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；
• 為避免兩訊號互相幹擾，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，亦不可置於類比元件下方

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係統
，並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係統在手機與PDA之應用與設計，以方便係統研發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

，在早期隻要輸出功率夠大
，同時無雜訊幹擾即可，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係統在手機與PDA之應用與設計，讓係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。
較高的電源電壓抑製（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幹擾。

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(bu)管(guan)使(shi)用(yong)何(he)種(zhong)聲(sheng)頻(pin)放(fang)大(da)器(qi)
，為(wei)了(le)節(jie)省(sheng)功(gong)率(lv)消(xiao)耗(hao)，在(zai)不(bu)需(xu)要(yao)用(yong)到(dao)聲(sheng)頻(pin)放(fang)大(da)器(qi)時(shi)，均(jun)需(xu)進(jin)入(ru)待(dai)機(ji)狀(zhuang)態(tai)，然(ran)而(er)當(dang)一(yi)有(you)聲(sheng)音(yin)出(chu)現(xian)時(shi)，聲(sheng)頻(pin)放(fang)大(da)器(qi)必(bi)須(xu)馬(ma)上(shang)進(jin)入(ru)開(kai)機(ji)狀(zhuang)態(tai)。

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（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：
(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並且將輸入訊號耦合至放大器的輸入端。

在行動通訊係統中，由於體積的限製，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，隻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：
(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：
(公式六)
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。
　
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；
●為避免兩訊號互相幹擾，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
，亦不可置於類比元件下方。

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」（3DEnhancement）。
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(圖三)為3D強化立體聲之聲頻次係統方塊圖
，用於立體聲手機或個人數位處理器中，此聲頻次係統由下列幾個部分組成：
●後級放大器：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），和一用於免持聽筒之線路輸出（lineout），例如汽車的免持聽筒電話輸出。
●音量控製：可提供分為32級的音量控製
，而且左

、右及單聲道的音量均可獨立控製。
●混音器：用來選擇輸出與輸入音源之關係
，可將立體聲及單聲道輸入傳送及混合一起，並將這些輸入分為16個ge不bu同tong的de輸shu出chu模mo式shi
，使shi係xi統tong設she計ji工gong程cheng師shi能neng夠gou靈ling活huo傳chuan送song及ji混hun合he單dan聲sheng道dao及ji立li體ti聲sheng聲sheng頻pin訊xun號hao，不bu會hui限xian定ding訊xun號hao隻zhi能neng傳chuan送song給gei立li體ti聲sheng揚yang聲sheng器qi或huo立li體ti聲sheng耳er機ji。
●電源控製與「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相容介麵加以控製晶片的功能。

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3Dqianghualitishengyinxiao，jishixitongzaitijihuoshebeishangshoudaoxianzhi，erbixujiangzuoyoulababaifangdehenjinshi，rengrankeyigaishanlitishenggegaodishengbudingweidezhongzhongwenti。

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製3D強化立體聲之音效，用兩個分別的電阻與電容電路來控製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。
(公式七)
f3D(-3dB)＝1/2∏(R3D)(C3D)
　

(圖三)　3D強化立體聲聲頻子係統方塊圖
　
由(you)於(yu)行(xing)動(dong)電(dian)話(hua)與(yu)個(ge)人(ren)數(shu)位(wei)處(chu)理(li)器(qi)已(yi)發(fa)展(zhan)為(wei)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)各(ge)種(zhong)不(bu)同(tong)娛(yu)樂(le)的(de)多(duo)功(gong)能(neng)可(ke)攜(xie)式(shi)設(she)備(bei)，廠(chang)商(shang)們(men)皆(jie)盡(jin)量(liang)采(cai)用(yong)高(gao)度(du)原(yuan)音(yin)的(de)聲(sheng)頻(pin)係(xi)統(tong)及(ji)壽(shou)命(ming)較(jiao)長(chang)的(de)電(dian)池(chi)，並(bing)使(shi)此(ci)類(lei)可(ke)攜(xie)式(shi)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)具(ju)備(bei)立(li)體(ti)聲(sheng)喇(la)叭(ba)放(fang)大(da)器(qi)，多(duo)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)混(hun)音(yin)
，以(yi)及(ji)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。