Sparsamer Audio-Codec

Wolfson Microelectronics stellt mit dem Baustein WM-8903 einen zweikanaligen Audio-Codec vor, der sparsam mit der Akkuladung von tragbaren Geräten umgeht.

Die bei Akkus mit 300 mAh übliche Standzeit von weniger als 30 Stunden steigt mit dem Wolfson-Baustein auf 40 Stunden.

Möglich macht das zum einen der »SmartDAC«, ein intelligenter D/A-Wandler, der nur 4,4 mW verbraucht und sich so programmieren lässt, dass ein flexibler Kompromiss zwischen Stromaufnahme und Wiedergabequalität möglich wird. Die andere Innovation ist der »Klasse-W-Betrieb«, der eine Fortentwicklung des Klasse-H-Betriebs ist.

»Für diesen optimierten Betrieb haben wir einen Regelungsalgorithmus entwickelt, der den Arbeitspunkt fast verzögerungsfrei an den aktuellen Pegel anpasst; der Zeitversatz beträgt nur wenige Abtastperioden«, sagt Wolfsons CTO Peter Frith, der auch auf ein fast vergessenes Paradoxon hinweist, das es zu berücksichtigen gab: »Wenn man die Versorgungsspannung halbiert, halbiert sich auch der Signal-Rausch-Abstand, es sei denn, man halbiert auch die Rauschspannung. Das wiederum ist aber nur möglich, indem man den Signalstrom steigert – genau das, was man eigentlich nicht will, wenn der Strom knapp ist! Der Regelungsalgorithmus für Klasse-W-Betrieb erlaubt dem Entwickler deshalb, den Arbeitspunkt je nach Bedarf zu optimieren.«

Implementiert haben die Wolfson-Entwickler u.a. eine adaptive Ladungspumpe, die die Endstufe ständig mit optimierter Betriebsspannung versorgt. Diese ist symmetriert, so dass der Platz raubende Endkondensator entfallen kann. Damit der bei galvanischer Koppelung mögliche Offsetstrom nicht stört, überwacht die Schaltung den Ausgang und eliminiert diese Komponente nahezu vollständig. Berücksichtigt haben die Entwickler auch, dass Audio-Endstufen fast immer chronisch unterlastet sind und deshalb ineffizient arbeiten: »Bei Unterhaltungsmusik liegt der Pegel fast immer zwischen –25 und –8 dB des Maximums, während er bei klassischer Musik überwiegend zwischen –10 dB und –55 dB schwankt«, verrät Frith.

Messungen der Akkustandzeit mit der Methode nach IEC-60268-5 (die ein Prüfsignal vorschreibt, das aus einem gefilterten Rosa Rauschen gewonnen wird und weitgehend dem Charakter von Musiksignalen entspricht) bestätigen laut Frith die Leistungssteigerung, die mit dem WM8903 möglich ist.

Neben der signifikanten Steigerung der Akkustandzeit kann der Entwickler auf zusätzliche nützliche Merkmale zurückgreifen: Erstens lässt sich der Baustein an Versorgungsspannungen ab 1,8 V betreiben, wobei er sehr unempfindlich gegen Spannungsschwankungen ist. Zweitens stellt Wolfson mit der Funktion »SilentSwitch« u.a. eine Stummschaltung und einen Sequencer mit programmierbaren Verzögerungszeiten zur Verfügung, der Einschaltgeräusche praktisch vollkommen eliminiert. Neben dem DAC enthält der Baustein auch einen ADC, der es ermöglicht, Signale aus einer analogen Quelle aufzuzeichnen, und in dem ein Dynamic Range Controller die Aufzeichnungsqualität optimiert. Ein Impuls-Rauschfilter trennt ferner ungewollte Störimpulse von steilen Signalflanken und verbessert so die Rauschunterdrückung.

Neben sechs Eingängen für analoge Mikrofone bietet der Baustein auch einen digitalen Anschluss für den Betrieb mit einem digitalen Mikrofon. Der Lautsprecherbetrieb wird durch mehrere Analogausgänge unterstützt, die sich an effiziente Verstärker der Klasse D anschließen lassen. Der Baustein ist in einem 40-poligen QFN-Gehäuse mit 5 mm Kantenlänge untergebracht, das 0,55 mm hoch ist. Muster sind bereits lieferbar. Der Anlauf der Serienfertigung ist für September 2008 geplant. Als Stückpreis für 10.000er-Abnahme gibt Wolfson 1,80 Dollar an.