各種可攜式多媒體播放器(PMP)功能日益強大，也衍生出功耗挑戰，對設計者而言，必須花費許多時間，仔細檢視晶片供應商所提出的不同規格，並精準發現其中變數，並自行進行同級產品比較，以確認零組件規格與系統之關連性。此外，由於音訊輸入和輸出子系統包含數種不同供應電壓的類比和數位電路，因此更加棘手。
數據資料過度美化 設計人員須審慎檢視
圖1為可攜式系統音訊輸出的主要功能區塊圖解。一般而言，在此區塊鏈中後端的幾個環節如數位訊號強化(Digital Signal Enhancement)、數位類比轉換器(DAC)，以及類比混合放大等，皆會被整合至音訊數位類比轉換器(Audio DAC)中。
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| 圖1 音訊播放系統區塊圖 |
值得一提的是，晶片製造商可能會提供DAC功耗或是DAC供應電流等數據，設計人員則須確認上述數據是否包含放大器和其他DAC子電路的電力需求；如果沒有，則必須分別計算出這些數據，才能確保功耗合乎需求。
同樣地，若開發人員單純倚賴供應商提供的數據進行規格比較、或進而成為採購指南，在最終應用時可能面臨意料之外的功耗需求，甚至導致產品開發失敗。在這樣的前提下，開發人員在決定採用任何零組件時，仍須審視檢視與評估，才不至於導致重大疏失。
釐清元件功能特性 降低架構複雜度
系統架構的多元性常增添設計複雜度，如中央處理器(CPU)上的軟體演算、數位音訊晶片，或音訊晶片中若使用類比可編程增益放大器，都可能影響最終音量控制、電池壽命與音質表現。因此通常最好釐清各零組件與系統設計的相關功能，確認各元件負責之功能，才能設計出令人滿意的成品。
當然，儘管總結了供應商所提供的完整數據，仍然可能出現數據與現實世界背離的情況。舉例來說，在使用揚聲器和耳機時，所消耗的電量通常占去整體功耗的絕大部分，但是數據表中卻通常不會列出這些數據。更常見的是，儘管在周遭環境相當安靜時(安靜狀態)進行低音量播放，音訊晶片本身仍會消耗極少的電力，也會進一步降低主體功耗；但不少數據表仍會認定數位電路長時間為零、整個負載的電壓亦為零，且沒有電流經過。
因此，為了避免上述錯誤發生，設計人員必須將一個負載連接至此系統，也就是透過一個接近真實的測試訊號，並且必須要能夠經過電路中所有相關元件且進入此負載中，才能得到有意義的數據。
然而，問題是，所謂真實的測試訊號是由什麼構成的？雖然一個1kHz的正弦波很容易產生，也因此常被用於訊號測試，但由於該訊號並未反映混合的頻率或是隨著時間而變化的強度，因此音樂或語言的專屬特性反而難以呈現。
目前最有用的訊號種類，可能是針對揚聲器所提供的訊號標準--IEC 60268-5，其前身為IEC 268-5。此標準使用Pink雜訊，能加重混合頻率，並遍布整個音訊頻道。此波峰因數(Crest Factor)可在Pink雜訊中被完整定義，並反映真實世界的訊號在音量較大聲和較小聲之間的不同。波峰因數被定義為訊號的峰值和均方根(RMS)的比值。
標明訊號強度
因為說明訊號強度的方式相當多種，因此無論採用何種訊號，其強度皆會大幅影響電力消耗。例如dBV和正弦交流訊號的有效電壓值(Vrms)相關，而dBFS則與全範圍(Full-scale)相關。但對於任何特定元件而言，這些數值都有意義。相對而言，使用不同參照的分貝數字，或是沒有清楚指出參照的引用數據，都難以成為有意義的比較。最後的關鍵就是輸送至負載的電力，因此，以瓦特或毫瓦標明傳送至特定負載阻抗的訊號強度便有所意義。
由於任一特定放大器的效率會隨著訊號強度而有所不同，所以最好能考慮放大器在整個訊號動態範圍內的功耗(圖2)。例如，G類放大器根據訊號強度使用不同的供應電壓：G類放大器在音量較小時，比傳統AB類放大器節省2毫瓦；不過對於音量較大的訊號而言，並沒有較為省電。至於W類放大器，能較G類放大器更為省電，且電力消耗也能隨著訊號強度不同而有所變化，訊號涵蓋層級包含0.3毫瓦或30歐姆。揚聲器中的放大器選擇也與耳機放大器十分類似，不過卻是以D類放大器為主流。
