本篇文章即是要探討聲頻系統(tǒng)在手機與PDA 之應(yīng)用與設(shè)計,，讓系統(tǒng)與研發(fā)人員設(shè)計出適合消費者的產(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必須考慮到的主要因素,。
較高的電源電壓抑制(Power Supply Rejection Ration;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(Fast turn on & off)
擁有較長的待機時間,，為手機或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,，均需進入待機狀態(tài)，然而當(dāng)一有聲音出現(xiàn)時,，聲頻放大器必須馬上進入開機狀態(tài),。
無「開關(guān)切換噪聲」(Click & Pop)聲
「開關(guān)切換噪聲」聲常出現(xiàn)于聲頻放大器進入開關(guān)機時，或是由待機回復(fù)至正常狀態(tài),，甚至是217Hz 手機通信訊號時,，手機或PDA 之使用者絕不會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,，為重要的必備條件,。
較
低之工作電壓
為延長電池使用時間，更要求在低至1.8 伏特的條件下仍可進行作業(yè),。
低電流消耗與高效率
使用CMOS 制程之IC,，可降低電流消耗，有時需選擇D 類聲頻放大器,，目的在延長手機或個人數(shù)字處理器之工作時間,。
高輸出功率
在相同工作電壓下具有較高的輸出功率，亦即輸出訊號之?dāng)[幅越接近Vcc 與GND 時,，其輸出功率越高,。
較小的封裝(Micro SMD)
手機或個人數(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,，Micro SMD 為現(xiàn)今較常用到的封裝技術(shù),。
輸出功率的計算
單端式(Single-end )放大器如(圖一)所示，其增益為：(公式一) Gain=Rf/Ri Rf:回授阻抗Ri:輸入阻抗
(圖一) 單端式(Single-end) 放大器
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,，由兩個單端式(Single-end )放大器以相差180° 組成,，故其增益為(公式二) Gain=2Rf/Ri Rf: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,。
圖二) 橋接式放大器與施加于喇叭正負(fù)端之波形
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耦合至放大器的輸入端,。
在行動通訊系統(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 是最適當(dāng)選擇,。
對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)之阻抗C輸出耦合電容值
例如，當(dāng)使用32 奧姆之耳機,，如希望得到50Hz 的頻率響應(yīng)時,，則需選擇99uF 的輸出耦合電容值，在此狀況下,，100uF 是最適當(dāng)選擇,。
散熱(Thermal)考慮
在設(shè)計單端式(Single-end )放大器或是橋接式(BTL)放大器時，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，橋接式放大器的功率消耗為634mW ,，如負(fù)載阻抗改成32ohm 時,，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：
所有訊號線盡可能單點接地;
為避免兩訊號互相干擾,，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)字訊號走線應(yīng)遠(yuǎn)離模擬訊號走線,，亦不可置于模擬組件下方。
3D 強化立體聲在手機與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),，使聆聽者在非實際的環(huán)境下,， 感覺到聲音發(fā)出的地點，這就必須非常講究揚聲器(喇叭)的放置位置與數(shù)目,。但是在手機與PDA 處理器中,，無法放置如此多的揚聲器，因此發(fā)展出以兩個揚聲器加上運用硬件或軟件的方式,，來仿真「3D 音效」,，亦即所謂的「3D 強化立體聲音效」(3D Enhancement)。(圖三)為3D 強化立體聲之聲頻次系統(tǒng)方塊圖,，用于立體聲手機或個人數(shù)字處理器中,，此聲頻次系統(tǒng)由下列幾個部份組成：
后級放大器：包括一立體聲揚聲器(喇叭)驅(qū)動器，一立體聲耳機驅(qū)動器,，一單聲道耳機放大器(earpiece),，和一用于免持聽筒之線路輸出(line out)，例如汽車的免持聽筒電話輸出,。
音量控制：可提供分為32 級的音量控制,，而且左、右及單聲道的音量均可獨立控制,。
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 個不同的輸出模式,，使系統(tǒng)設(shè)計工程師能夠靈活傳送及混合單聲道及立體聲聲頻訊號,，不會限定訊號只能傳送給立體聲揚聲器或立體聲耳機。
電源控制與「開關(guān)切換噪聲」消除電路,。
3D 強化立體聲,，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,，會產(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，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 強化立體聲之音效，用兩個分別的電阻與電容電路來控制立體聲揚聲器與立體聲耳機,，如此可達(dá)到最佳之3D 強化立體聲效果,。
在此電阻與電容電路中，3D 強化立體聲效果的「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)
(圖三) 3D 強化立體聲聲頻子系統(tǒng)方塊圖
結(jié)論
由于行動電話與個人數(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 強化立體聲等功能,，同時在外型外也盡量輕薄小巧。但其設(shè)計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,。