作者：Carolyn Mathas，特約作家

新一代高性能音頻 IC 正在解決在下一代移動設備中實現音頻功能和音質的挑戰。這些 IC 支持廣泛的生產力和個人娛樂用途，同時控制功耗以保持較長的電池壽命。

對于設計人員而言，音頻 IC 選擇需要有效地兼顧性能、空間、電池壽命、成本和上市時間。過去，音頻性能依賴于編解碼器、音頻模數轉換器 (ADC) 和數模轉換器 (DAC)，它們具有足夠的信噪比、最佳的諧波失真和低功率。片上系統 (SoC) 將功能集成在一個大芯片中，但成本、功能和上市時間都受到影響。

今天存在更高的音頻質量要求。音頻組件必須以更高的頻率、更低的功率和最小的損耗處理信號。在移動設備中，空間不斷縮小，而輸入和輸出的數量涉及立體聲和單聲道音頻信號混合和路由、內部和外部麥克風、錄制和播放各種數字音頻格式，因為主力組件處理傳統語音、多媒體文件、流媒體音頻和鈴聲。

如今，鑒于智能手機處理器的小工藝幾何形狀以及處理能力和圖形的更大集成，音頻功能正朝著集成在音頻 SoC 或集線器設備中的方向發展。這些高度集成的音頻設備包含多個輸入/輸出和功能，使設計人員能夠消除對額外組件的需求。

通過外部實現音頻，可以輕松使用具有不同工藝技術的芯片，并且將音頻功能從主處理器中移出，可以將各種功能集成到獨立的放大器中，從而簡化設計并提高音頻性能和效率。

更現代的集成方法的一個例子是 Qualcomm Technologies 的 DDFA 數字放大器技術。CSRA6640集成到單個芯片中，允許音頻 OEM 減少外部組件，為緊湊型和低端設備實現商業上可行的高端 D 類放大。

CSRA6640 提供比線性和模擬放大器更清晰、更響亮的音頻，其集成的 DSP 和 D 類放大器每通道可提供高達 20 W 的功率。該芯片還可以橋接輸出驅動器以創建單個 40W 放大器。該芯片響應揚聲器輸出的波動以防止故障，保持低噪聲、低失真和高動態范圍的音頻。如果您缺乏特定的放大器經驗，評估套件可結合硬件、軟件、開發工具和信息，輕松將 DDFA 功能集成到產品中。

幾家公司正在將信號處理直接插入放大器 IC。例如，德州儀器公司最近推出了用于語音控制設備的智能音頻放大器。其TAS2770提供音頻清晰度和響度，但僅消耗 15 W。放大器 IC 采用獨特的音頻處理算法，可提供更豐富的音頻、回聲消除和防止導致音頻播放問題的削波。第二個音頻 ICTAS5825M向支持回聲消除的應用處理器提供專用的串行音頻接口信息，并通過實時準確的電壓和電流感應提供熱保護。

通過消除線性增益設備和其他模擬組件，使用 D 類音頻放大器可以實現 90% 以上的能效。Cirrus Logic Inc. 還將 DSP 集成到其 D 類設備中。據該公司稱，Cirrus Logic CS35L41 智能功率放大器比競爭對手的 IC 小 50%，并結合了先進的電源管理系統和先進的算法，以適應便攜式設備中不斷變化的音頻、揚聲器和電池條件，而不會降低音頻性能。智能功率放大器在揚聲器電話模式下可增加音量，同時降低噪音和功耗，從而延長電池壽命和通話時間。

設計師可以體驗到幾個好處。例如，其小巧的 5.64-mm 2 ?節省空間的 WLCS 封裝專為需要雙揚聲器設計以及新特性和功能的 OEM 設計。據該公司稱，5.3W 數字輸入、單聲道 D 類放大器在同類產品中具有最低的噪聲和空閑功耗。一個集成的 11V H 類 DC/DC 轉換器可提升電源電壓并保持更高的效率。回放濾波可補償揚聲器的獨特頻率響應，并消除傳統線性相位濾波器中的預振鈴。音頻工程師可以充分利用小型揚聲器，改善移動設備的游戲和視頻流音頻體驗。

Cirrus Logic CS35L41 智能功率放大器集成了一個 11-V H 類 DC/DC 轉換器，可提升電源電壓并保持比其他依賴 G 類升壓穩壓器的音頻功率放大器更高的效率。（圖片：Cirrus Logic）

音頻編解碼器還減少了應用處理器的處理負擔和功耗。例如， Cirrus Logic 的CS42L73 智能音頻編解碼器具有一流的功耗和數字混音器以及高性能異步采樣率轉換器，適合需要整合全系列音頻功能的設計人員。Cirrus 聲稱，該解決方案在使用模擬麥克風進行手機語音通話期間在 1.8 V 時的功耗為 6.4 mW，在使用數字麥克風時為 4.1 mW，Cirrus 聲稱該解決方案為具有異步采樣率轉換器和數字混合引擎。播放立體聲音頻時功耗更低。

當人們看到快速發展的智能手機音頻放大器產品時，考慮汽車應用中音頻實現的設計挑戰是合理的。鑒于藍牙音頻的使用越來越多，實現音頻/視頻流和互聯網連接，以下設備是兩個可能的考慮因素。

東芝針對汽車音響應用的獨特需求，推出了全新的汽車音響四聲道功率放大器。TCB503HQ對汽車環境中固有的電涌具有很強的抵抗力。它支持配備怠速降低系統的車輛的 6V 操作，抑制電源電壓波動時可能出現的爆裂聲。

TCB503HQ 還包括一個內置濾波器，以提高對外來高頻噪聲的抵抗力，即使在手機無線電波和車門后視鏡調整存在高頻噪聲時也能防止產生異常噪聲。

為您的設計提供更大功率、靈活性和更好音頻體驗的不僅僅是單個 IC；在為您的設計提供音頻方面，藍牙也發揮著更大的作用。例如，如果您希望實施 Wi-Fi 和藍牙以將內容同時傳輸到多達 10 個移動設備，賽普拉斯半導體的CYW89650 Wi-Fi 6 和藍牙 5.0 組合可提供超過 1-Gbits/s 的吞吐量。賽普拉斯實時同步雙頻 (RSDB) 架構可在高性能系統中實現并發操作，而不會降低音頻或視頻質量。賽普拉斯的藍牙設備允許產品以遞增的速率消耗功率，從而實現汽車、移動設備和可穿戴設備之間的連接。

最后，如果您需要為您的音頻設計增加更多的直覺，請查看Qualcomm Snapdragon 855 移動平臺和芯片組，例如旨在利用數千兆位 4G 連接并提供變革性 5G 體驗的Qualcomm aptX Adaptive 。該平臺和芯片組使設計人員能夠通過硬件和人工智能增強他們的語音助手功能，升級移動音頻體驗并確保移動設備更加直觀。

功能更強大、更靈活的音頻 IC 正以驚人的速度推出。音頻實施以前受限于集成帶來的挑戰多于解決的挑戰，現在可以釋放芯片，這些芯片可提供顯著改善的音頻質量和更高的性能，可在更小的空間內使用，同時滿足電源需求。

審核編輯 黃昊宇