引言:手機等便攜多媒體終端的消費者們終于厭倦了僅僅是聲音夠大,他們開(kāi)始渴望更優(yōu)雅、更完美的音頻性能,為你的設計選擇一款足夠棒的D類(lèi)音頻功放,滿(mǎn)足他們!
隨著(zhù)手機、MP3/4等多媒體便攜設備的普及,僅僅能夠響亮地播放音樂(lè )已不能完全滿(mǎn)足消費者的需求,設計師需要采用滿(mǎn)足更高性能要求的音頻功放。這些要求包括:具備良好的POP聲抑制電路以減小開(kāi)關(guān)機時(shí)出現的POP噪聲,具備更高的工作效率以延長(cháng)電池的使用時(shí)間,能夠在整個(gè)音頻范圍內提供完美音質(zhì),以及擁有良好的射頻抑制能力以消除手機免提通話(huà)過(guò)程中出現的“嗡嗡”聲。D類(lèi)音頻功放被越來(lái)越多地用于手機等便攜式設備當中,并不例外,在為這些設備選擇D類(lèi)音頻功放時(shí)也要滿(mǎn)足這些要求。 D類(lèi)功放原理框圖如圖1所示

圖1
便攜設備對音頻功放的要求是體積小,外圍簡(jiǎn)單,并可按系統要求配置成單端輸入和差分輸入兩種使用方式。
便攜設備對D類(lèi)音頻功放的性能要求
根據市場(chǎng)調研機構Gartner的報告,D類(lèi)放大器在2006年至2011年之間的復合年成長(cháng)率將達到15.6%,市場(chǎng)規模從3.34億美元成長(cháng)至6.88億美元,主要成長(cháng)動(dòng)力來(lái)自便攜式裝置及空間受限的消費性電子產(chǎn)品,手機市場(chǎng)是重要增長(cháng)點(diǎn)。未來(lái),市場(chǎng)對于高效率D類(lèi)功率放大器的需求會(huì )逐步增加,D類(lèi)放大器在以手機為代表的便攜設備中具有非常廣闊的應用前景。但手機等便攜設備對D類(lèi)音頻功放也提出了以下性能要求,值得多媒體便攜系統設計師在器件選型時(shí)參考。
1.最大不失真功率
國內市場(chǎng)對音頻功放的最大不失真功率要求很高,以手機為例,一般要求D類(lèi)功放做到在5V供電,THDN<1%,負載為4歐姆的情況下,功率能夠達到3W以上。
2.極低的開(kāi)關(guān)機POP聲
音頻功放在開(kāi)關(guān)機瞬間,以及上電穩定后音頻功放的啟動(dòng)和待機操作瞬間,比較容易產(chǎn)生大的POP聲,為了抑制這種噪聲,音頻功放內部需要對開(kāi)關(guān)機過(guò)程進(jìn)行特別的處理。
3.高效節能
D類(lèi)放大器與線(xiàn)形放大器(AB類(lèi)等)相比,在功效上有很大優(yōu)勢。對線(xiàn)形放大器而言,偏置元件和輸出管的線(xiàn)形工作方式會(huì )損耗大量功率,而D類(lèi)放大器的輸出管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),功耗主要來(lái)自輸出管的導通阻抗、開(kāi)關(guān)損耗以及靜態(tài)電流,效率可達90%,無(wú)須散熱,延長(cháng)了便攜設備的電池使用時(shí)間和壽命。
4.RF噪聲抑制
手機、PDA和其它便攜式通信設備常常在條件惡劣而且噪聲相當大的環(huán)境下工作,對于沒(méi)有解決RF干擾的音頻放大器,會(huì )將RF載波信息解調到音頻頻帶,這樣在揚聲器的輸出端就會(huì )產(chǎn)生不希望出現的“嗡嗡”聲。射頻信號會(huì )耦合到放大器的電源、輸入端以及輸出端,放大器良好的PSRR和CMRR可以降低對系統PCB和結構的要求,抑制不希望出現的電流聲,保證設備正常工作。一般10mV輸出可以被人耳感覺(jué)到,當電源電壓上疊加了500mV的GSM信號,D類(lèi)功放需要對其進(jìn)行抑制,效果如圖2。

圖2
5. 極低的失真和噪聲
對于音頻功放而言,雖然所有的測試指標都是以正弦波來(lái)衡量的,最終的評判者還是優(yōu)美流暢的音樂(lè )。優(yōu)美的音色取決于較小的諧波失真和噪聲,理想的D類(lèi)功放沒(méi)有失真,在可聽(tīng)波段沒(méi)有噪音且效率滿(mǎn)足100%。然而,實(shí)際的D類(lèi)功放并不完美,會(huì )有失真和噪音,這是由于D類(lèi)功放產(chǎn)生的失真開(kāi)關(guān)波形造成的。
原因有以下幾點(diǎn):
1)PWM調制器由于采樣頻率限制和時(shí)間抖動(dòng)而導致PWM信號的非線(xiàn)性;
2)功率驅動(dòng)管存在死區時(shí)間、導通時(shí)間、關(guān)斷時(shí)間以及上升下降時(shí)間等;
3)開(kāi)關(guān)器件上的非理想特征,如導通電阻、有限的開(kāi)關(guān)速度及體二極管特征等;
4)寄生的雜散參數導致過(guò)度邊緣的震蕩;
5)輸出低通濾波器的非線(xiàn)性。
D類(lèi)功放需要很好地解決這些問(wèn)題,D類(lèi)功放需要在整個(gè)音頻范圍內具有較低的失真度,以滿(mǎn)足便攜設備對音質(zhì)的要求。
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