對於多功能行動電話、智慧型行動電話、個人數位助理(PDA)和許多與行動電話概念相似的可攜式電子裝置而言，功能整合雖然可以減少消費者攜帶的裝置數量並擴大音訊系統的需求，但也增加設計人員解決複雜音訊問題的負擔。
隨著客戶對音訊的要求增加，系統設計人員可能會選擇使用分離式的音訊功能區塊。但這種解決方案在混合訊號系統中將會面臨許多問題。在數位應用領域中，容納多種取樣率、格式和數位電平將變得異常複雜。而在類比領域中，訊號會依不同層級產生誤差，須要進行混合和切換、放大和衰減，同時也容易受到噪音收音的影響。
事實上，在目前的可攜式媒體裝置上可以發現十到二十種不同的音頻訊號路徑是非常普遍的。因此，要在這麼多音頻訊號路徑中尋找所需的訊號路徑是一項艱鉅的任務，而混合訊號子系統可以經由整合許多有用的元件來解決這個問題。
具多重訊號路由引導
混合訊號子系統被廣泛應用的一個重要特點是，擁有將多個訊號路由引導到許多不同地方的能力。由於許多可攜式多媒體播放裝置或行動電話都會執行許多任務，因此須要將訊號做路由處理。圖1所示為混合訊號音頻子系統的範例。
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| 圖1 混合訊號子系統提供許多訊號路由選項 |
舉例而言，若考慮在行動電話和數位音樂播放器上採用相同的音頻系統時，電話的基頻(Baseband)須要使用脈衝編碼調變(PCM)數位來連接數位類比轉換器(DAC)，然後再連接耳機放大器供耳機使用。相同的耳機放大器也可用於數位音樂播放器，其使用I2S資料串流，可以經由數位類比轉換器播放，然後再連接到耳機。具備雙數位音頻連接埠的混合訊號子系統可以輕鬆執行此項功能。
混合訊號音頻子系統因為具備多路傳輸的能力，因此可以處理類比調頻(FM)廣播訊號。雖然FM廣播訊號受到調節，但它們通常會超出規格。而這些超出規格的振幅往往會比預期吵雜，這可能會導致揚聲器的損壞。
混合訊號音頻子系統可以將這些FM訊號進行數位化，使用數位訊號處理(DSP)來提供自動位準控制(ALC)和等化，然後再將其轉換回類比訊號以放大到揚聲器或耳機播放。此外，混合訊號子系統能夠將數位化訊號傳遞到基頻處理器，以進行更多的DSP處理。
除了音頻路由和處理外，混合音頻子系統還可以混合多種音訊串流。藉由混合訊號可以創造從麥克風到耳機的側音效果。同樣地，在聆聽音樂時接到來電，毋須將音樂轉為靜音即可播放來電鈴聲。
具有兩個數位音訊連接埠是讓混合訊號音頻子系統成為系統內數位音訊介面的有力工具。例如，可以將I2S數位音訊串流轉換為PCM，並將其傳送到基頻。另外，可以使用相同做法將48kHz I2S資料串流轉換為44.1kHz。
藍牙(Bluetooth)橋接是一項從雙數位音訊連接埠和取樣率轉換中獲益的應用。混合訊號音頻子系統提供藍牙收發器與基頻之間的橋接介面，如果有實際需求，也可以進行取樣率轉換和數位等化等程序。這種連接的應用範例如圖2所示。
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| 圖2 混合訊號子系統可以很容易地成為藍牙收發器與基頻音訊處理器之間的橋接介面。 |
使用混合訊號音頻子系統來橋接藍牙收發器，可以提供多種不同的應用。最明顯的應用就是可進行雙向語音的電話。藍牙接收到的音訊可以經由路由方式傳送到揚聲器或耳機。FM收音機能夠由混合訊號子系統進行數位化，並傳送到藍牙耳機。基頻處理器可透過混合訊號子系統將來自快閃記憶體的數位音訊進行串流處理，並傳送至耳機或放大器，如基座或支援藍牙功能的汽車音響等主要裝置。
D類輸出功率效率佳
由於D類揚聲器放大器具備高效率的特性，因此成為智慧型和多功能行動電話的標準。D類放大器的一項關鍵區別是其輸出功率。高輸出功率的D類放大器可讓行動電話的聲音既響亮又清楚。這種應用的情形通常會在身處於高噪音的環境中發生，如人潮擁擠的火車站和機場。
多功能行動電話或智慧型行動電話也經常用於媒體分享。舉例而言，與好友分享歌曲或與同事分享資訊都是這些裝置強大的功能。
混合訊號音頻子系統具有高功率的D類放大器，例如在1%的總諧波失真加雜訊(THD+N)的條件下，提供從4.2伏特(V)到8歐姆(Ω)的970毫瓦(mW)功率。這項額外的輸出功率可確保輸出高音量的情形，讓使用者清楚地聽到訊息。
