音效在可攜式電子產品上之要求，在早期只要輸出功率夠大，同時無雜訊干擾即可，然而隨著產品成熟度增加與MP3、MPEG4 等附加功能的需求而更顯其重要性。現今消費者在手機與個人數位處理器（PDA）的音效要求已至立體聲，甚至必須具備3D音效。

本篇文章即是要探討聲頻系統在手機與PDA之應用與設計，讓系統與研發人員設計出適合消費者的產品。

無線可攜式電子產品應用之考慮因素

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佈線雜訊的干擾。

快速的開關機（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85至90％，不管使用何種聲頻放大器，為了節省功率消耗，在不需要用到聲頻放大器時，均需進入待機狀態，然而當一有聲音出現時，聲頻放大器必須馬上進入開機狀態。

無「開關切換雜訊」（Click & Pop）聲

「開關切換雜訊」聲常出現於聲頻放大器進入開關機時，或是由待機回覆至正常狀態，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「開關切換雜訊」消除電路加入聲頻放大器的考量中，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。

低電流消耗與高效率

使用CMOS製程之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位處理器之工作時間。

高輸出功率

在相同工作電壓下具有較高的輸出功率，亦即輸出訊號之擺幅越接近Vcc與GND時，其輸出功率越高。

較小的封裝（Micro SMD）

手機或個人數位處理器的外觀越來越小巧，使得IC封裝技術越來越重要，Micro SMD為現今較常用到的封裝技術。

輸出功率的計算

單端式（Single-end）放大器如(圖一)所示，其增益為：

Gain＝Rf/Ri

Rf:迴授阻抗

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

Gain＝2Rf/Ri

Rf:迴授阻抗

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於喇叭正負端之波形》

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，則需選擇較大的電容值，其關係可用以下公式表示：

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並且將輸入訊號耦合至放大器的輸入端。

在行動通訊系統中，由於體積的限制，即使使用較大的輸入耦合電容值，揚聲器也通常無法顯現出50Hz以下的頻率響應。因此，假設輸入阻抗為20K歐姆，只需之輸入耦合電容值大於0.19uF即可，在此狀況下，0.22uF是最適當選擇。

對於輸出耦合電容值之設定而言，同圖一中，如欲得到較佳的頻率響應，電容值亦需選擇較大的容值，其關係可用以下公式表示：

fC＝1/2(RL)(CO)

fC:高通濾波截止頻率

RL:喇叭（耳機）之阻抗

CO:輸出耦合電容值

例如，當使用32歐姆之耳機，如希望得到50Hz的頻率響應時，則需選擇99uF的輸出耦合電容值，在此狀況下，100uF是最適當選擇。

散熱（Thermal）考量

在設計單端式（Single-end）放大器或是橋接式（BTL）放大器時，功率消耗是主要考量因素之一，增加輸出功率至負載，其內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：

PDMAX_BTL＝4(VDD)2/(22RL)

VDD:加於橋接式（BTL）放大器之電源電壓

RL:負載阻抗

例如，當VDD＝5V、RL＝8ohm時，橋接式放大器的功率消耗為634mW，如負載阻抗改成32ohm時，其內部功率消耗降低至158mW。

而單端式（Single-end）放大器的功率消耗可用以下公式表示：

PDMAX_SE＝(VDD)2/(22RL)

VDD:加於單端式（Single-end）放大器之電源電壓

RL:負載阻抗

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（θJA）即是溫升。

佈線（Layout）考量

設計人員在佈線上，有一些基本方針必須加以遵守，例如：

3D強化立體聲在手機與PDA之應用

就大多數人的了解，「3D音效」既非單聲道，亦非雙聲道， 它是一種聲頻的處理技術，使聆聽者在非實際的環境下， 感覺到聲音發出的地點，這就必須非常講究揚聲器（喇叭）的放置位置與數目。但是在手機與PDA處理器中，無法放置如此多的揚聲器，因此發展出以兩個揚聲器加上運用硬體或軟體的方式，來模擬「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方塊圖，用於立體聲手機或個人數位處理器中，此聲頻次系統由下列幾個部份組成：

聲音在不同位置傳至左右耳朵時，會產生不同相位差。利用此相位差原理和硬體方法，便可以模擬出3D強化立體聲音效，即使系統在體積或設備上受到限制，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電阻來設定的，並且成反比關係，C3D電容用以設定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，其關係可用以下公式表示。

f3D(-3dB)＝1/2π(R3D)(C3D)

《圖三　3D強化立體聲聲頻子系統方塊圖》

結論

由於行動電話與個人數位處理器已發展為能夠提供各種不同娛樂的多功能可攜式設備，廠商們皆盡量採用高度原音的聲頻系統及壽命較長的電池，並使此類可攜式電子產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。但其設計範疇仍不脫離以上所述基本原理，此為本文所要表達之另一目的。（本文由NS美國國家半導體提供）

延 伸 閱 讀	手機的未來將是“數據、視頻、定位、攝影和更多”。相關介紹請見「手機的未來將是強大的電腦」一文。 美國國家半導體提供手機的完整解決方案（ Total Solution ），並已獲得 Ericsson 等手機主要製造商採用。你可在「NS強化手機完全解決方案」一文中得到進一步的介紹。 在傳統晶片疲態百出的狀況下，成本低廉、設計靈活、使用容易且功能齊全的新一代聲頻放大器晶片順理成章站上了時代的舞臺。 在「新興聲頻放大器技術概論」一文為你做了相關的評析。

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