隨著(zhù)時(shí)間的推移，便攜式設備音頻放大電路的使用模型已經(jīng)得到了長(cháng)足的發(fā)展。例如：在蜂窩電話(huà)的主要功能還是簡(jiǎn)單地從靠近耳朵的揚聲器再現語(yǔ)音時(shí)，聽(tīng)筒僅需非常小的功率。另外，像總諧波失真（THD）、噪聲和信噪比（SNR）等音頻質(zhì)量也很少需要考慮。
語(yǔ)音一般由高峰值因數、低占空比的信號組成，因此，語(yǔ)音需要很低的平均功率，而在效率方面則無(wú)需多加考慮。由于射頻和顯示功能在蜂窩電話(huà)的總功耗中占主要部分，因此大多數效率問(wèn)題都涉及非音頻電子元器件。
但最近，蜂窩電話(huà)和其它便攜式電子產(chǎn)品都集成了聽(tīng)筒、耳機揚聲器和近場(chǎng)揚聲器（用于免提操作）。另外，再現音樂(lè )（MP3文件）和電影聲道也給音頻通道帶來(lái)了沉重的負擔。結果，音頻通道的功耗不再是枝節問(wèn)題，而是成為了功率泄漏的主要渠道。而且，低保真度的聲音再現也成為了過(guò)去時(shí)，如今的音頻傳輸要求100dB以上的信噪比和小于0.1%的總諧波失真。
耳機放大器
聲學(xué)音頻功率放大器一般分成兩種工作類(lèi)型：耳機放大器（HPA）和揚聲器放大器（SPA）。耳機放大器必須驅動(dòng)32Ω或16Ω揚聲器高達30mW，并且還要保持非常高的音頻質(zhì)量（典型值是105dB SNR，0.01%THD和20kHz帶寬）。不過(guò)，對耳機應用來(lái)說(shuō)，30mW是一個(gè)非常高的輸出功率，它高到足以使人感到疼痛。典型的收聽(tīng)電平在100μW至1mW之間。
在32Ω負載上產(chǎn)生30mW功率需要1.4V的峰值信號擺幅，同時(shí)，還要為IR壓降準備額外的余量。因此，通常使用±1.8V的供電電壓來(lái)達到30mW的輸出功率。
典型的耳機線(xiàn)纜包含3根：兩根分別用于左右驅動(dòng)信號，另一根則用于公共的返回地。此外，還可能需要增加其它線(xiàn)路用于音量控制、靜音或麥克風(fēng)輸出。在這樣的配置下，立體聲耳機放大器必須采用單端輸出。
但是如果供電采用單電壓軌，這將導致很大的直流偏置問(wèn)題。為了避免使用大的交流耦合電容，大多數耳機放大器采用分離電源供電，即通常用一個(gè)片上逆變電荷泵產(chǎn)生負電壓軌。
大多數耳機放大器采用線(xiàn)性放大器（例如：A/B類(lèi)輸出級的變體）來(lái)實(shí)現耳機放大器所要求的高品質(zhì)音頻性能。傳統的A/B類(lèi)放大器由A類(lèi)和B類(lèi)工作模式組成。這類(lèi)放大器一般設計為在低輸出功率時(shí)主要工作在A(yíng)類(lèi)。由于交越失真很小，所以A類(lèi)狀態(tài)可以提供最佳的音頻性能。
B類(lèi)工作模式在高輸出電平時(shí)生效，這時(shí)，它具有比A類(lèi)更高的效率。但是，B類(lèi)工作模式具有較高的交越失真�？傊�，A/B類(lèi)放大器可以取得非常低的總諧波失真，因為交越失真大部分可以由閉環(huán)反饋衰減掉。
在恒定供電條件下，A/B類(lèi)放大器效率正比于輸出電壓擺幅。為了挽回低輸出功率時(shí)的效率損失，可以使用“G類(lèi)工作模式”技術(shù)來(lái)降低低電平信號時(shí)的電壓軌值。
需要用一個(gè)電路來(lái)檢測輸入信號電平。如果該電平超過(guò)一個(gè)預先確定的門(mén)限值，就可以根據需要將電壓軌抬高到更高的值。大多數G類(lèi)放大器具有兩個(gè)電壓軌值：一個(gè)用于大信號擺幅的高軌值（VDD），以及一個(gè)用于低電平信號的只有VDD一小部分（如VDD的1/2）的低軌值。這樣，在滿(mǎn)刻度輸出功率1/4處的信號效率近似等于滿(mǎn)刻度功率信號時(shí)的效率。
G類(lèi)工作模式的一個(gè)變體被命名為“H類(lèi)工作模式”，此時(shí)供電軌隨著(zhù)峰值信號要求連續變化。這樣可以最大限度地提高所有信號電平點(diǎn)的效率。但由于電路設計和工藝限制的原因，H類(lèi)工作模式的最小電壓軌值是受限的。
一些制造商將術(shù)語(yǔ)“H類(lèi)”套用到實(shí)際上是工作在G類(lèi)的耳機放大器上。真正的H類(lèi)工作模式在目前的IC耳機放大器中幾乎很少見(jiàn)到。
揚聲器放大器
便攜式電子產(chǎn)品中的揚聲器放大器（用于免提和揚聲器話(huà)機工作等近場(chǎng)應用）通常需要驅動(dòng)8Ω或4Ω的揚聲器。典型的收聽(tīng)電平落在100至300mW范圍，但IC放大器通常能夠提供1至2.7W的平均輸出功率，峰值輸出則接近該電平的兩倍。
為了在8Ω負載上產(chǎn)生1.7W功率，揚聲器放大器必須向揚聲器負載提供5.2V峰值或約3.7V有效值的電壓�？紤]到IR壓降方面的余量，一個(gè)1.7W的揚聲器放大器一般使用5.5V的電壓軌。如果用更大的開(kāi)關(guān)可以實(shí)現更低的IR壓降，那么稍高于1.8W也有可能。這些輸出功率值具有1%的總諧波失真。在總諧波失真為10%時(shí)，可以產(chǎn)生更大的輸出功率。
一般來(lái)說(shuō)，在便攜式音頻產(chǎn)品中，近場(chǎng)揚聲器不會(huì )再現高質(zhì)量音頻。因此，揚聲器放大器通常無(wú)需達到耳機放大器的音頻性能。典型的音頻性能是全功率時(shí)1%的總諧波失真，10kHz帶寬和94dB信噪比。
與耳機放大器相比，效率對揚聲器放大器來(lái)說(shuō)是一個(gè)更加重要的因素，因為揚聲器放大器的功率電平要高得多。耳機放大器的效率一般低于50%--這并不算高，但與具有4.7Wh容量的電池相比卻是很小的功耗（對正常收聽(tīng)電平來(lái)說(shuō)約為電池容量的0.01%）。然而，工作在1W的揚聲器放大器同樣50%的功耗卻等于0.5W，或約為電池容量的10%.
