安森美半導(dǎo)體的音頻放大器方案

　　近年來，智能手機(jī)集成的功能越來越多，但在基本的音頻放大應(yīng)用方面，在繼續(xù)優(yōu)化性能表現(xiàn)及用戶音頻體驗(yàn)方面仍有繼續(xù)提升的空間。原因是智能手機(jī)存在著特殊的音頻要求，例如：智能手機(jī)存在基帶/應(yīng)用處理器、調(diào)頻(FM)廣播、藍(lán)牙(耳機(jī))等多種音頻輸入源;編解碼器(CODEC)可以集成在模擬基帶中，也可獨(dú)立存在;多數(shù)情況下最少是揚(yáng)聲器放大器保持單獨(dú)存在(不集成)，從而提供足夠輸出功率，耳機(jī)放大器外置，配合高保真(Hi-Fi)音樂播放。

　　本文將重點(diǎn)探討智能手機(jī)的揚(yáng)聲器放大器及耳機(jī)放大器性能要求，介紹安森美半導(dǎo)體相應(yīng)的音頻放大解決方案，以及集成了立體聲耳機(jī)放大器、D類揚(yáng)聲器放大器及I2C控制的新的音頻子系統(tǒng)方案——音頻管理集成電路(AMIC)。

　　圖1：智能手機(jī)的音頻放大應(yīng)用示意圖。

　　揚(yáng)聲器放大器性能要求及解決方案

　　對于智能手機(jī)而言，期望的揚(yáng)聲器放大器應(yīng)當(dāng)提供低電磁干擾(EMI)，避免與智能手機(jī)中的其它射頻(RF)電路產(chǎn)生干擾。就用戶的實(shí)際應(yīng)用而言，用戶有時(shí)候會(huì)想要在公共場合進(jìn)行免提語音通話，有時(shí)候會(huì)想要帶音頻播放的視頻觀看。這就要求揚(yáng)聲器放大器提供具有高識(shí)別度的輸出音量，同時(shí)提供低失真。此外，低噪聲也是所期望的揚(yáng)聲器放大器提供的重要特性。具體而言，這就要求揚(yáng)聲器放大器具有高電源抑制比(PSRR)，從而抑制GSM信號(hào)傳輸期間電池電壓波動(dòng)產(chǎn)生的時(shí)分多址(TDMA)噪聲;亦要求導(dǎo)通及關(guān)閉期間無爆破音(pop)和嘀嗒音(click)噪聲。

　　圖2：降低EMI的不同技術(shù)

　　要滿足智能手機(jī)揚(yáng)聲器放大器的這些期望性能要求，D類放大器是極佳選擇。如D類放大器提供極低EMI，避免與其它RF電路產(chǎn)生干擾。實(shí)際上，D類放大器將輸入的模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制(PWM)的脈沖信號(hào)，再以此脈沖信號(hào)控制開關(guān)器件來導(dǎo)通/關(guān)閉音頻功率放大器。對于智能手機(jī)應(yīng)用而言，要降低音頻輸出段的EMI，重要的是減少較高頻率的頻譜部分。傳統(tǒng)PWM技術(shù)沒有特定手段來應(yīng)對。但要做到這一點(diǎn)，可以采用兩種技術(shù)，一是PWM擴(kuò)頻調(diào)制(開關(guān)頻率變化)，一是帶斜坡控制的PWM(延緩上升/下降時(shí)間)。相比較而言，斜坡控制技術(shù)比擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)在減少較高頻率的頻譜方面更為有效，更有利于降低EMI。

　　安森美半導(dǎo)體的NCP2824 是一款2.8 W單聲道D類放大器，采用斜坡控制技術(shù)來提供低EMI。此外，NCP2824藉單線(Single-Wire)接口提供可實(shí)時(shí)配置的自動(dòng)增益控制(AGC)功能。其自動(dòng)增益控制功能包含兩種模式，分別是不削波(non-clipping)和功率限制器模式。對于揚(yáng)聲器放大器而言，在智能手機(jī)的電池電壓很低條件下會(huì)出現(xiàn)削波，導(dǎo)致輸出擺幅減小及飽和。NCP2824的自動(dòng)增益控制“不削波”功能可以維持低失真，可以選擇最大總諧波失真(THD)閾值。另一方面，在高輸出功率條件下會(huì)出現(xiàn)過高輸出功率，致使輸出擺幅減小及飽和。功率限制器功能限制放大器的輸出功率(可選擇最大輸出電壓閾值)，保護(hù)揚(yáng)聲器免受過高音量導(dǎo)致的損傷。

　　圖3：NCP2824支持不削波和功率限制器模式的自動(dòng)增益控制

　　除了具有低EMI和低失真，NCP2824在音頻放大器的其它關(guān)鍵性能指標(biāo)上也表現(xiàn)極佳。例如，這器件具有達(dá)95 dB的優(yōu)異信噪比(SNR)性能，提供極佳的音頻表現(xiàn)。此外，NCP2824也具有極佳的電源抑制比(PSSR)，217 Hz頻率時(shí)PSSR為-72 dB。NCP2824還提供高達(dá)92%的能效，有助于延長便攜設(shè)備電池使用時(shí)間。這器件采用2.5 V至5.5 V電壓工作，支持全差分輸入(從而消除輸入耦合電容)，僅須使用1顆外部電容。這器件還提供短路保護(hù)電路，用于智能手機(jī)及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(MID)、導(dǎo)航設(shè)備、便攜游戲機(jī)及便攜式媒體播放器等應(yīng)用。