中心議題：

• 無線可攜式電子產品應用之考慮因素
• 輸入與輸出耦合電容值的選擇

解決方案：

• 所有訊號線盡可能單點接地；
• 為避免兩訊號互相干擾，應避免平行走線，而以90跨過方式為之
• 數位之電源、接地應和類比之電源、接地分開
• 高速數位訊號走線應遠離類比訊號走線，亦不可置于類比元件下方

手機與PDA已能夠提供各種不同娛樂功能，而消費者更希望其能夠擁有立體聲，甚至是3D音效。因此廠商們皆盡量采用高度原音的聲頻系統(tǒng)，并使產品具備立體聲喇叭放大器、不同的混音以及3D強化立體聲功能，同時在外型上也盡量輕薄小巧。本文將為讀者深入探討聲頻系統(tǒng)在手機與PDA之應用與設計，以方便系統(tǒng)研發(fā)人員設計出適合消費者的產品。

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?，F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(tǒng)在手機與PDA之應用與設計，讓系統(tǒng)與研發(fā)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（PowerSupplyRejectionRation；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雜訊的干擾。

快速的開關機（Fastturnon&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(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)，然而當一有聲音出現時，聲頻放大器必須馬上進入開機狀態(tài)。

無「開關切換雜訊」（Click&Pop）聲
「開關切換雜訊」聲常出現于聲頻放大器進入開關機時，或是由待機回覆至正常狀態(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(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（MicroSMD）
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，MicroSMD為現今較常用到的封裝技術。
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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于0.19uF即可，在此狀況下，0.22uF是最適當選擇。

對于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
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。
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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：
(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：
(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。
　
布線（Layout）考量

設計人員在布線上，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，應避免平行走線，而以90跨過方式為之。
●數位之電源、接地應和類比之電源、接地分開。
●高速數位訊號走線應遠離類比訊號走線，亦不可置于類比元件下方。

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(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」（3DEnhancement）。
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(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位處理器中，此聲頻次系統(tǒng)由下列幾個部分組成：
●后級放大器：包括一立體聲揚聲器（喇叭）驅動器，一立體聲耳機驅動器，一單聲道耳機放大器（earpiece），和一用于免持聽筒之線路輸出（lineout），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「開關切換雜訊」消除電路。
●3D強化立體聲，以硬體的方式為之。
●使用I2C相容介面加以控制晶片的功能。

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(tǒng)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，并且成反比關系，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
　
由于行動電話與個人數位處理器已發(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。但其設計范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。