市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Forward Concepts指出,D類音頻放大器芯片在過去一年中的總銷量接近8,000萬美元,并且正以每年平均60%的速度增長(zhǎng),預(yù)計(jì)在2008年將接近9億美元。音頻系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)的應(yīng)用進(jìn)一步增強(qiáng)了這種趨勢(shì)。
音頻放大器應(yīng)用極其廣泛,各種具有音頻輸出的電子產(chǎn)品都離不開它。目前,約有95%的放大器是基于已經(jīng)存在10年以上的傳統(tǒng)陳舊的模擬技術(shù),存在著能耗高、效率低、芯片溫度高的致命弱點(diǎn)。目前,使耗電量很高的家庭影院及多聲道環(huán)繞聲效系統(tǒng)降低散熱量的要求越來越迫切,同時(shí)CD、DVD、MP3播放器等數(shù)字音源的興起加速了消費(fèi)型電子產(chǎn)品制造商轉(zhuǎn)向能效更高的D類音頻放大器(Class D Audio Amplifier)的趨勢(shì)。具體地說,Class D放大器具有價(jià)格更低、器件體積更小,在芯片中占用空間面積更小、能效更高(這一點(diǎn)對(duì)電池供電的設(shè)備尤為重要)的優(yōu)勢(shì),利用Class D放大器可以設(shè)計(jì)出更小更薄的電子產(chǎn)品,因此在業(yè)界得到普遍認(rèn)可。
重新思考D類音頻放大器設(shè)計(jì)
D類音頻放大器憑借其高效率、低功耗的特點(diǎn),在各種以電池供電的便攜式產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普及,例如在手機(jī)、PDA、MP3 Player等應(yīng)用中,以D類取代A/B類放大器的態(tài)勢(shì)便已相當(dāng)明顯。然而,目前的Class D放大器是由模擬放大器設(shè)計(jì)者開發(fā)出來的,實(shí)際上只是將模擬電路換成數(shù)字電路;幾乎沒有工程師考慮過:開關(guān)放大器與模擬放大器的工作情況是否相同?
傳統(tǒng)的Class D放大器設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)錯(cuò)誤糾正。如果從這一點(diǎn)出發(fā),工程師的方案將按照既定的路線。因此,糾錯(cuò)電路變得極其復(fù)雜,包括DSP、搜尋列表、反饋環(huán)(Feedback Loops)等。如今,這樣繁復(fù)的過程即將得到解套。在將聲音數(shù)字化的過程中,輸入的數(shù)字音源往往具有極高的分辨率,一般都是16位或更高質(zhì)量數(shù)字化音頻信息;若僅使用1位的錯(cuò)誤發(fā)生/糾正法則,依賴反饋環(huán)加以調(diào)制,必然會(huì)把偏差錯(cuò)誤引入系統(tǒng)之中。
反饋環(huán)本身并沒有什么問題,問題的關(guān)鍵在于調(diào)制器—特別是Delta-Sigma調(diào)制器,這是一種在發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)行糾正的閉環(huán)系統(tǒng)。總部設(shè)于美國麻省波士頓,在音頻領(lǐng)域擁有20多項(xiàng)專利的無晶圓半導(dǎo)體公司—JAM Technologies,通過其卓越的模擬音質(zhì),以更簡(jiǎn)易的安裝和較低的價(jià)格重新定義了Class D放大器。著眼于市值近23億美元的專用混合信號(hào)市場(chǎng),瞄準(zhǔn)數(shù)字音源和數(shù)字放大器正被廣泛應(yīng)用的最佳搶進(jìn)時(shí)機(jī),JAM工程師的出發(fā)點(diǎn)是:這些設(shè)計(jì)錯(cuò)誤是怎樣產(chǎn)生的,能夠被消除嗎?JAM認(rèn)為,如果能夠消除錯(cuò)誤的來源,就不必再使用專門的電路來更正這些錯(cuò)誤。
此外,帶有反饋環(huán)的放大器通常還具有一個(gè)模擬輸入。這也引發(fā)另一個(gè)問題:這是一個(gè)真正的數(shù)字放大器嗎?為此,JAM以創(chuàng)新的開放環(huán)架構(gòu)優(yōu)化音頻處理器增強(qiáng)效果;基于JAM自行開發(fā)的E-Bridge技術(shù)、一套名為True Fidelity的全新數(shù)字音頻放大器,是一種全新的數(shù)字輸入Class D “開放環(huán)”放大器,能以Class D放大器的效率實(shí)現(xiàn)模擬放大器的音質(zhì)。JAM的E-Bridge技術(shù)可適用于所有的音頻設(shè)備,還可用于電機(jī)控制系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器、電信、通信設(shè)備等任何與電源連接、具有高解析率數(shù)字信號(hào)控制的設(shè)備。True Fidelity放大器融合了多種關(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng)新,其中包括:
