出色的音頻功能已是手機的重要特征，尤其是在多媒體手機中，高質(zhì)量的音頻技術(shù)不可或缺。在音樂(lè )手機這類(lèi)多媒體手機中，D類(lèi)音頻放大器是最合適的方案，它具有效率高、發(fā)熱少、功耗低，電池使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)。而線(xiàn)性AB類(lèi)放大器則擁有低成本優(yōu)勢。但是不論是D類(lèi)功放，還是AB類(lèi)功放都需要貼近手機的實(shí)際應用。在實(shí)際應用中出現了很多需要解決的問(wèn)題，而只有解決了這些問(wèn)題才能使D類(lèi)功放真正得以大量推廣。本文討論了手機上常用的單聲道D類(lèi)功放容易出現的問(wèn)題，并介紹埃派克森小功率D類(lèi)功放A7013如何解決這些問(wèn)題。

增益變化過(guò)高導致喇叭損壞

手機上常用的單聲道D類(lèi)功放采用外接輸出電阻(如圖1)調節增益，由于增益誤差引起喇叭損壞，這個(gè)問(wèn)題已逐漸引起手機廠(chǎng)商的關(guān)注。近期，國內多家知名手機制造商均有反饋，在手機設計中采用大增益單聲道D類(lèi)功放，終端客戶(hù)大音量播放聲音，長(cháng)期使用有損壞喇叭的現象，即使更換了包括國外大廠(chǎng)在內的其他芯片，問(wèn)題仍沒(méi)有得到明顯改善。后來(lái)改用埃派克森微電子的D類(lèi)功放A7013，返修現象大幅下降近８０％。

眾所周知，半導體工藝很難獲得絕對值準確的電阻，通常使用的多晶硅電阻的絕對值變化率為±20％，而外部電阻相對來(lái)說(shuō)絕對值較為精準。因此當客戶(hù)使用大增益工作的時(shí)候，增益容易偏移出喇叭的最大功率范圍，從而引起喇叭損壞。而半導體工藝中很容易獲得電阻相對值匹配的精準，刻意匹配布局就能很容易達到0.1％的匹配精度，我們可以利用這一點(diǎn)來(lái)避免由于內部電阻偏移引起的增益偏移，具體方案如下：

圖1 傳統增益設置, 圖2 改進(jìn)后的增益設置

方案一：如圖2所示，在保證外部增益可控的同時(shí)，片內保留10k輸入電阻。(以下假設片外電阻不會(huì )有絕對值偏差)

假設如圖1中300k芯片內部電阻偏移20％，則增益會(huì )偏移20％，正常15倍的增益會(huì )偏移12到18倍，因此功率會(huì )超過(guò)額定功率。

Gainmax＝300×120％/20＝18＝15×(1＋20％)

Gainmin＝300×80％/20＝12＝15×(1－20％)

如果采用如圖2改進(jìn)后的增益設置，同樣假設300k電阻偏移20％，則內部10k電阻也會(huì )同比例偏移20%(由于匹配精度可以達到0.1％)。

Gainmax＝300×120％/(10+10×120％)＝16.36＝15×(1＋9.1％)

Gainmin＝300×80％/(10＋10×80％)＝13.33＝15×(1－11.1％)

所以改進(jìn)后的方案中，增益最大值偏移9.1％，增益最小值偏移11.1％，遠遠低于改進(jìn)前20％的偏移水平。

方案二：

通過(guò)犧牲芯片成品率的方式，將芯片篩選到電阻漂移10％，同樣改進(jìn)后的方法也會(huì )獲得更精準的增益上限，從而避免了手機廠(chǎng)商增益向大偏移而引起的喇叭損壞。

方案三：

產(chǎn)品也可以通過(guò)自動(dòng)增益控制(AGC)來(lái)實(shí)現，大功率時(shí)避免燒壞喇叭。但這種方案通常成本大大提高。

由此可見(jiàn)，對于D類(lèi)功放IC設計公司來(lái)說(shuō)，方案一不會(huì )增加成本，并且手機生產(chǎn)廠(chǎng)商在應用時(shí)，也可以避免由于增益偏移而使喇叭頻頻被損壞的現象。A7013結合了方案一和方案二的優(yōu)點(diǎn)，在同類(lèi)產(chǎn)品中唯一實(shí)現了成功而成熟的方案。

此外，針對喇叭損壞的問(wèn)題，通過(guò)研究手機喇叭的響應頻段可以發(fā)現，手機喇叭只能響應300Hz以上的頻段，這就導致300Hz以下頻段的功率都作為熱損耗掉了。改變輸入電容可以改變輸入信號帶寬，濾除不能被喇叭響應的頻段功率，從而降低了峰值功率，對喇叭的可靠性也有一定影響。

改善外部噪聲干擾

圖2中給出的方案對于改善噪聲干擾也有一定的優(yōu)勢。在圖1中，如果客戶(hù)布局不慎，在運放輸入端耦合微弱噪聲，則該噪聲會(huì )被以運放開(kāi)環(huán)增益(上萬(wàn)倍)的倍數放大，在喇叭中就會(huì )出現聽(tīng)得到的耦合噪聲。而采用圖2中的方案，只要芯片內部在運放輸入端做相應考慮，則在外部輸入引腳引入的微弱噪聲只能放大幾十倍，從而大大方便了客戶(hù)在這部分的布局。

改善功放音效

近年來(lái)人們對于D類(lèi)功放的通常印象是高電源效率和較差的音質(zhì)，針對D類(lèi)功放的音質(zhì)，業(yè)界一直有爭論。做到高電源效率的同時(shí)，又極大改善了D類(lèi)功放的失真，從而使得D類(lèi)功放在音質(zhì)和效率方面都獲得極大優(yōu)勢。