TI高性能音頻運(yùn)算放大器OPA1622的設(shè)計(jì)技巧

“TI音頻運(yùn)算放大器有很長(zhǎng)的歷史，例如30多年前的OPA2604、2134，之后有OPA627，近幾年出現(xiàn)了主打Hi-Fi功能的OPA1612。OPA1612目前是流行產(chǎn)品，2015年中國(guó)市場(chǎng)上很多做Hi-Fi智能手機(jī)、智能平板、播放器、智能耳放的廠家使用了它。TI高精度運(yùn)算放大器產(chǎn)品線市場(chǎng)工程師周穎稱。“不過，TI工程師發(fā)現(xiàn)真正做Hi-Fi音樂的商家并不止步于OPA1612?！癘PA1622的產(chǎn)品失真率很低，但是驅(qū)動(dòng)能力不是很強(qiáng)。所以，很多方案都會(huì)用兩個(gè)芯片并聯(lián)來驅(qū)動(dòng)，很多客戶希望下一代產(chǎn)品能有更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力。另外希望有更低功耗，性能更高?！敝芊f介紹了剛剛推出的音頻運(yùn)算放大器OPA1622及其性能改良方法。

OPA1622提升了專業(yè)和便攜式音頻的性能

　　OPA1622是TI Burr-Brown? Audio產(chǎn)品線家族中的新成員，也是OPA1612的升級(jí)產(chǎn)品。新的OPA1622提供高達(dá)150mW的高輸出功率，以及在10mW功率下-135dB的極低失真，從而為專業(yè)音頻設(shè)備提供高性能。OPA1622的小尺寸、低功耗和低失真可為頭戴式耳機(jī)放大器、智能手機(jī)、平板電腦和USB音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)等便攜式設(shè)備提供高保真音頻。

OPA1622的四個(gè)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)方法

　　1.如何提高音頻質(zhì)量。熟知音頻的人知道，總體諧波失真和噪聲(THD+Noise)是很重要的參數(shù)，很多音頻設(shè)計(jì)師調(diào)此參數(shù)來評(píng)測(cè)音頻質(zhì)量。當(dāng)負(fù)載為32Ω、輸出功率為10mW時(shí)，人耳可以聽到的范圍是0.1~10mW之間。之所以選擇32Ω，是因?yàn)槎鷻C(jī)阻抗是32Ω。在這兩個(gè)條件下， THD值是-135dB。如果把噪聲加進(jìn)去，又把輸出功率推到更高的層次，在輸出的最大功率為150mW功率的條件下， THD+N值是-118.7dB。

　　這是如何實(shí)現(xiàn)的呢?具體地，圖1是該產(chǎn)品一個(gè)通道原理圖，深色表示的是兩級(jí)放大器，一個(gè)是輸入級(jí)，一個(gè)是輸出級(jí)。之所以這款產(chǎn)品把音頻質(zhì)量推向了更高，關(guān)鍵是輸入和輸出特別的設(shè)計(jì)。這給運(yùn)放帶來的優(yōu)勢(shì)有三點(diǎn)：首先運(yùn)放有非常高的開環(huán)增益AOL，高開環(huán)增益意味著低輸入失真，這就表示運(yùn)放的輸出失真也很低。其次它的輸入級(jí)是單輸入級(jí)，大多數(shù)傳統(tǒng)運(yùn)放輸入級(jí)都不是單輸入級(jí)，例如OPA1612是雙輸入級(jí)，因此所消耗的功耗會(huì)較多。再有輸出級(jí)專門為了改進(jìn)驅(qū)動(dòng)能力做了特別設(shè)計(jì)。

　　2.優(yōu)化高保真便攜式音頻設(shè)備。方法是提高電源抑制比。電源抑制比(PSRR)是指產(chǎn)品功放對(duì)電源帶進(jìn)來的噪聲或不想要的信號(hào)的抑制能力。電源抑制比越高，不想要的信號(hào)便會(huì)更多更強(qiáng)地被抑制，最終得到的信號(hào)就會(huì)更干凈。OPA1622有個(gè)特別的引腳(GND)，它和芯片內(nèi)部的補(bǔ)償電容直接相連(圖2)。

　　3.消除了爆破音。這是因?yàn)镺PA1622有個(gè)使能引腳，可以使OPA1622在低功耗或者正常水平時(shí)操作。低功耗時(shí)也就是它的功耗小于5mA時(shí)，它基本是關(guān)閉的。因此客戶可以讓運(yùn)放工作在完全關(guān)閉或開啟的狀態(tài)，進(jìn)行使能控制。“由于這款產(chǎn)品內(nèi)部有這個(gè)特別的設(shè)計(jì)，當(dāng)運(yùn)放通過使能端開啟或關(guān)閉時(shí)是聽不到爆破音的?！爱?dāng)用戶戴著耳機(jī)，把運(yùn)放關(guān)閉和開啟時(shí)會(huì)聽到短暫的聲音，因?yàn)槟菚r(shí)候電頻不一樣，用戶會(huì)聽到瞬變音，而TI內(nèi)部則做了專門的設(shè)計(jì)把這個(gè)聲音去掉了?！敝芊f指出。

　　4.獨(dú)特的引腳分配簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，并提升了失真性能。TI芯片是由幾位不同的音頻人員設(shè)計(jì)的，他們都是音頻愛好者，經(jīng)常自己在家研究芯片。包括他們家里的音響設(shè)備都是自己用各種芯片做的。所以他們從追求高音質(zhì)的用戶角度出發(fā)，在芯片的布局布線上做了突破性的改進(jìn)——采用對(duì)稱的內(nèi)部布局(圖3右)，可減少內(nèi)部寄生現(xiàn)象，并消除高輸出功率和低頻段下的由于器件不對(duì)稱發(fā)熱引起的失真，因此使原來這種運(yùn)放因?yàn)槠骷陌l(fā)熱導(dǎo)致的失真不復(fù)存在。

本文來源于中國(guó)科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第2期第79頁(yè)，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。