手机越来越轻薄,Cirrus Logic如何在这么小的空间内实现出色的听觉体验?

2019-02-28
14:00:18
来源: 半导体行业观察

以智能手机为代表的便携式消费类电子设备,正在向着轻薄化、具有更好应用体验的方向发展,而音频播放性能和效果是其中非常重要的一环,也是广大消费者特别关注的,大家对立体声音频效果的要求越来越高。

以上这些对音频放大器的性能、尺寸和功耗都提出了更高的要求。

与此同时,手机音频放大器市场规模也非常可观。根据SAR音频信号链IC预测数据库2018年第四季度的数据,随着音频播放设备的出货量及每台设备的频段数量的不断增加,2018年音频放大器市场的出货量已增长至2010年的3倍。“智能手机市场的放大器出货量增长和立体声音频均有增长的高端和中端手机市场相关,后者的手机价格在200美元至500美元之间。”SAR Insight首席分析师Peter Cooney表示:“我们预计这一增长将进一步持续,至2022年,安装在中端手机的放大器将从2017年的5亿个增至7亿个左右。”

综上,无论是市场规模,还是OEM和消费者对各项性能提升的期待,音频放大器,特别是便携式消费类电子设备用的Class-D放大器具有很好的发展潜力。

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眼下,智能手机、MP3播放器和便携式扩展坞等手持移动音频设备的普及将功耗问题推上了风口浪尖。现在,必须通过降低功耗来延长电池寿命。Class-D放大器利用脉宽调制(PWM)产生满摆幅数字输出信号,利用占空比的变化表示模拟输入信号。由于输出晶体管在工作期间要么完全导通,要么完全关闭,所以这些放大器的效率较高(往往高达90%或更高)。该方法完全避免了使用晶体管的线性区域,而晶体管线形区正是造成其它类型放大器效率较低的原因。现代的Class-D放大器的保真度也可媲美AB类放大器。

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随着音频市场对放大器性能需求的不断变化,音频放大器电路结构已经取得了很大进步。以Cirrus Logic 刚刚发布的CS35L41这款智能升压音频放大器为例,其采用高级电源管理功能,封装尺寸几乎是其他主流DSP智能放大器的一半。通过解决立体声移动音频设计本身复杂的机械问题,使智能手机和电池供电便携式设备不仅实现了单声道和立体声应用听觉体验的提升,还延长了电池寿命。

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CS35L41是拥有信号处理器 (DSP)的11伏升压Class-D音频放大器,它与Cirrus Logic的SoundClear®软件相辅相成,可提高音频质量并增加智能手机的扬声器输出响度,使用硬件和软件技术保护扬声器。该器件的高级电池管理系统和预测算法程序能适应不断变化的音频、扬声器和电池条件,在保持音频性能的同时,可最大限度降低功耗和电池电流。这款新型智能功率放大器还采用了该类放大器中最前沿的技术——55nm制程工艺,可实现5.64mm2节约空间的WLCSP封装,这对于追求 双扬声器设计及尽可能多新功能的OEM来说非常重要。

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三大特点

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综合来看,CS35L41这款升压音频放大器具有三大特点: 增强的音效,有效的低耗管理和节约空间的封装。

在音效方面

SoundClear软件可以将CS35L41适配到移动系统中使用的特定微型扬声器。加强均衡器、压缩器和心理声学的算法可提高声音清晰度和响度。Playback滤波器保证了扬声器的独特频率响应,同时消除了传统线性相位滤波器中的预振铃。这使得音频工程师能够充分利用微型扬声器,改善移动设备用户的游戏和视频流音频体验。

CS35L41的核心是一个5.3瓦数字输入单声道Class-D放大器,噪声和功耗极低。与其他智能放大器中常用的G类升压电源相比,集成的Class-H 11伏DC-DC升压转换器可提升电源电压并保持更高的效率。通过自适应跟踪音频电平,Class-H升压转换器有助于提高系统效率、最大限度地降低功耗并延长电池寿命。

Class-H放大器调制其电源电压,最大程度减小输出级的压降。实现方法包括从使用多个分立式电压到无限可调电源等。尽管与G类放大器降低输出器件功耗的技术相类似,但Class-H放大器结构不要求多个电源。

Class-H放大器一般比其它音频放大器设计更复杂。这些放大器要求精确的控制电路,以预测和控制电源电压。

在低功耗方面

CS35L41除了具有Class-H升压和6.7毫瓦(mW)超低待机电流外,还使用高级电池管理系统来延长电池寿命。通过预先管理对电池的需求,放大器能够保持最大化响度和音频质量,同时通过最小化电池电流消耗来保护电池,避免因不可控的低电压而导致关机。

在尺寸方面

通过采用55nm制程工艺,不仅可以降低功耗,还进一步提升了集成度,从而减小了芯片尺寸,另外,WLCSP封装也使芯片的整体外形更加紧凑。

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结语

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目前,越来越多的消费者将智能手机作为看视频、玩游戏和听音乐的主要设备。无论听筒模式还是扬声器模式,都对手机音质提出了更高要求,而配备一款好的音频放大器显得愈加关键,消费者无需便携式音箱,只需随身携带手机就能随时随地享受完美音质。这正是Cirrus Logic CS35L41的优势所在。

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