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| 圖2 使用音訊編解碼器之耳機放大器效率 |
考量數位音訊取樣頻率
除放大器外，其他電路在安靜狀態時的功耗亦低於實際播放，如訊號混合器、可編程增益放大器及數位互補式金屬氧化物半導體(CMOS)電路。在CMOS邏輯電路中，頻率位元須介於0和1功耗才有意義；在安靜狀態時，若頻率位元包含0，功耗數據即不切實際。因此，為產生有意義的功耗數據，所有的元件處理訊號必須是真實、非為0的訊號。
另外，考慮數位音訊訊號中各種不同取樣頻率也很重要。數位和混合訊號電路的許多部分是取樣一次便切換一次，也就是說它們的平均功耗和每秒取樣數目成正比，這也代表當設計者在比較不同的音訊DAC或類比數位轉換器(ADC)時，必須弄清楚每一單元在相同取樣頻率的供應電流。
檢視訊號鏈，解碼元件的功耗可能受到音訊來源或檔案編碼品質的影響，如有損壓縮格式MP3的位元率。再加上緩衝區大小，此位元率將決定擷取儲存媒體中數據的頻率。因為硬碟接取都會造成電池電流出現雜訊，這對以硬碟為基礎的設計更加重要。
主要/從屬模式抉擇
一般來說，DAC或ADC等音訊晶片可被視為主要(Master)設備或從屬(Slave)設備。這在系統設計中極為重要，因為在主要模式中，音訊IC將驅動數位音訊介面，因此需要較從屬模式更多的電流。所以，一般供應商多樂意以較低的從屬模式功耗為公開數據。
當然，這並不表示從屬模式是較好的選擇，畢竟如果不是由音訊晶片來驅動介面，就是其他元件必須負起這個責任，因此電力需求只是在系統中變換，而非不需要這部分的電力。更不能忽略的是，就算主要模式的電力需求已被標明，也要注意電容負載的規格，因為這會決定還需要多少額外電流。因此，如果供應商提供的電容負載數據不甚理想，則實際情況可能反而比所列出的規格來得好。反之，供應商也可能會採用低得不切實際的電容負載以降低功耗數據，端看設計人員能否洞察。
另外，有些音訊元件具有特別的時脈模式，此模式不需要極為耗電的低抖動(Jitter)PLL(鎖相回路)。有許多DAC和編解碼器(Codec)都擁有通用序列匯流排(USB)模式，在此模式中，音訊時脈是直接由USB時脈所產生，而藉由整合此時脈所節省的電源，遠超過音訊介面所消耗的電力。
低電壓電源供應
除了最基本的晶片之外，所有的電路都需要一個以上的電源供應軌。一般而言，至少會有一個類比電源供應、一個音訊和控制介面的輸入與輸出(I/O)電源供應，以及一個分離的數位核心電源供應。任何晶片的整體功耗都是將每一電源供應軌所需的電力(電壓和電流相乘)加總而得出。因此，要達到省電最直接的方法就是讓每一電源供應軌都使用最低且可行的電壓。
就數位I/O電壓而言，可能是由其他音訊晶片所聯結的系統元件所提供。另一方面，降低數位核心電壓也是可行方法。
理想上，數據表會提供每一供應電流在每一可能情境中的電壓圖。如果沒有這些數據，或是不完整，則須根據以往的經驗進行預估。例如在CMOS邏輯電路中，電流大小和電壓成正比，這代表電壓的降低會帶來雙重好處--供應電壓降低50%，會讓該電源軌所使用的電力減少75%。而類比電路的情況又較為複雜，因為通常會包含固定電流來源。雖然，一般在獲得一個類比電源供應電壓後，不包括任何負載的晶片類比部分，所消耗的電力可能介於原始數值的一半或四分之一左右。
數據不可盡信 實測確保系統成功性
綜合以上，如果要精確及有意義地比較不同晶片元件的性能，則測試條件必須是符合實際且一致的。測試時主要考量要素包括傳輸至負載的電力、訊號的性質、取樣頻率和供應電壓等。此外，被比較的功能必須反映預期的使用情境：所有需要的功能要能被啟動，而那些不需要的功能則盡量不要啟動。被比較的音訊晶片，其數位介面皆應在主要模式或從屬模式下運作，且每一情況中的電容負載都應相同。每一晶片的主時脈也都應該維持相同，如PLL必須從音訊時脈衍生而出，因此其功耗也要計算在內。
不同的廠商會針對其音訊晶片採用不同的測試條件。但是如果設計者能察覺到最足以影響功耗的因素，將會讓設計人員發現其中缺失，進而推論出實際數據並改善其設計系統。
(本文作者為歐勝亞洲區業務副總裁)