DAC功耗數(shù)據(jù)計算 功耗數(shù)字概括

隨著便攜式多媒體系統(tǒng)設(shè)計師將電池壽命推向極限，他們正把前所未有的時間花在研究不同硅供應(yīng)商提供的功耗數(shù)據(jù)上。以牙還牙式的比較通常是困難的，因為變量實在是太多了，而且競爭器件之間的關(guān)鍵差異常常遠不是那么明顯。

音頻輸入和輸出子系統(tǒng)尤其困難，因為它們同時包含模擬和數(shù)字電路，而且通常需要幾個不同的電源電壓。其結(jié)果是，制造商針對這些器件提供的數(shù)據(jù)常常與實際使用案例不相關(guān)，在有些情況下甚至完全起誤導(dǎo)作用。不過，熟悉相關(guān)電路的基本知識、深入理解歐姆定律和拒絕相信制造商的面值數(shù)據(jù)，可以幫助設(shè)計工程師看穿這一令人糊涂的迷霧。

每個功耗數(shù)字到底包括了什么?

它可能看起來很明顯，但理解每一個功耗數(shù)字包括了什么電路是計算系統(tǒng)總體功耗的關(guān)鍵。不過，如果僅憑一本數(shù)據(jù)手冊來進行這項工作，那么常常是說比做容易?，F(xiàn)在讓我們思考一個便攜式系統(tǒng)的音頻輸出。圖1顯示了所有主要的功能塊。鏈上最后的幾塊(如數(shù)字信號增強、DAC、模擬混音和放大)通常集成在一個器件中，泛稱為“音頻DAC”。

不過，當這類器件的數(shù)據(jù)手冊列明“DAC功耗”或“DAC電源電流”時，它絕對僅指的是DAC本身，不會包括放大器和其它電路。那么如果說“回放到耳機”又如何呢?那會包括片上信號增強功能(如限幅、3D信號增強或均衡)嗎?很有可能不會，因為硅供應(yīng)商很少有勇氣使他們的器件在與競爭對手比較時看起來更差。有些硅供應(yīng)商甚至詳細說明DAC電源電流不包括數(shù)字音頻接口。很明顯，這與任何實際的使用案例沒有任何類似之處，因為接口必須上電才能接收用于回放的音頻數(shù)據(jù)。

讓事情變得進一步復(fù)雜的是，這些器件的系統(tǒng)架構(gòu)也是不同的。例如，音量控制既可以用軟件在CPU上實現(xiàn)，也可以在音頻芯片的數(shù)字部分實現(xiàn)，或采用音頻芯片中的模擬增益可編程放大器實現(xiàn)。一個有益的明智的檢查是確定需要什么樣的功能，檢查這些音頻功能在哪個物理器件中實現(xiàn)，以及確保每個功能的功耗都已計算在內(nèi)。

揚聲器和耳機的功耗通常占據(jù)總體功耗的一大塊。由于這一功率實際上并不是在IC中消耗，因此它幾乎從不包含在IC數(shù)據(jù)手冊中。幸運的是，它可以很容易地從P = V2RMS / Z公式中計算出來，這里VRMS是整個揚聲器的RMS電壓，Z是其阻抗(如是立體聲揚聲器，別忘記把這一數(shù)字乘以2!)。困難的地方是選擇一個實際的VRMS。盡管最大的VRMS可以輕易地從放大器輸出的擺幅中計算出來，但在現(xiàn)實中VRMS取決于終端用戶的音量設(shè)置。即便在最大音量情況下，同一段音樂的高音和低音通道上的VRMS也是不同的，因此假定一個滿刻度信號幾乎是不可能的。

為了在不同的音頻器件之間進行一個有意義的比較，就需要一個共同的基準。例如，日本JEITA CP-2905B標準規(guī)定，帶耳機輸出的系統(tǒng)的電池壽命應(yīng)當在16Ω負載上驅(qū)動0.2mW (每通道0.1mW)時進行測量。

該信號是什么?

驅(qū)動揚聲器和耳機的放大器是另一個特別耗電的器件。目前業(yè)界的常見做法是列明它們的靜態(tài)功耗，也即絕對安靜地播放(在數(shù)字域的表示是一串零)。不過，只要有一個實際的信號通過該系統(tǒng)，放大器(以及負載)上的功耗就會增加。

無疑，放大器電源電流應(yīng)該可以用一個非零信號來表達，但應(yīng)該用一個什么樣的信號呢?一些標準(如JEITA CP-2905B)經(jīng)常使用一個1kHz正弦波，因為它很容易生成。不過，它和現(xiàn)實世界中的用戶聽到的任何聲音或音樂幾乎沒有雷同之處。粉紅噪聲(如同IEC 60268-5標準針對揚聲器定義的那樣)可能與放大器電源電流更接近，盡管從根本上來說沒有一種信號能夠映射無限變化的音樂。

在比較放大器時，另外一個值得牢記的地方是，它們的功率效率取決于信號幅度。精確的關(guān)系取決于放大器(見圖2)。例如，在靜態(tài)條件下，D類放大器因為開關(guān)損失可能要比等效的線性放大器消耗更多的功率。同樣地，由于線性放大器在高音量時效率更高，它們在滿刻度處的效率可以接近D類放大器。