近年來(lái)，智能手機集成的功能越來(lái)越多。在基本的音頻放大應用方面，消費者對音頻質(zhì)量的要求也更苛刻。本文將重點(diǎn)探討智能手機的音頻放大器性能要求及相應的音頻放大解決方案。

數字輸入的音頻功放

目前各智能手機平臺的音源還是以模擬音源為主，技術(shù)相當成熟，都能提供高品質(zhì)的音源，主要問(wèn)題在于模擬音源在傳輸路徑上容易受到各種干擾，而產(chǎn)生雜音或噪聲。比如PCB上的噪聲耦合，或者空間輻射引起的TDD-Noise等。隨著(zhù)智能手機集成的功能越來(lái)越多，音頻的干擾源也會(huì )越多越復雜，模擬音源將難以勝任，數字音源會(huì )是將來(lái)的一個(gè)發(fā)展趨勢，比如I2S，PDM或PCM等數字音源，I2S格式應該會(huì )成為一個(gè)各平臺都支持的主流格式。 　

數字音源除了抗干擾能力強外，另一個(gè)巨大的優(yōu)勢是：在數字域很容易實(shí)現各種音效處理，比如音調控制，多段EQ，3D環(huán)繞聲等。而在模擬域實(shí)現這些功能的成本和難度幾乎是不可想象的。

目前艾為電子已開(kāi)始在該領(lǐng)域發(fā)力，將會(huì )適時(shí)推出具有數字音源輸入的功放產(chǎn)品，預計在一到兩年內將迎來(lái)爆發(fā)式增長(cháng)，逐漸取代模擬音源功放，同時(shí)一些國際大廠(chǎng)也紛紛進(jìn)入了該領(lǐng)域，搶占先機。

喇叭的發(fā)展趨勢

智能機上普遍采用金屬復合膜喇叭，以1115和1420兩種規格為主，其主要特點(diǎn)是低音好，靈敏度高，體積小，厚度薄，只有3mm，特別適合超薄機，其劣勢也比較明顯，額度功率偏小，才0.5W左右，容易燒毀；必須用帶有防破音功能的功放來(lái)驅動(dòng)，嚴格控制功放的輸出功率，對后音腔的體積和密閉性要求較高，結構設計難度大。

目前智能機的音量普遍偏下，喇叭的響度亟待提高，最直接的辦法是提高喇叭的額度功率，現在已經(jīng)有部分廠(chǎng)家率先推出了0.8W甚至1W的金屬復合膜喇叭，提高響度的另一個(gè)辦法是采用更好的膜片材料，提升喇叭的靈敏度，這樣相同功率的條件下也能大大提升喇叭的響度。

為智能機量身定制的音頻功放

艾為電子一直致力于為手機提供高性能的音頻解決方案。繼2009年推出首創(chuàng )的K類(lèi)功放以來(lái)，以超大音量為主要特點(diǎn)，獲得客戶(hù)的廣泛認可，迅速風(fēng)靡大江南北，后來(lái)又陸續推出第二代、第三代和第五代K類(lèi)功放，使得K類(lèi)功放技術(shù)更加成熟，產(chǎn)品性能更加完善，成為功能機時(shí)代的標配產(chǎn)品，以累計出貨3億顆。

目前智能機的音效還遠不能達到用戶(hù)的期望，普遍存在音量小，低音缺失或雜音等問(wèn)題。針對智能機音頻設計所面臨的種種挑戰，艾為推出了一款專(zhuān)為智能機量身定制的高效率，大音量，帶防破音功能的音頻功放：K6，采用首創(chuàng )的1.5X開(kāi)環(huán)電荷泵架構，其整體效率高達80%，可以大大延長(cháng)智能機的使用時(shí)間；K6提供0.8W，1W和1.2W三個(gè)功率等級供用戶(hù)選擇，匹配不同功率和尺寸的金屬膜喇叭，實(shí)現曼妙的音樂(lè )享受，防破音功能?chē)栏窨刂乒Ψ诺妮敵龉β�，在有效保護喇叭的情況下，實(shí)現音量的最大化；采用艾為具有專(zhuān)利的RNS（RFI TDD-Noise Suppression）技術(shù)和凈音技術(shù)，能有效抑制射頻輻射干擾導致的TDD-Noise問(wèn)題；K6采用纖小的2mm×2mm FC-16 封裝，FC-16是廣泛應用于射頻PA領(lǐng)域的一種高性能封裝形式，其特點(diǎn)是封裝電阻小，過(guò)電流能力強，散熱好，同樣特別適合于音頻功放類(lèi)產(chǎn)品的封裝。