已獲得專利的同步雙調(diào)制(Synchronous Bi-modulation)技術(shù),驅(qū)動(dòng)多水平輸出級(jí)而不產(chǎn)生其它調(diào)節(jié)策略引發(fā)的錯(cuò)誤。這項(xiàng)技術(shù)與以往基于Delta-Sigma調(diào)制器的Class D設(shè)計(jì)的不同之處在于,它不在需要反饋環(huán)以及錯(cuò)誤補(bǔ)償電路。
已獲得專利的E-Bridge輸出級(jí),提供比廣泛用于所有其它Class D設(shè)備的傳統(tǒng)H-Bridge輸出級(jí)更高的分辨率。這是全球首例真正的16bit分辨率數(shù)字放大器,可真實(shí)重現(xiàn)最先進(jìn)的數(shù)字音頻錄音。
融入電源調(diào)節(jié)技術(shù)(Assimilated power regulation technique)使得OEM能夠使用不經(jīng)調(diào)節(jié)的電源,從而減少大容量電容器。
少一層轉(zhuǎn)換,多一分逼真
由于市場(chǎng)上大多數(shù)所謂的“數(shù)字”放大器都需要模擬輸入,它們采用來自DSP、CD、DVD或者HDTV接受器的高分辨率的數(shù)字信號(hào),然后將信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)。額外的電路設(shè)備常使得系統(tǒng)成本飆升,且占用大量板上空間(board real estate),而且降低了原始信號(hào)的質(zhì)量(如圖1所示)。而放大器開放環(huán)結(jié)構(gòu)一般具有較好的瞬態(tài)效應(yīng)(對(duì)音效極為重要),是較為簡(jiǎn)單的系統(tǒng),因此成本較低。較低成本是很重要的因素,尤其在當(dāng)今利潤(rùn)極低的電子產(chǎn)品市場(chǎng)。JAM已開發(fā)出沒有反饋環(huán)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),這個(gè)設(shè)計(jì)的重要性在哪里?從表面來看,這些放大器沒有什么問題,但其糟糕的音質(zhì)卻使工程師們大為失望。于是,他們從基本的開關(guān)放大器原理出發(fā)以考察問題發(fā)生的原因,最終認(rèn)識(shí)到潛在的問題來自輸出級(jí)本身——就是那個(gè)陳舊的H-Bridge架構(gòu)。一旦他們理解了問題來自于時(shí)序分辨率,E-Bridge的方案便顯而易見了。E-Bridge架構(gòu)可被簡(jiǎn)單地描述為2個(gè)輸出級(jí)共享一個(gè)器件(如圖2所示)。通過將輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流分為2個(gè)相關(guān)的低分辨率數(shù)據(jù)流,然后在新的輸出級(jí)架構(gòu)分別放大,然后使數(shù)據(jù)流能夠在揚(yáng)聲器被匯總,100%重現(xiàn)原始分辨率。
目前常見的Class D的音質(zhì)情況的確不能令人滿意。但是,JAM放大器真正的輸出分辨率至少達(dá)到16位以上,因此所有記錄在CD上的全部細(xì)節(jié)都能夠被聽到。同時(shí),這種分辨率還允許聽眾充分欣賞Dolby環(huán)繞音質(zhì)、SRS WOW以及THX,其效果與當(dāng)今流行的高質(zhì)量音頻來源一樣。這就是JAM所提出的口號(hào):“傾聽被遺失的聲音” (Hear what you’ve been missed)。
是什么因素促使JAM的創(chuàng)立者成立這家從事數(shù)字放大器的公司?JAM Technologies首席執(zhí)行官M(fèi)ichael Holt一言以蔽之:源于音樂及其帶來的機(jī)遇。他表示,目前幾乎所有的音頻產(chǎn)品,尤其是音樂產(chǎn)品,都是通過數(shù)字技術(shù)來錄制、存儲(chǔ)、傳輸和處理。音頻復(fù)制的全過程中惟一一個(gè)仍然采用模擬技術(shù)的部分就是放大器。JAM的創(chuàng)立者認(rèn)為,僅僅因?yàn)榉糯笃鞑捎玫氖悄M技術(shù),就將一個(gè)高分辨率的數(shù)字音頻流轉(zhuǎn)化成模擬形式,這樣的方案本身是矛盾的,并且不利于進(jìn)一步提高音質(zhì)。他們還意識(shí)到,真正的數(shù)字放大器的開發(fā)存在著巨大市場(chǎng)商機(jī)。故而利用他們?cè)谝魳泛碗娮釉O(shè)計(jì)方面的廣泛知識(shí)來解決存在的問題,并開發(fā)出一個(gè)針對(duì)端對(duì)端數(shù)字音頻的真正的數(shù)字輸入Class D放大器解決方案。
圖1:傳統(tǒng)Class D放大器
圖2:JAM True Fidelity全數(shù)字Class D
瞄準(zhǔn)A/V市場(chǎng)
