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摘要：随着锂电池的普及，越来越多的音响内置了电池。但由于市场竞争激烈，谁能在成本不变的前提下，提高音响的续航能力，哪怕一点点，都会在市场上占领先机。目前常见的提高续航的方法有增加电池容量、硬件动态调压等。增加电池容量会使得音响加重，不方便携带。硬件动态调压会提高音响的电子成本。本文介绍一种基于软件实现的动态调压方法，以实现在成本不变的前提下，提高音响的续航能力。
关键词：续航、音响、动态调压
1.硬件动态调压
硬件动态调压是指通过硬件电路来控制功放两端的供电电压，进而实现省电的目的。这种方法由于增加了硬件电路，所以成本有所增加。下图是TI公司提供的典型动态调压电路：
其中，J5 J6分别是模拟音频输出的左右声道，经过运放处理后，控制Q1BSS138的导通电流，以改变并在R2两端的阻值，进而改变VOUT的输出。
2.软件动态调压
软件调压的原理是将当前播放的音频文件的能量值计算出来，根据该能量值来调节功放供电电压，进而达到省电的目的。
2.1能量值计算
通过调节值，来改变Q（n） 的输出，进而控制输出电压。
2.2嵌入式平台实现框图
QCC5125是高通公司QCC5100系列芯片中的一员，是一款低功耗蓝牙soc，支持SBC、AAC、APTX adaptive等协议，可广泛应用于蓝牙音响、立体声TWS耳机、耳塞等产品开发。下图为芯片内部组织框图：
下图是基于QCC5125平台的动态调压实现：
（1）Audio Stream：来自外部的音频数据流，例如BT-A2dp、wifi流媒体、usb-audio、line-in、optical等。
（2）Audio Post Processing：包括EQ、DRC、虚拟环绕等音效。
（3）动态调压算法：根据当前的音频输入计算出能量值。
（4）Audio output：经过EQ、DRC、虚拟环绕等音效处理后的音频数据流。
（5）Power Amplifier：电压可调节的放大器。
（6）PWM output：根据计算的能量值实时调整GPIO的脉宽占空比，进而达到调整输出电压的目的。
2.3 算法运行平台要求
动态电压调整模块运算性能要求可以参考QC5125平台的性能：
QCC5125平台的DSP参数：
DSP RAM： 80kB （ P ） + 256kB （ D ）
DSP Technology： 1x Qualcomm? Kalimba? DSP， Configurable DSP
DSP Clock Speed： 1x 120 MHz DSP
3.测试方法
采用QCC5125蓝牙芯片作为主控，选用两款不同的DAC芯片，其中MA12070内部自带动态调压电路，TI3130不带动态调压电路，但在QCC5125端运行软件动态调压算法。
3.1测试平台介绍：
（1）平台1：QCC5125+TI3130
（2）平台2：QCC5125+Meruse MA12070
（3）电池都是 LG 18650 4.2v/2600mah 新电池。
（4）两个平台分别连接相同型号的手机OPPO A53;
（5）两个平台循环播放同一播放列表。
3.2测试步骤
（1）测试前，两平台都是用4欧姆电阻负载，播放0db正弦波，调整音量使负载端测得5W RMS功率;
（2）两平台在各自標定5W输出的音量下，开始循环播放10首混合风格的测试歌曲;
（3）测试从电池4.2v掉到3.0v结束，统计播放时长;
（4）两平台设计峰值功率20W，功放最高供电电压14V，meruse功放自带4段电压调制，标称高效省电，merus固定14V供电。TI使用动态电压供电。
3.3测试结果
由此可见，同样的测试条件下，merus播放（紫色曲线）从11：54持续到了15：54。而运行了动态调压算法的TI平台，播放（黄色曲线）从11：54持续到了18：40。
4.总结
本文实现了一种软件动态调压的算法，进而提高了带电池音响的续航能力，无需增加额外的成本。只要能计算出音频文件的能量值，就可以实现控制，对主芯片的占用资源很少，可适用于蓝牙音响、智能语音音响等便携式个人消费类产品。
参考文献：
[1] 王利军，詹克团.可动态调压的DC-DC转换电路。CN201711455399.2
