整合多媒体功能是当今便携式消费电子设备设计的发展趋势，而声音质量是促使消费者购买便携式产品的一个重要因素，因此如何以最低的电池功耗和最小的板空间提供最佳的音频功能将成为大多数设计工程师面临的一个巨大技术挑战。本文介绍的音频解决方案肯定将使你感到在这方面游刃有余。
便携性和整合多媒体功能是当今电子系统设计的发展趋势，笔记本电脑、WebPAD、PDA、移动电话、MP3播放器和智能电话都在向这一方向发展。 便携性把系统电源与主体分开，使系统依赖电池供电完成操作。为实现便携性需将外壳的尺寸尽可能缩减，将厚度削减到不能再小，还要将整个系统的尺寸降低。而多媒体需求则使系统结构日趋复杂，以使其能接受不同来源不同格式的输入输出数据，如真彩TFT LCD显示器、基于触摸屏/笔输入、内置/外置照相机、数字音频输入/输出、MP3/WMA音频播放、可编程振铃旋律及按键音。在大多数情况下，增强的系统性能，如更好的画面及声音质量——即视觉信息及声音信息——是促使消费者购买产品的一个重要因素。
便携式和/或多媒体系统的设计原则是以最低的电池功耗和最小的板空间提供最多的功能。音频在此扮演了一个重要角色。传统的双极音频功率放大器不再能满足这一要求，因此，对大多数设计工程师面临的一个巨大挑战是如何构造一种能让用户满意的音频放大器解决方案。
最常见的关键设计挑战有：
工作电压低：便携式系统的工作电压为5V或更低，大多数双极型音频功率放大器在这么低的电压范围内工作效率很低。低电压CMOS音频功率放大器是针对这一应用领域的较好解决方案，它能提供最小的静态电流、最大的工作效率并能通过关闭部分功能来省电。
电源噪音大：以GSM蜂窝电话为例，由于功率RF级的TDMA操作，在电源线上有217Hz噪声。在其他一些用DC-DC转换器来提高供电电压的应用中，在电源线上也有高电平噪声信号。需要有一系列的LDO或PSRR比率高而实用的音频功率输出以使噪声信号不会被放大并输出至耳机或者扬声器上。
咔嗒和噼啪噪声：这类噪声通常在电源开/关时出现，原因是由于电源开/关和输入/输出耦合电容的充电/放电期间电路运行不稳定。没有人喜欢听这种开/关噪声。这个问题对复杂节能方案的影响尤为严重，因为那些方案会不停地开关系统中未使用的功能。
快速启动和关闭时间：为了应付当今复杂的节能方案，音频放大器必须要在某些操作之间切换，如蜂窝电话中先进的数据通信协议和游戏控制之间的切换，在游戏控制中用户按某个键后就期待有即时的音频响应。
多个输入信号切换：大多数情况下音频系统必须要能处理一种以上的输入信号源，如来自蜂窝电话话音编解码器的单声道话音信号、来自板上MP3解码器和/或FM立体声收音机的立体声输入等。音频系统要处理的输出也不止一路，如单声道内置扬声器/耳机以及外置单声道/立体声耳机。
可用的PCB板空间不足：由于嵌入了更多的高级功能，如较大的彩色LCD显示器、蓝牙功能、MP3解码器、FM立体声收音机、外部存储卡接口等，同时还要整个系统的尺寸压缩，因此供音频系统使用的板空间肯定不够。
整个系统外形/厚度限制：大多数设计追求纤薄的外形，因此限制了大体积元器件的使用，如通常用在音频系统中的大容量输入/输出耦合电容。
在上述设计挑战中，第2、3和4项是紧密关联的。让我们来看一个典型的具有单端(SE)输入和桥型负载(BTL)输出的低压音频放大器：
