便攜設(shè)備中的D類音頻功放電路設(shè)計(jì)

隨著能源的日益緊張，電子系統(tǒng)對(duì)于能效方面的要求也逐步提高，尤其是對(duì)于電池供電系統(tǒng)，其對(duì)功耗的要求更為苛刻。隨著手機(jī)、MP3/4等多媒體便攜設(shè)備的普及，音頻功放已經(jīng)成為音頻部分的標(biāo)準(zhǔn)配置。無(wú)論是系統(tǒng)工程師還是最終用戶都已經(jīng)不再滿足于響亮地播放個(gè)性化的音樂(lè)，繼而對(duì)音頻功放提出了更高的要求：消耗更少的電流以延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間，在整個(gè)音頻范圍內(nèi)提供完美音質(zhì)，良好的射頻抑制能力減小電流聲，穩(wěn)定的輸出功率以確保揚(yáng)聲器不受損壞。

未來(lái)，市場(chǎng)對(duì)于高效率的D類功率放大器的需求會(huì)逐步增加，D類放大器在便攜設(shè)備中的應(yīng)用具有非常廣闊的前景。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Gartner的報(bào)告：D類放大器在2006年至2011年之間的復(fù)合年成長(zhǎng)率將達(dá)15.6%，從3.34億美元成長(zhǎng)至6.88億美元，主要的成長(zhǎng)動(dòng)力來(lái)自便攜式裝置及空間受限的消費(fèi)性電子產(chǎn)品，手機(jī)市場(chǎng)是重要的增長(zhǎng)點(diǎn)。

本文介紹上海貝嶺開(kāi)發(fā)出的一款高效D類音頻功放BL6311，該產(chǎn)品應(yīng)用在手機(jī)等便攜式設(shè)備上，只需很少的外圍元件就可以提供一個(gè)完美的解決方案。

BL6311應(yīng)用原理圖

便攜設(shè)備對(duì)音頻功放的要求是體積小、外圍電路簡(jiǎn)單。BL6311可按照系統(tǒng)要求配置成單端輸入（圖1）和差分輸入（圖2）兩種使用方式。

圖1 BL6311單端輸入應(yīng)用原理圖

圖2 BL6311差分輸入應(yīng)用原理圖

BL6311的特點(diǎn)

1、高效節(jié)能

D類放大器與線形放大器（A類、B類、AB類）相比，在功效上有很大優(yōu)勢(shì)。對(duì)線形放大器而言，偏置元件和輸出管的線形工作方式會(huì)損耗大量功率，而D類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(dǎo)通阻抗、開(kāi)關(guān)損耗以及靜態(tài)電流，效率可達(dá)90%，無(wú)需散熱，從而延長(zhǎng)了便攜設(shè)備的電池使用時(shí)間和壽命。

2、RF噪聲抑制

手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理 (PDA) 和其它便攜式通信設(shè)備常常在條件惡劣而且噪聲相當(dāng)大的環(huán)境下工作，對(duì)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(diào)到音頻頻帶，這樣在揚(yáng)聲器的輸出端就會(huì)產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的電流聲。射頻信號(hào)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(duì)系統(tǒng)PCB和結(jié)構(gòu)的要求，將電流聲最小化，保證設(shè)備正常工作。一般10mV的輸出可以被人耳感覺(jué)到，而如圖3所示，當(dāng)電源電壓（VDD）上疊加了500mV的GSM信號(hào)，BL6311的輸出端（Vo）仍然得到了良好地抑制。

圖3 BL6311對(duì)電源端耦合進(jìn)來(lái)的GSM信號(hào)具有抑制作用。

3、極低的失真和噪聲

對(duì)于音頻功放而言，雖然所有的測(cè)試指標(biāo)都是以正弦波來(lái)衡量的，最終的評(píng)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類功放沒(méi)有失真，在可聽(tīng)波段沒(méi)有噪音且效率滿足100%。然而，實(shí)際的D類功放并不完美，會(huì)有失真和噪音，這是由于D類功放產(chǎn)生的失真開(kāi)關(guān)波形造成的，原因有以下幾點(diǎn)：

> PWM調(diào)制器由于采樣頻率限制和時(shí)間抖動(dòng)而導(dǎo)致PWM信號(hào)的非線性；

> 功率驅(qū)動(dòng)管的死區(qū)時(shí)間，導(dǎo)通時(shí)間，關(guān)斷時(shí)間，上升下降時(shí)間等；

> 開(kāi)關(guān)器件上的非理想特征，如導(dǎo)通電阻，有限的開(kāi)關(guān)速度及體二極管特征等；

> 寄生的雜散參數(shù)導(dǎo)致過(guò)度邊緣的震蕩；

> 輸出低通濾波器的非線性。

圖4 BL6311 THDN vs Frequency

BL6311很好地解決了上述問(wèn)題。圖4為THDN的掃頻曲線，由此可見(jiàn)，BL6311在整個(gè)音頻范圍內(nèi)具有較低的失真度，可以滿足便攜設(shè)備對(duì)音質(zhì)的要求。

由于BL6311具有高效率、低失真度以及較強(qiáng)的RF噪聲抑制能力，因而特別適合手機(jī)等便攜產(chǎn)品的應(yīng)用。圖5是BL6311在手機(jī)中的應(yīng)用方案框圖。

圖5 BL6311在手機(jī)中的應(yīng)用方案。