[2] 张松涛，一种动态调节输出电压的Buck电路及动态调节方法。CN112350575
作者简介：
姓名：耿海飞 出生年：1985-7-23 性别：男 籍贯：山西省晋中市 民族：汉
职称：资深工程师 学历：华南理工大学硕士 研究方向： 嵌入式系统集成
国光电器股份有限公司
关键词：续航、音响、动态调压
1.硬件动态调压
硬件动态调压是指通过硬件电路来控制功放两端的供电电压，进而实现省电的目的。这种方法由于增加了硬件电路，所以成本有所增加。下图是TI公司提供的典型动态调压电路：
其中，J5 J6分别是模拟音频输出的左右声道，经过运放处理后，控制Q1BSS138的导通电流，以改变并在R2两端的阻值，进而改变VOUT的输出。
2.软件动态调压
软件调压的原理是将当前播放的音频文件的能量值计算出来，根据该能量值来调节功放供电电压，进而达到省电的目的。
2.1能量值计算
通过调节值，来改变Q（n） 的输出，进而控制输出电压。
2.2嵌入式平台实现框图
QCC5125是高通公司QCC5100系列芯片中的一员，是一款低功耗蓝牙soc，支持SBC、AAC、APTX adaptive等协议，可广泛应用于蓝牙音响、立体声TWS耳机、耳塞等产品开发。下图为芯片内部组织框图：
下图是基于QCC5125平台的动态调压实现：
（1）Audio Stream：来自外部的音频数据流，例如BT-A2dp、wifi流媒体、usb-audio、line-in、optical等。
（2）Audio Post Processing：包括EQ、DRC、虚拟环绕等音效。
（3）动态调压算法：根据当前的音频输入计算出能量值。
（4）Audio output：经过EQ、DRC、虚拟环绕等音效处理后的音频数据流。
（5）Power Amplifier：电压可调节的放大器。
（6）PWM output：根据计算的能量值实时调整GPIO的脉宽占空比，进而达到调整输出电压的目的。
2.3 算法运行平台要求
动态电压调整模块运算性能要求可以参考QC5125平台的性能：
QCC5125平台的DSP参数：
DSP RAM： 80kB （ P ） + 256kB （ D ）
DSP Technology： 1x Qualcomm? Kalimba? DSP， Configurable DSP
DSP Clock Speed： 1x 120 MHz DSP
3.测试方法
采用QCC5125蓝牙芯片作为主控，选用两款不同的DAC芯片，其中MA12070内部自带动态调压电路，TI3130不带动态调压电路，但在QCC5125端运行软件动态调压算法。
3.1测试平台介绍：
（1）平台1：QCC5125+TI3130
（2）平台2：QCC5125+Meruse MA12070
（3）电池都是 LG 18650 4.2v/2600mah 新电池。
（4）两个平台分别连接相同型号的手机OPPO A53;
（5）两个平台循环播放同一播放列表。
3.2测试步骤
（1）测试前，两平台都是用4欧姆电阻负载，播放0db正弦波，调整音量使负载端测得5W RMS功率;
（2）两平台在各自標定5W输出的音量下，开始循环播放10首混合风格的测试歌曲;
（3）测试从电池4.2v掉到3.0v结束，统计播放时长;
（4）两平台设计峰值功率20W，功放最高供电电压14V，meruse功放自带4段电压调制，标称高效省电，merus固定14V供电。TI使用动态电压供电。
3.3测试结果
由此可见，同样的测试条件下，merus播放（紫色曲线）从11：54持续到了15：54。而运行了动态调压算法的TI平台，播放（黄色曲线）从11：54持续到了18：40。
4.总结
本文实现了一种软件动态调压的算法，进而提高了带电池音响的续航能力，无需增加额外的成本。只要能计算出音频文件的能量值，就可以实现控制，对主芯片的占用资源很少，可适用于蓝牙音响、智能语音音响等便携式个人消费类产品。
参考文献：
[1] 王利军，詹克团.可动态调压的DC-DC转换电路。CN201711455399.2
[2] 张松涛，一种动态调节输出电压的Buck电路及动态调节方法。CN112350575
作者简介：
姓名：耿海飞 出生年：1985-7-23 性别：男 籍贯：山西省晋中市 民族：汉
职称：资深工程师 学历：华南理工大学硕士 研究方向： 嵌入式系统集成
国光电器股份有限公司