圖1：K6的功能框圖。

1.5X開(kāi)環(huán)電荷泵

相對于傳統電荷泵結構而言，1.5X開(kāi)環(huán)電荷泵具有驅動(dòng)能力強，輸出電流大，效率高等優(yōu)點(diǎn)，傳統電荷泵的調整管工作在線(xiàn)性區，而1.5X開(kāi)環(huán)電荷泵沒(méi)有器件工作在該區域，全部工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，電荷泵自身消耗的功率很小，所以1.5X開(kāi)環(huán)電荷泵具有極高的效率，平均效率在85%以上，峰值效率能到95%。高達1.2MHz的工作頻率允許外圍采用小尺寸的電容；同時(shí)電荷泵具有過(guò)壓保護，重載限流，碰地保護等故障保護功能，保護芯片在異常情況下免于損壞。

圖2：1.5X開(kāi)環(huán)電荷泵工作原理

1.5X開(kāi)環(huán)電荷泵的工作分為兩個(gè)階段，在充電階段，給飛電容CF1和CF2充電，電荷存儲在飛電容在，在放電階段，兩個(gè)飛電容并聯(lián)后疊加在電源電壓上，從而實(shí)現升壓功能，輸出電壓為電源電壓的1.5倍。

防破音功能

音頻應用中，輸入信號過(guò)大或電池電壓下降等因素都會(huì )導致音頻放大器的輸出信號發(fā)生不希望的破音失真，并且過(guò)載的信號會(huì )對揚聲器造成永久性損傷。艾為獨特的防破音（NCN）功能可以通過(guò)檢測放大器的破音失真，自動(dòng)調整系統增益，使得輸出音頻信號保持圓潤光滑，不僅有效地避免了大功率過(guò)載輸出對喇叭的損壞，同時(shí)帶來(lái)舒適的聽(tīng)音感受。

圖3：防破音工作原理圖。

啟動(dòng)時(shí)間和釋放時(shí)間是防破音功能的兩個(gè)重要參數，直接影響防破音的效果。啟動(dòng)時(shí)間是指防破音功能從檢測發(fā)現輸出破音失真，到增益衰減-10dB所需要的時(shí)間。釋放時(shí)間是指防破音功能從檢測輸出不再破音失真，到增益恢復10dB所需要的時(shí)間。啟動(dòng)時(shí)間和釋放時(shí)間太小可能會(huì )帶來(lái)喘息聲的問(wèn)題；太大又可能會(huì )帶來(lái)破音或聲音發(fā)“悶”等問(wèn)題。K6針對手機等便攜式設備的音頻特點(diǎn)，啟動(dòng)時(shí)間設置為40ms，釋放時(shí)間設置為2s，有效地消除破音、保護喇叭，保持音樂(lè )的固有韻律，實(shí)現曼妙的音樂(lè )享受。

超強TDD抑制技術(shù)

TDD-Noise，俗稱(chēng)“電流聲”，TDD-Noise可以通過(guò)兩個(gè)途徑干擾到音頻電路，一個(gè)是電源線(xiàn)和地線(xiàn)的傳導干擾；一個(gè)是天線(xiàn)空間輻射干擾。K6集成兩大技術(shù)來(lái)抑制電流聲：RNS技術(shù)和凈音技術(shù)。

K6采用了獨創(chuàng )的完全對稱(chēng)的功放架構，芯片內部器件和走線(xiàn)是完全對稱(chēng)排布，同時(shí)對于功放敏感引腳看到的任何電路都采用RNS（RF TDD Noise Suppression）技術(shù)，不僅使射頻信號難以干擾到芯片內部，即使有極少量干擾信號進(jìn)入也會(huì )被完全對稱(chēng)的功放架構完全抵消。

圖4：RNS技術(shù)

地線(xiàn)傳導干擾導致的輸入TDD最難濾除，因為它會(huì )與輸入信號疊加在一起，所以建議在能采用差分輸入的平臺一定要使用差分輸入，且走線(xiàn)要平行對稱(chēng)。同時(shí)K6采用“凈音”技術(shù)可以有效濾除這種TDD Noise，建議只在免提通話(huà)模式下使用。

圖5：凈音技術(shù)

典型應用

K6的應用極其簡(jiǎn)潔，外圍只需少量的電阻電容，外圍器件要求盡可能靠近芯片引腳放置，K6有多個(gè)狀態(tài)供用戶(hù)選擇，采用一線(xiàn)脈沖控制，只需一個(gè)GPIO口。此外，纖小的2mm×2mm FC-16封裝具有寄生電阻小，過(guò)電流能力強，散熱好，占板面積小等優(yōu)點(diǎn)，特別適合應用于空間受限的智能機等便攜設備。

圖6: 典型應用圖。

本文總結

手機功能集成的越來(lái)越多，而體積又是向輕薄方面發(fā)展，板上留給音頻的空間越來(lái)越小，難以獲得好的音質(zhì)，艾為電子聯(lián)合主要喇叭廠(chǎng)商推出了一套完整的音頻解決方案，K6搭配大功率，高靈敏度的金屬復合膜喇叭將給智能機帶來(lái)震撼的音量和高保真的音質(zhì)，同時(shí)高達80%的整體效率，大大延長(cháng)智能機的使用時(shí)間，是智能機音頻設計的不二選擇。