耗电及内部升温是部分应用系统需要面对的重大问题，要解决这些问题，我们可以考虑采用D类放大器。这类放大器的转换效率高达85%，比AB类放大器约55%的转换效率要高，但原则上D类放大器只是一种采用高频信号作为载波的开关放大器，因此需要加设低通滤波器（一般采用LC网络），以便将输出端的低频音频信号复原。这样可能会对射频系统的高频区造成干扰，而且经常会令音频信号频带出现较高的失真，甚至带宽也会受到一定的限制。此外，由于采用笨重的LC滤波器网络需要另外添加零部件，因此也会占用印制电路板更多板面空间。
无需滤波器的D类放大器推出之后，便将这些问题一举解决。这种放大器可以充分利用扬声器的自身电感及低频响应特性，因此无需外接低通滤波器。但典型D 类放大器的电路布局采用脉冲宽度调制（PWM） 技术，因此只能提供有限的带宽。一般来说，-3 dB 的带宽只能支持7 kHz 以下的频率，因此只适合放大器在300 ～3400Hz 之间的音频频带操作，无法支持目前的多音调振铃及MP3 播放。
为了解决这个有限频率响应问题，一种采用Sigma Delta调制并无需加设滤波器的全新D类放大器便应运而生。图6是无需加设滤波器的D类放大器LM4667。这款芯片可以利用Sigma-Delta 调制的噪音波形修整技术，为20 kHz 的噪音提供全音频频率响应，而功率转换效率更可高达84%。此外，这款芯片可提供6dB及12dB的可编程增益，有助于精简电路设计，并将所需的外置零部件数目减至最少。
可支持多媒体功能的手机可能要处理多个不同的输入信号源，例如来自基带处理器的单声道语音，以及来自音乐振铃、FM 立体声广播或MP3译码器的立体声信号。此外，这类手机的信号也可能来自多个不同的输出端，例如内置耳机、扬声器、外置单声道或立体声耳机，因此设计简单的放大器电路无法有效解决这方面的问题。
美国国家半导体公司推出的模拟音频子系统可以利用SPI或I2C一类的通用数字控制总线全面控制多个不同输入及输出的操作，以解决这方面的问题，见图7。这类集成电路专为基带处理器输出的单声道语音信号提供单声道输入，另外也为FM 立体声接收器、MP3播放器或音乐振铃芯片的信号提供一对立体声输入，并利用I2C总线提供32级数字音量控制。这款电路的输出端设有功率达400mW 的单声道功率放大器，以便驱动内置扬声器或耳机，另外还设有25mW 的立体声耳机，以便驱动外置立体声耳机的输出。这款集成电路设有8个不同的操作模式，让系统设计工程师可以将输入及输出灵活搭配成不同的组合。这款芯片采用高度集成的结构，因此只需7个外置零部件，而且由于采用面积只有2mm ×2.3mm 的SMD 封装，因此只占用极少印制电路板的板面空间。以目前的模拟无线音频系统设计来说，这是一个重大的技术突破。
随着Java 电子游戏的面世，而振铃和MP3 音乐也可以下载，单声道的扬声器输出无法满足客户的要求。照目前的发展趋势估计，可支持立体声扬声器输出的手机将会大受市场欢迎。利用这种手机玩电子游戏的用户可以亲身体验炮弹仿似从左方飞向右方，简直好像置身现场一样。这是真正立体声的MP3 播放带给我们的欢乐。
这个新的市场发展趋势为厂商创造无限的商机。最近，美国国家半导体公司便乘着这个发展态势，为无线通信系统推出两款立体声放大器。图8的LM4992 是其中一款专为无线通信系统而设计的立体声音频功率放大器。这款放大器可在217Hz 的噪音下保持高达64dB 的电源抑制比。
是否需要利用立体声扬声器制造仿似置身现场的立体声效果？是否需要表现立体声的3D效果？
蜂窝式移动电话先后添加了多音调振铃、嵌入式相机及MP3 播放等功能之后，今后的发展将会是在电话内加设立体声扬声器。但由于手机受其体积所限，立体声扬声器的位置不得不相距较近，以致减弱立体声的效果。为了解决这个问题，美国国家半导体便利用可加强3D效果的技术开发 LM4857 立体声音频子系统（见图9）。
这款芯片设有一对单声道输入及一对立体声输入，并可通过I2C 总线支持32 级的数字音量控制。此外，这款芯片的输出端也设有6个音频放大器输出：（1）一对专为驱动内置立体声扬声器而设的495mW/8 立体声BTL扬声器放大器，以便播放音乐振铃或其他音乐。（2）一对专为驱动外置立体声耳机而设的25mW/32立体声耳机驱动器。（3）专为驱动外置单声道耳机而设的25mW/32 单声道放大器，以便接收一般来电的语音。（4）专为免持听筒等外接功能而设的单声道输出。
这款芯片的模式混合器设有16 种操作模式，可以利用I2C 接口的编程功能，将输入及输出灵活搭配成多种不同的组合，以便有更大的自由度，充分发挥人机接口的灵活性。
内置3D 功能的LM4857 芯片可以加强立体声的效果，即使扬声器的位置相距较近，也可确保在较大的范围内取得立体声的效果。此外，这款芯片也设有3D 开/关及调校功能，可以独立开启/关闭内置立体声扬声器及外置立体声耳机，或协调两者的功能，开/关操作则通过I2C 控制接口执行，而3D 效果则由设计简单的外置电阻器/电容器网络负责控制，这样可以将LM485
7音频子系统的外置零部件数目大幅减少至只有12 个，加上这款LM4857ITL 芯片采用微型SMD封装，大小只有2.5mm×3.0mm，因此可说是目前非常小巧的模拟立体声3D多媒体音频子系统解决方案。
数字音频接口
依照目前的市场发展趋势，新一代的蜂窝式移动电话将会全面采用数字基带设计，确保所有模拟音频信号可以全部转为数字信号，以便充分利用最新的亚微米数字CMOS工艺技术，让系统设计可以充分发挥其性能。
至于语音频带方面，音频信号通道可以采用双向的串行脉冲编码调制 （PCM） 接口，而立体声通道则普遍采用串行I2S 接口。
图10所示的LM4930芯片是专为数字音频应用而开发的，可为音频带译码器及话筒编码器提供一个16 位、8kHz 的双向脉冲编码调制接口。16 位的分辨度可加强人声识别的准确度，尤其是高频声音较多的女声。此外，LM4930 芯片也内置可以数字编程的侧音相消功能，以便生产时可以轻易调校频率。
至于立体声信号通道方面，内置I2S数字音频接口的数字模拟转换器（DAC） 可以进行宽16位、取样率高达 48kHz 的立体声数字模拟转换，以便为立体声信号译码功能提供支持。
所有译码器输出都会传送到内置混频器，然后再输出到内置扬声器放大器及专为驱动外置耳机而设的立体声耳机驱动器，所有信号通道都可利用I2C 控制接口加以设定。
文/美国国家半导体公司亚太区模拟产品市场经理 吴渭强