一个关键元件(即半电压旁路电容CB)会影响该放大器的PSRR、启动时间以及咔嗒和噼啪噪声的抑制。一般来说，CB值越大，电源抑制比(PSRR)就越高，启动/关闭时间就越长，咔嗒和噼啪噪声的抑制就越好。采用这种标准放大器架构时，设计工程师不得不在启动时间和PSRR性能之间作出折衷。这就是为什么有些性能平平的放大器能号称拥有75dB的PSRR(用100uF的旁路电容测出来的)，但它的启动时间可能会有十几秒！若使用一个正常值的CB，如1uF，PSRR在1KHz下将会降回到48dB。
PSRR值还取决于测量方法：输入匹配和噪声频率。
如果用输入引脚悬浮的方法来测量PSRR，则放大器系统是不匹配的，而且通常可以得到非常好的测量值。一种较实用的测量PSRR的方法应该是使输入得到很好的匹配以模拟实际的工作环境，否则通常会有20dB的误差。
大多数放大器是针对通用应用而设计的，并且PSRR值是在1KHz噪声频率下测量的。但是，在GSM应用中，峰值噪声功率来自217Hz处。大多数放大器在较低的频率下性能会大大降低，例如一个性能一般的放大器在1 KHz下将PSRR为48dB，而在217Hz下会进一步降到38dB。可以得出如下结论，设计工程师应该了解放大器的规格，以便从一开始就可选择正确的元件，从而节省开发周期时间，避免潜在的系统成本增加以及因元件选型错误而导致的项目延误。
华微电子的低压小功率CMOS系列放大器已在这一市场显示了多项技术领先优势：
1）市场上第一个5V CMOS音频放大器(HWD4861)
2）第一个推出采用独特技术来处理PSRR，同时不牺牲启动时间以及咔嗒和噼啪性能的蜂窝电话专用音频放大器(HWD4890)
为了帮助音频设计工程师找到针对其便携式系统的正确解决方案，现给出一些针对便携式设备的音频系统设计以供参考：
GSM蜂窝电话
在蜂窝电话设计中，由于基带IC耳机输出的输出功率不足，或是为了使用可编程的旋律振铃音而增加一(多)个外部音频放大器。但不管怎么样供电，电源的噪声非常大，尤其在GSM系统中，其TDMA操作会在电源线中产生出一种217Hz的高电平可闻噪声。这对音频系统是一个重大挑战。设计师不得不采用PSRR值非常高的音频放大器，否则，就需要一个串联LDO稳压器来滤掉电源噪声。从成本、元件数目和印刷电路板使用来说，这并不是一个好的解决方案。
华微电子的HWD4890专为蜂窝电话应用而设计的r放大器，它们具有独特的处理技术，无需牺牲启动时间，就具备出色的咔嗒和噼啪噪声抑制性能，可在3.3V下为8O欧姆负载提供400mW的功率，适合振铃和扬声器电话应用。它们在关键频率217Hz处都可提供出色、实用的62dB的PSRR(1KHz下为66dB)以及有源低压关机逻辑以简化基带IC之间的连接。
便携式音频应用的未来发展
音频功率放大器会被集成到未来的系统中吗？答案可能是否定的，因为系统集成的目标主要是降低成本和功耗。集成音频放大器的最可能的方法是，将音频功率放大功能整合到DSP/BBIC中。但是，DSP/BBIC也需要缩小IC尺寸降低成本以减小裸片大小、改善系统性能、通过采用低压供电来降低功耗，而模拟放大器不容易做到既缩减裸片尺寸又保持原有特性，尤其是需要高电压和大电流输出来产生所需功率水平的功率放大器，它可能需要额外的晶体管单元阵列/裸片域以弥补在尺寸缩减中损失的功率容量，并且在大多数情况下工艺与经济方面不相容。这就是为什么越来越多的DSP将模拟功能块推到芯片以外——即不集成模拟模块。
总之，未来音频功率放大器中的音频芯片将被嵌入越来越多的功能，而不会被系统中其他的关键元件集成。音频芯片会成为系统中另一个重要的模拟模块。可以预期，在不远的将来，华微电子将会推出更多功能丰富的部件。
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