长久以来，行动装置产业发展的关键之一便在于电池的寿命。如同体积、外型 、记忆容量和功能性一般，对消费者而言，电池的寿命也是决定购买与否的重要考量。

随着大家对于高音质音响、行动电视及影像品质有着更高的期望，设计师更要有效利用电力，因此，他们也承受着相当大的压力。

尤其是在音讯处理和再生这两个领域中，相关的要求更是严苛。立体声喇叭所需要的电力一向就是单声道系统的两倍。游戏及影像串流等装置也要求喇叭能维持更久的运作时间：使用模式已由十秒的铃声进阶为十分钟的影像。与这些类似的应用装置需要更高水准的声音品质，而这又需要更多的电力，而更大的音量也是被期待的，因此1W的喇叭输出已成为基本的配备。

要强化手机的性能，通常便得要在越来越轻薄短小的手机中增加额​​外的电路，这也代表容纳电池的空间已越来越小。要为手机增加耗电的音讯性能，同时又必须要以最小的电力达成这个目标，这样的要求迫使设计师必需仔细地检视手机中任何一个可能浪费电力及无效率的因素，如此才能节省珍贵的电池电力。

设计师们采用两种截然不同的方式因应这样的挑战。第一种方法是从设计着手，并采用一致化的音源集中装置（audio hub），如此能同时满足电力、体积和品质的要求。另一种方法则是采用Class D音讯放大器，以除去音讯电路中效率最糟糕的部分。

音源集中装置负责应用装置中所要处理的各种音讯资料的转换和混合。它处理不同强度、音源阻抗（source impedances）、DC补偿和频宽的类比信号，例如发送/接收语音资料和铃声，以及那些由FM接收器和麦克风，或是高传真输入所产生的音讯资料。

它也处理各种不同资料格式、字元长度和取样率的数位信号，例如标准电话语音的单声道8kHz PCM资料，以及播放音乐的立体声16-bit 44.1kHz I2S 串流。

利用音源集中装置将类比信号混合，如此能降低转换取样速率的困难程度，并减少电力的消耗，而弹性的混合路径能让新兴应用装置的特性得以实现。这些装置像是Wolfson的WM8983和WM8985，能让任何音讯输入的组合成为可能（例如麦克风、数位音乐、FM接受器或接收到的音讯资料），而且还能重新数位化，让像是卡拉OK的录音功能得以实现。

音源集中装置里包含多样的资料种类，因此对于电源供应的需求也各有不同，而这也代表有机会能从中节省功耗。一般是配备三或四个独立的电源供应，每一电源供应拥有自己的电压、电流规格以及杂讯特性，而每一种的设计前提都是必需达到最佳化的功耗数据。

数位核心将采用最低的供应电压，因为音讯品质并不会受到影响。可以采用高效率的交换式DC/DC转换器，因为相较于类比电路，数位电子更能忍受供电涟波（ripple）。

针对低电压操作，数位I/O缓冲电源供应的设计亦是必须的。然而，就相容性来说，其所需要的电压应该是高于核心所采用的电压。不同于数位功能，类比功能的信噪比能藉由增加供电电压以获得改善，但是这却会造成功耗的增加。系统设计师必需根据他们各自对于音讯品质及功耗的要求而进行取舍。

对于类比电路而言，稳定的电源供应是相当重要的：一个高电源抑制比（PSRR）的线性稳压器通常能让电源供应更为完善。在稳压器的输出电压和最小输出电压间必需要有足够的净空空间，如此才能在电池放电时依然保持高电源抑制比。在可携式音讯装置中，介于2.7V和3.0V的类比供电是很常见的。

就类比电路本身而言，节省功耗的最佳策略便是提供灵活和完整的电源管理方案。针对当前的使用情况去暂停某些电路的功能，便可根据系统的使用需求，在音讯品质和功耗间进行取舍。

为了产生喇叭及耳机驱动装置所需要的电力，高电压的电源供应是必要的。许多设计师比较喜欢直接自电池取得，而这需要配备一个高PSRR的输出放大器，以避免音讯输出时受到电池电压变异的影响，这些变异是肇因于不同系统的电力需求。

此外，此种设计必须减少直接使用电池驱动喇叭所造成的漏电。而为了避免波形过载，共模水准的变换也是必须的，如此才能有效运用所有可用的电压范围。

虽然就减少整体功耗而言，音源集中装置的设计是很重要的，然而，截至目前为止，喇叭驱动装置对于整体效率仍是占有最大的影响。一个立体声AB喇叭驱动器以40％的效率产生每声道一瓦的输出，将必须用到电池5W的电力，而其中的3W则成为热能而浪费掉。所有其他跟音讯相关的电力总和都可能比这样的消耗要少了两倍之多。

相对而言，Class D（或交换式）放大器则能达到约85～90％左右的高效率。在一些需要长时间运作喇叭的应用装置中，更能有效运用电力。再次强调，电源供应一定要有良好的稳压器，或是高PSRR，因为Class D级的输出可藉由改变电源供应轨直接进行调整。

在电力供应有限的行动装置环境中，消费者却希望能拥有更多的功能。不过，只要能结合良好的系统设计、小心选择整合型的音讯装置，以及使用Class D放大器，则不管是在现在和未来，设计师都能满足这些需求。

在可携式多媒体装置中，Class D技术能非常有效地延长电池的寿命，如此能让一些新功能，例如游戏和TV串流等能运作更长的时间。高水准的半导体整合技术提供了显而易见的好处，例如减少PCB面积及元件数目等。然而，随着高传真音讯越来越重要，其他要克服的挑战接踵而来，而这些在过去只强调语音通讯的手机设计中，都不是在优先考量的范围中。

若整合要为终端使用者带来真正的好处，则持续关注语音品质是很重要的。混合信号设计师必须保持整个信号链的声音品质，这遍及电源供应的部分，而且必须谨记行动电话的供电是有限的。经由良好的设计，不需要耗费过多的电力或是使用其他额外的元件，也能创造无与伦比的听觉享受。

---作者任职于Wolfson Microelectronics---