微型投影機是新增到行動電話的一項最新功能。能夠提供群組分享視訊的能力的微型投影機需要有高輸出功率。
電源供應抑制比維持音訊品質
行動電話使用開關模式電源供應(SMPS)來提供多種高效率的電源電壓。除了開關模式電源供應在電源供應上產生的高頻率噪音外，還有電話本身在其射頻(RF)功率放大器(PA)的電源週期間所產生的噪音。此功率放大器循環頻率會在音頻頻帶上發生，通常是在217Hz。
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| 圖3 混合訊號子系統具有良好的電源供應抑制比 |
這些噪音來源有時可能會嚴重降低行動電話的音訊品質。混合訊號音頻子系統的主要特點之一是對這些噪音的高抗噪能力。混合訊號音頻子系統的電源供應抑制比(PSRR)可在90分貝(dB)以上，將這些來源造成的噪音極小化。例如，圖3顯示一個混合訊號音頻子系統中，德州儀器(TI)LM49350耳機放大器的電源供應抑制比。這個裝置可在217Hz下電源供應抑制比達到95dB時運作，其在較高頻率下的音訊品質幾乎不受影響。
從系統的角度來看，使用高的電源供應抑制比可提供顯著的價值。混合訊號音頻子系統的類比電源供應可直接連接到電池，而數位電源供應可以直接從開關模式電源供應來源運作，以產生其他數位核心電壓。混合訊號音頻子系統並不需要額外的低壓差穩壓器(LDO)或被動式濾波器來消除噪音。
提供獨立耳機電源供應
可攜式媒體播放裝置最普遍的一項功能就是立體聲耳機的連接。使用標準的3.5毫米(mm)耳機插孔、專用的連接器，或改變型式的迷你通用序列匯流排(USB)與耳機連接。在這些情況下，耳機的阻抗一般約為32歐姆。對於一個採用真接地模式的耳機放大器，其充電泵浦產生負電源供應，只需1伏特輸入到32歐姆的振幅即可提供16毫瓦的功率。對大多數的使用者而言，16毫瓦會令人覺得聲音過大，所以實際需要的電壓會更低。
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| 圖4 降低耳機供應電壓即可減少功率耗損 |
而大多數耳機放大器都採用AB類，而AB類耳機放大器針對耳機提供獨立和較低的供應電壓，因此可以為其提供顯著的功率優勢。在圖4中的兩條曲線表示使用AB類輸出的單一通道和理想的放大器。只要將耳機的供應電源從3.3伏特降至1.8伏特，即可節省45%的功率消耗。
在理論上，雖然D類放大器將提供額外的省電效率，但需要LC輸出濾波器搭配，這將使得整體的設計體積變大而且也更昂貴。此外，未知的耳機線長度和負載阻抗使得濾波器的設計更為困難。
資料轉換器具備高SNR
高效能的資料轉換器是降低處理器和複雜度背後重要的一個元件。不巧的是，行動電話的基頻積體電路(IC)因為採用最新的製程技術才能在最小的尺寸和最低的功率條件下提供高效能的特性。雖然擁有這些好處，但也使得在基頻數位類比轉換器和類比數位轉換器(ADC)中維持高訊號雜訊比(SNR)更為困難。
如此將因為在行動電話中整合多項功能而導致性能明顯下降。如果只當作行動電話使用，就不會有太大的問題。不過，對許多人而言，行動電話也是他們的可攜式音樂播放器，如此會讓原本僅需符合電信品質的訊號雜訊比需求突然提升至高傳真度的需求，特別是在搭配高品質耳機使用時更明顯。
有人認為超過90dB的訊號雜訊比將會浪費其能力，但實際上並不正確。絕大多數可攜式多媒體播放器裝置上的音訊都起源於44.1kHz取樣、16位元解析度的CD品質，同時會使用如MP3等演算法進行壓縮，以使其解析度和傳真度降低。
然而，大多數耳機都具有足夠的靈敏度可在2毫瓦的環境下提供正常的聆聽水準。考慮到在40毫瓦或是更高的完整輸出功率下指定訊號雜訊比，設計者只會損失大約26dB的訊號雜訊比。
將數位類比轉換器移出基頻的另一項好處是，有可能將數位類比轉換器安置在更接近負載的地方。相對於類比訊號，數位訊號對於噪音具有高度的抗噪能力。混合訊號子系統毋需從基頻將數位類比轉換器布線到外部放大器，因此可排除此噪音的來源。
大幅縮短產品設計時程
混合訊號音頻子系統在分離式電路區塊的設計上提供許多引人注目的優點，這些優點包括節省空間、降低電力損耗、提升功能性及較高的效能。隨著消費者對可攜式產品結合所有最新功能的需求日益增加，系統設計者可以使用混合訊號音頻子系統來節省大量的設計時間。
(本文作者任職於德州儀器)