhǎng)手機(jī)或個(gè)人數(shù)字處理器之工作時(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)字處理器的外觀越來越小巧，使得IC封裝技術(shù)越來越重要，MicroSMD為現(xiàn)今較常用到的封裝技術(shù)。
　　
　　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/RiRf:回授阻抗Ri:輸入阻抗　　　　
　　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/RiRf: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。　　　　
　　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奧姆，只需之輸入耦合電容值大于0.19uF即可，在此狀況下，0.22uF是zui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C輸出耦合電容值
　　
　　例如，當(dāng)使用32奧姆之耳機(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zui適當(dāng)選擇。
　　
　　散熱（Thermal）考慮
　　
　　在設(shè)計(jì)單端式（Single-end）放大器或是橋接式（BTL）放大器時(shí)，功率消耗是主要考慮因素之一，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除以IC的熱阻（?JA）即是溫升。
　　
　　布線（Layout）考慮
　　
　　設(shè)計(jì)人員在布在線，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°跨過方式為之。
　　
　　數(shù)字之電源、接地應(yīng)和模擬之電源、接地分開。
　　
　　高速數(shù)字訊號(hào)走線應(yīng)遠(yuǎn)離模擬訊號(hào)走線，亦不可置于模擬組件下方。
　　
　　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)，使聆聽者在非實(shí)際的環(huán)境下，感覺到聲音發(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)用硬件或軟件的方式，來仿真「3D音效」，亦即所謂的「3D強(qiáng)化立體聲音效」（3DEnhancement）。（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)字處理器中，此聲頻次系統(tǒng)由下列幾個(gè)部份組成：
　　
　　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），和一用于免持聽筒之線路輸出（lineout），例如汽車的免持聽筒輸出。
　　
　　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「開關(guān)切換噪聲」消除電路。
　　
　　3D強(qiáng)化立體聲，以硬件的方式為之。
　　
　　使用I2C兼容接口加以控制芯片的功能。
　　
　　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件方法，便可以仿真出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控制立體聲揚(yáng)聲器與立體聲耳機(jī)，如此可達(dá)到*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）　　　　
　　結(jié)論
　　
　　由于行動(dòng)與個(gè)人數(shù)字處理器已發(fā)展為能夠提供各種不同娛樂的多功能可攜式設(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。