D類(lèi)揚聲器放大器
耳機放大器和揚聲器放大器工作效率對比的重要性，是在一個(gè)或另一個(gè)收聽(tīng)模式中所花時(shí)間的函數。比方說(shuō)，蜂窩話(huà)機在揚聲器模式時(shí)會(huì )消耗更多的功率，因此效率就變得非常重要�？梢允褂镁�(xiàn)性放大器（如A/B類(lèi)）來(lái)驅動(dòng)揚聲器（過(guò)去經(jīng)常如此），但今天首選的揚聲器驅動(dòng)器卻是D類(lèi)放大器。D類(lèi)揚聲器放大器可以在很寬的輸出功率電平內保持高效率，而只有在功率電平低于全功率的1%至2%時(shí)，效率才開(kāi)始下降。
D類(lèi)放大器不是線(xiàn)性的，而是一種開(kāi)關(guān)放大器。在開(kāi)關(guān)放大器中，高頻載波（相對于音頻頻帶）會(huì )對音頻輸入信號進(jìn)行調制，一般從100kHz至1MHz.因此，輸出級可以被“數字”切換（軌到軌），從而將輸出功率器件置于開(kāi)（on）或關(guān)（off）狀態(tài)，這正是最高效率點(diǎn)。
開(kāi)關(guān)放大器通常配置在電橋模式，以差分方式驅動(dòng)揚聲器負載，這樣可以避免使用輸出交流耦合電容。因為電橋模式的放大器每個(gè)通道使用4個(gè)功率開(kāi)關(guān)，所以體積是單端輸出級放大器的兩倍。然而，在給定電壓軌條件下，電橋模式輸出級的輸出功率卻是單端放大器的4倍。
D類(lèi)放大器可以實(shí)現很高的效率，一般超過(guò)90%.但是使用這類(lèi)放大器也有缺點(diǎn)。因為音頻內容現在是調制過(guò)的信號，所以必須通過(guò)某種低通濾波器（LPF）解調后，才能驅動(dòng)揚聲器負載。不會(huì )造成效率損失或失真問(wèn)題的大功率LPF不僅體積大，而且價(jià)格昂貴，因此，在便攜式設備中無(wú)法使用。
然而，便攜式設備中的揚聲器本身就是一個(gè)LPF，它可以向典型的載頻提供高阻抗。在像蜂窩話(huà)機這樣的便攜式設備中，經(jīng)常將揚聲器用作LPF，并用它解調開(kāi)關(guān)放大器的輸出信號。有時(shí)，在D類(lèi)的輸出端串聯(lián)一些鐵氧體磁珠來(lái)減少大功率開(kāi)關(guān)輸出所產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）。由于揚聲器具有高阻抗，其調制信號僅耗散非常小的能量，因此能夠保持很好的效率。
但是當揚聲器放大器輸出和揚聲器負載之間使用長(cháng)線(xiàn)，并且沒(méi)有獨立的低通濾波器時(shí)，使用開(kāi)關(guān)放大器會(huì )帶來(lái)嚴重的EMI問(wèn)題�；谶@個(gè)原因，如果耳機位于長(cháng)線(xiàn)的末端，耳機放大器就不會(huì )使用D類(lèi)放大器。因此，D類(lèi)放大器應靠近揚聲器負載，以避免產(chǎn)生過(guò)多的電磁干擾輻射。
業(yè)界也經(jīng)常使用其它類(lèi)型的揚聲器放大器，但大多數是本文所述的線(xiàn)性和開(kāi)關(guān)模式放大器設計的變體。在現代便攜式電子產(chǎn)品中，對更高電池能量的需求與日俱增。用于視頻內容的高分辨率大型彩色顯示器，高分辨率相機和閃存，以及大功率音頻輸出都會(huì )影響電池壽命。為了延長(cháng)電池運行時(shí)間，提高音頻揚聲器放大器的效率隨即成為了重要的設計考慮因素。 |
