谈智能功率音频放大器对智能手机的重要性

人们在智能手机、平板电脑或其他便携式设备上消费的内容似乎没有尽头。随着智能手机屏幕变得越来越大，越来越亮，并提供更好的整体视觉体验，消费者不仅仅通过耳机，而是正以全新的方式体验移动内容。朋友聚在一起，把手机横过来利用手机的外部喇叭看视频，分享观看和聆听的体验很常见。多年来，许多手机的屏幕尺寸变得更大，但音频体验并不总能并驾齐驱，特别是在“响亮”喇叭模式下。 因此，更多的高端手机提供立体声作为附加功能，通常在顶部和底部设置微型喇叭。 现在，当用户从侧面看其立体声增强型手机时（即横向视图），会发现两侧都有一个喇叭，以帮助创建更好的“立体声”收听体验。

智能手机和其他音频播放设备中采用立体声音频的趋势表明，音频放大器在智能手机设计中扮演着尤为重要的角色。因此，音频放大器在容量和技术两方面都出现了大幅增长（见下图1）。根据SAR Insight＆Consulting音频功率放大器市场增长报告1 ：“与2010年相比，2018年音频放大器的市场出货量增长了3倍，这不仅因为音频播放设备出货量的增加，而且每台设备的通道数量也在增加。”报告还指出，立体声喇叭已广泛应用于售价超过550美元的高端智能手机市场，特别是自2016年iPhone®7移动数字设备立体声的推出以来。从那时起，许多其他旗舰智能手机也在其产品中采用了立体声喇叭。该分析公司还预计，立体声将扩展到定价在200美元至500美元间的中端手机，估计2018年有近6亿个放大器用于中端市场，到2023年预计将增加到近7亿个。

图1：终端市场独立喇叭放大器全球市场一览

（来源：SAR Insight & ConsulTIng发布的2019年一季度报告）

升压音频放大器的重要性与日俱增

然而，在智能手机中包含立体声的广泛趋势并不一定能确保高质量的音频体验。为此，微型喇叭还应配备智能升压音频放大器，在保护喇叭免受损坏的同时使喇叭达到最大响度。智能手机音频设计人员应使用高压音频放大器、喇叭监控模数转换器（ADC）以及将微型喇叭保持在安全运行状态的先进算法，确保更佳、更响亮、更清晰的音频声音。另外，两个喇叭通常意味着两个放大器。 因此，尺寸、效率、电池电流管理和音频性能都是两倍的重要。 因此，随着智能手机走向立体声，先前未出现的音频放大器起着更为重要的作用。

以下是确保智能升压音频放大器发挥最大作用的设计清单。

尺寸 - 将各种功能纳入便携式设备时，板空间始终是一个考虑因素，一种选择是将两个微型喇叭放置在手机的顶部和底部。音频放大器必须更小、更集成，特别是现在有两个的情况下。为了解决尺寸问题，Cirrus Logic使用55纳米技术设计其最新的带有DSP的CS35L41智能升压放大器，使OEM更容易采用双喇叭设计，而不会牺牲其他新功能所需的空间。

功效- SAR Insight研究还证实，由于D类音频放大器的效率提升，D类在许多市场上几乎都取代了AB类放大器。在设计中也可以实现更高的功效。例如，Cirrus Logic的11伏升压D类放大器也使用H类DC-DC转换器，以比G类更高的效率增强供应，同时额外的电池管理系统可预测地适应不断变化的音频、喇叭和电池情况以调节电池电流和节省电力。这强调了升压音频放大器不断演进的技术和“增强”作用，如图2所示。

图2：G类和H类供电轨电压vs时间

喇叭保护-根据SAR Insight＆ConsulTIng，在智能手机等使用小型喇叭的许多应用中，放大器中嵌入式DSP使用喇叭保护算法已变得越来越普遍。这些算法可在不损坏喇叭的情况下实现更高的输出。例如，Cirrus Logic音频放大器在1瓦喇叭中实现超过5瓦的功率。这种新型升压音频放大器可以提供更高偏移所需的功率，以生成更响亮、更清晰的音频，特别是在免提电话上，而不会损坏超小型微型喇叭。SAR Insight的报告进一步指出，“自2013年以来，中档智能手机中喇叭保护的使用迅速增长，因为OEM希望最大限度地提高喇叭性能，并将其与其他增强功能（例如高端编解码器）结合使用，以实现差异化的设计。”

音频增强-即使具有所有这些功能，并非所有音频增强都是相同的。为了产生更好的清晰度和增强的立体声音频以匹配那些生动、更大的屏幕和视觉内容，集成DSP中的高级算法还应解决音频设计问题，如均衡、压缩和心理声学增强，以微调音频回放。

随着用户放弃传统的有线或卫星电视，并希望看到更多不受限制的内容，智能手机和其他移动设备正迅速成为流媒体和欣赏内容的主要平台。为了配合更清晰、更明亮的视觉体验，越来越多的手机正在从单声道或单声道音频设计转向双声道立体声，以提供更好的聆听体验。 随着这种趋势的继续，对智能功率放大器的需求变得越来越重要。这意味着智能手机OEM不仅会在耳机和免提模式下寻求空间的节省，还能追求能效和音频清晰度的提升，让其产品在市场竞争中脱颖而出。

来源：Cirrus Logic 产品经理Eric Eklund

1 资料来自SAR Insight & ConsulTIng首席研究员Peter Conney于2017年第4季度发布的音频功率放大器报告：市场增长、通道数量、放大器类型、输入类型、类、喇叭保护。更新数据来自SAR Insight & ConsulTIng于2019年第1季度发布的音频信号链IC预测DATAbase。