隨著A/V行業(yè)向完全數(shù)字化輸入/輸出格式發(fā)展,一套高效的音頻解決方案對(duì)于急需加快上市速度和降低邊際成本的制造商具有極大的吸引力。理論上,工作原理近似于交換式電源的D類音頻放大器,其工作效率可以達(dá)到100%,即使實(shí)際的情況可能因?yàn)殚_關(guān)上的導(dǎo)通電阻而略打折扣,但緣于技術(shù)本質(zhì)上的差異,使得D類音頻放大器的工作效率再怎么差強(qiáng)人意,也比傳統(tǒng)的線性放大器來得高出數(shù)倍。
高工作效率除了能省下更多電力之外,低芯片溫度也讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造商不必在芯片上增加笨重的散熱片,這對(duì)于目前流行的平面顯示器應(yīng)用而言非常關(guān)鍵。A/B類放大器所使用的散熱片高度,幾乎就等于整臺(tái)平面顯示器的厚度,除非系統(tǒng)制造商愿意犧牲產(chǎn)品的厚度來換取較多的空間,否則D類音頻放大器將是惟一的選擇。所有目前有能力提供D類音頻放大器的半導(dǎo)體供應(yīng)商,幾乎都看好這個(gè)領(lǐng)域,也積極在各主要平面顯示器制造地區(qū)布署重兵。
JAM的首個(gè)目標(biāo)市場(chǎng)即鎖定在數(shù)字電視制造業(yè)。Michael Holt闡述說,長(zhǎng)期以來,消費(fèi)者總是對(duì)于新型平面電視機(jī)那糟糕的音頻效果表示不滿,電視機(jī)制造商們也在尋求更佳的解決方案。JAM的設(shè)計(jì)很快得到一些亞洲最大的OEM廠商的設(shè)計(jì)訂單,這表明它對(duì)首個(gè)目標(biāo)市場(chǎng)的定位和選擇的正確性。JAM面向中等電力消耗的電子產(chǎn)品,所推出的的第一款芯片──Mozart家族的7W～20W數(shù)字輸入音頻放大器,即是專門為數(shù)字電視市場(chǎng)設(shè)計(jì)的。JAM的工程團(tuán)隊(duì)正致力于后續(xù)芯片的研究,手機(jī)則是JAM下一個(gè)目標(biāo)市場(chǎng)。
接聽電話是手機(jī)的基本功能,而且制造商正在將越來越多的聽覺功能整合到手機(jī)中。這些手機(jī)在降低電能消耗和器件發(fā)熱量等方面的要求越來越迫切。在使用過程中聽筒不能發(fā)熱,而且必須節(jié)省電池電力。數(shù)字音頻放大器芯片將是滿足此需求的最佳選擇。MP3播放器和錄音重放等新功能很快將使音質(zhì)更好的音頻系統(tǒng)成為必不可少的配置。Michael Holt認(rèn)為JAM具有相應(yīng)的技術(shù)和產(chǎn)品線來把握這個(gè)機(jī)會(huì)。
以更低的系統(tǒng)成本提升輸出音質(zhì)
高頻噪音、不良的瞬態(tài)響應(yīng)、嚴(yán)重的交越失真和糟糕的阻尼因素(指高頻混響聲衰減的總量,它對(duì)表現(xiàn)音源的聲場(chǎng)特性起了主導(dǎo)的作用,調(diào)節(jié)阻尼因素可使聲場(chǎng)重放的深度感得到改變),都是造成音質(zhì)損害的元兇。對(duì)于JAM創(chuàng)新技術(shù)的問世將為市場(chǎng)掀起怎樣的漣漪?Michael Holt打個(gè)有趣的比喻說: “這就像舍棄蠟燭而選擇電燈泡一樣——使用者必須丟棄所有正在使用的舊東西。”
JAM到目前為止最大的成功在于開發(fā)了Class D放大器芯片,將其投放了市場(chǎng),并取得了設(shè)計(jì)采納(design win)。使用獨(dú)創(chuàng)并獲得專利的交換系統(tǒng)(Switching System),JAM以明顯低于其它解決方案的價(jià)格、更小的體積和更低的發(fā)熱量實(shí)現(xiàn)了可與傳統(tǒng)模擬放大器相媲美的音質(zhì)。此外,與其它的Class D放大器競(jìng)爭(zhēng)者相比,JAM的True Fidelity放大器更容易被整合到各類電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)之中,從而減少了產(chǎn)品造價(jià)。
最后,由于在音頻子系統(tǒng)BoM中True Fidelity具有更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),所要求的外部配件更少;簡(jiǎn)單的芯片設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)整合變得十分簡(jiǎn)單,并且減少了物料清單(BOM) 成本。與目前市場(chǎng)中成本最低的廠商相比,JAM仍然具有30%的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。具備了這些壓倒性優(yōu)勢(shì),JAM正蓄勢(shì)待發(fā),希望在Class D放大器行業(yè)獲取巨大市場(chǎng)份額,從而使True Fidelity成為消費(fèi)類電子產(chǎn)品數(shù)字放大器芯片開發(fā)行業(yè)廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)。 |
