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W类放大器实现更长通话时间
文章来源: 更新时间:2012/2/28 10:54:00
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许多智能手机仍然只能提供数小时的通话时间,而目前随着W类放大器技术更广泛地应用于移动手持设备中,它所带来的电池电流降低的优势能使通话时间从数小时延长到两位数时间。

 

最近发布的音频中枢(audio hub)产品WM8996WM5100现已独一无二地将W类或D类驱动技术应用在每个内置的功率放大器上。其结果是在诸如音乐回放等应用场景中,过去仅局限于有线耳机上实现的功效,现在也可以在驱动其它换能器时实现,如头戴式耳机扬声器、助听器线圈、模拟USB耳机和其它有线/扩展台配件等。特别是,由于头戴式耳机扬声器一直是听取远端语音的最常用方式,W类放大器的高效率能够为移动电话用户带来真正与众不同的体验,即不需重新充电就给用户带来宝贵的额外通话时间。

 

用W类放大器节省功率

 

W类技术近些年已经被广泛用于许多移动电话、平板电脑和媒体播放器之中,它的关键优点是在用耳机听音乐或用有线耳机进行语音通话时可显著地降低功耗。

 

通过一个1.8V的电源电压输入为片上耳机放大器生成正电源和负电源,支持W类技术的音频中枢能够利用系统中现有的开关式稳压器,并提供接地参考输出。通过允许这些内部产生的耳机放大器电源电压来动态地追踪音频信号包络,当输出音频时耳机放大器上的损耗就会显著地降低。这是有可能实现的,如图1所示,因为音频信号与理论上最大的振幅相比,即使是在最高音量设置时,都拥有较低的RMS电压电平。通过用这种方式追踪音频信号,W类放大器能够比使用固定电源电压设置的G类放大器提供更优的节电特性。

 

耳机输出总是通过单端驱动,这归因于业界标准的4柱插座的引脚分配。不过,驱动诸如头戴式耳机等内部扬声器的方式有所不同,它拥有许多优势,关键优势之一是它具有能使负载上的电压振幅加倍的能力,这样无需提高电源电压便可增大功率输出。由于头戴式耳机信号常常要求比耳机更高的输出功率,而不是仅要求一个单声道数据通道,因此能够将驱动器的一端反相来重新分配一对立体声单端W类放大器,以差分地驱动耳机。由于各种最新的音频中枢目前都集成了不止一对W类输出,这种节能技术现也可用于头戴式耳机中,在最普通的语音通话场景中降低功耗。

 

 

图1:W类放大器的工作模式。(电子系统设计)
图1:W类放大器的工作模式。

 

WM5100可提供的一个额外功能是头戴式耳机上的环境噪声消除技术,它可在嘈杂环境中提高通话的听辨度。但是,由于噪声消除要求(以及均衡和增益设置)对于头戴式耳机和助听器可能有所不同,对于助听器来说,使用一个分离的数字通道会更为实用,在这种情况下,需要有一个独立的驱动器,如另一对差分W类放大器;或者在某些情况下会需要D类放大器。在很高的RMS功率输出电平(如PLOAD>100Mw)下,D类放大器开始变得比W类放大器变得更高效;而通常在头戴式耳机中的信号电平较低时,D类放大器的效率会低很多。这主要归因于D类放大器具有更高的静态电流,因此D类放大器通常会留作驱动需要更大功率输出的扬声器(如在免提通话时或播放手机铃声时)。在语音通话期间,支持助听器线圈无疑增加了整体的电池电流消耗;在这种情况下,由W类技术为头戴式耳机和助听器线圈带来的整体节能,按比例高于不支持助听器线圈的手机。

 

语音通话:功率流向了哪里?

 

举个例子,对于一台典型的、带有1600mAh电池的智能手机,如果其总的通话时间为9小时,那么其通话过程中的平均电池电流大概是180mA。该电流的一部分是来自驱动头戴式耳机(在某些情况下是一个助听器线圈)。传统的头戴式耳机驱动方式如图2所示,这部分电流很轻松地占用了总电池电流的10~15%。在同样的条件下,W类放大器所使用的更高效架构可将这个电流减小到5%以下,它的整体效果是可使总的通话时间从9小时延长至10小时。

 

按绝对情况计算,诸如WM5100和WM8996这样使用了W类技术的器件所带来的功率节省,对于一部移动设备来说可达到几十毫瓦的范围。从整体上来看,这大概相当于一台现代智能手机在运行“音乐播放器”模式下的全部功率预算。

 

 

图2:传统的头戴式耳机驱动方式和W类放大器驱动方式。(电子系统设计)
图2:传统的头戴式耳机驱动方式和W类放大器驱动方式。

 

当然,在一次语音通话期间还有许多其它可变因素影响着电池电流。例如,良好的网络条件可通过系统中其它部件来减少功耗。因此,随着头戴式耳机驱动器对电池电流的贡献成比例地提高,W类技术有可能为用户的通话时间带来更大的实际效益。

 
 
 
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