長久以來，行動裝置產業發展的關鍵之一便在於電池的壽命。如同體積、外型 、記憶容量和功能性一般，對消費者而言，電池的壽命也是決定購買與否的重要考量。

隨著大家對於高音質音響、行動電視及影像品質有著更高的期望，設計師更要有效利用電力，因此，他們也承受著相當大的壓力。

尤其是在音訊處理和再生這兩個領域中，相關的要求更是嚴苛。立體聲喇叭所需要的電力一向就是單聲道系統的兩倍。遊戲及影像串流等裝置也要求喇叭能維持更久的運作時間：使用模式已由十秒的鈴聲進階為十分鐘的影像。與這些類似的應用裝置需要更高水準的聲音品質，而這又需要更多的電力，而更大的音量也是被期待的，因此1W的喇叭輸出已成為基本的配備。

要強化手機的性能，通常便得要在越來越輕薄短小的手機中增加額外的電路，這也代表容納電池的空間已越來越小。要為手機增加耗電的音訊性能，同時又必須要以最小的電力達成這個目標，這樣的要求迫使設計師必需仔細地檢視手機中任何一個可能浪費電力及無效率的因素，如此才能節省珍貴的電池電力。

設計師們採用兩種截然不同的方式因應這樣的挑戰。第一種方法是從設計著手，並採用一致化的音源集中裝置（audio hub），如此能同時滿足電力、體積和品質的要求。另一種方法則是採用Class D音訊放大器，以除去音訊電路中效率最糟糕的部分。

音源集中裝置負責應用裝置中所要處理的各種音訊資料的轉換和混合。它處理不同強度、音源阻抗（source impedances）、DC補償和頻寬的類比信號，例如發送/接收語音資料和鈴聲，以及那些由FM接收器和麥克風，或是高傳真輸入所產生的音訊資料。

它也處理各種不同資料格式、字元長度和取樣率的數位信號，例如標準電話語音的單聲道8kHz PCM資料，以及播放音樂的立體聲16-bit 44.1kHz I2S 串流。

利用音源集中裝置將類比信號混合，如此能降低轉換取樣速率的困難程度，並減少電力的消耗，而彈性的混合路徑能讓新興應用裝置的特性得以實現。這些裝置像是Wolfson的WM8983和WM8985，能讓任何音訊輸入的組合成為可能（例如麥克風、數位音樂、FM接受器或接收到的音訊資料），而且還能重新數位化，讓像是卡拉OK的錄音功能得以實現。

音源集中裝置裡包含多樣的資料種類，因此對於電源供應的需求也各有不同，而這也代表有機會能從中節省功耗。一般是配備三或四個獨立的電源供應，每一電源供應擁有自己的電壓、電流規格以及雜訊特性，而每一種的設計前提都是必需達到最佳化的功耗數據。

數位核心將採用最低的供應電壓，因為音訊品質並不會受到影響。可以採用高效率的交換式DC/DC轉換器，因為相較於類比電路，數位電子更能忍受供電漣波（ripple）。

針對低電壓操作，數位I/O緩衝電源供應的設計亦是必須的。然而，就相容性來說，其所需要的電壓應該是高於核心所採用的電壓。不同於數位功能，類比功能的信噪比能藉由增加供電電壓以獲得改善，但是這卻會造成功耗的增加。系統設計師必需根據他們各自對於音訊品質及功耗的要求而進行取捨。

對於類比電路而言，穩定的電源供應是相當重要的：一個高電源抑制比（PSRR）的線性穩壓器通常能讓電源供應更為完善。在穩壓器的輸出電壓和最小輸出電壓間必需要有足夠的淨空空間，如此才能在電池放電時依然保持高電源抑制比。在可攜式音訊裝置中，介於2.7V和3.0V的類比供電是很常見的。

就類比電路本身而言，節省功耗的最佳策略便是提供靈活和完整的電源管理方案。針對當前的使用情況去暫停某些電路的功能，便可根據系統的使用需求，在音訊品質和功耗間進行取捨。

為了產生喇叭及耳機驅動裝置所需要的電力，高電壓的電源供應是必要的。許多設計師比較喜歡直接自電池取得，而這需要配備一個高PSRR的輸出放大器，以避免音訊輸出時受到電池電壓變異的影響，這些變異是肇因於不同系統的電力需求。

此外，此種設計必須減少直接使用電池驅動喇叭所造成的漏電。而為了避免波形過載，共模水準的變換也是必須的，如此才能有效運用所有可用的電壓範圍。

雖然就減少整體功耗而言，音源集中裝置的設計是很重要的，然而，截至目前為止，喇叭驅動裝置對於整體效率仍是佔有最大的影響。一個立體聲AB喇叭驅動器以40％的效率產生每聲道一瓦的輸出，將必須用到電池5W的電力，而其中的3W則成為熱能而浪費掉。所有其他跟音訊相關的電力總和都可能比這樣的消耗要少了兩倍之多。

相對而言，Class D（或交換式）放大器則能達到約85～90％左右的高效率。在一些需要長時間運作喇叭的應用裝置中，更能有效運用電力。再次強調，電源供應一定要有良好的穩壓器，或是高PSRR，因為Class D級的輸出可藉由改變電源供應軌直接進行調整。

在電力供應有限的行動裝置環境中，消費者卻希望能擁有更多的功能。不過，只要能結合良好的系統設計、小心選擇整合型的音訊裝置，以及使用Class D放大器，則不管是在現在和未來，設計師都能滿足這些需求。

在可攜式多媒體裝置中，Class D技術能非常有效地延長電池的壽命，如此能讓一些新功能，例如遊戲和TV串流等能運作更長的時間。高水準的半導體整合技術提供了顯而易見的好處，例如減少PCB面積及元件數目等。然而，隨著高傳真音訊越來越重要，其他要克服的挑戰接踵而來，而這些在過去只強調語音通訊的手機設計中，都不是在優先考量的範圍中。

若整合要為終端使用者帶來真正的好處，則持續關注語音品質是很重要的。混合信號設計師必須保持整個信號鏈的聲音品質，這遍及電源供應的部分，而且必須謹記行動電話的供電是有限的。經由良好的設計，不需要耗費過多的電力或是使用其他額外的元件，也能創造無與倫比的聽覺享受。

---作者任職於Wolfson Microelectronics---