图1智能手机的音频放大应用示意图。扬声器放大器性能要.PDF

近年来，智能手机集成的功能越来越多，但在基本的音频放大应用方面，在继续优化性 能表现及用户音频体验方面仍有继续提升的空间。原因是智能手机存在着特殊的音频要求， 例如：智能手机存在基带/应用处理器、调频(FM)广播、蓝牙(耳机)等多种音频输入源；编 解码器(CODEC)可以集成在模拟基带中，也可独立存在；多数情况下最少是扬声器放大器 保持单独存在(不集成) ，从而提供足够输出功率；耳机放大器外置，配合高保真(Hi-Fi)音乐 播放。 本文将重点探讨智能手机的扬声器放大器及耳机放大器性能要求，介绍安森美半导体相 应的音频放大解决方案，以及集成了立体声耳机放大器、D 类扬声器放大器及I2C 控制的新 的音频子系统方案——音频管理集成电路(AMIC) 。 图1：智能手机的音频放大应用示意图。 扬声器放大器性能要求及解决方案 对于智能手机而言，期望的扬声器放大器应当提供低电磁干扰(EMI)，避免与智能手机 中的其它射频(RF) 电路产生干扰。就用户的实际应用而言，用户有时候会想要在公共场合进 行免提语音通话，有时候会想要带音频播放的视频观看。这就要求扬声器放大器提供具有高 识别度的输出音量，同时提供低失真。此外，低噪声也是所期望的扬声器放大器提供的重要 特性。具体而言，这就要求扬声器放大器具有高电源抑制比(PSRR)，从而抑制GSM 信号传 输期间电池电压波动产生的时分多址(TDMA)噪声；亦要求导通及关闭期间无爆破音(pop) 和嘀嗒音(click)噪声。 图2 ：降低EMI 的不同技术 要满足智能手机扬声器放大器的这些期望性能要求，D 类放大器是极佳选择。如D 类 放大器提供极低EMI ，避免与其它RF 电路产生干扰。实际上，D 类放大器将输入的模拟音 频信号转换为脉宽调制(PWM) 的脉冲信号，再以此脉冲信号控制开关器件来导通/关闭音频 功率放大器。对于智能手机应用而言，要降低音频输出段的EMI ，重要的是减少较高频率 的频谱部分。传统PWM 技术没有特定手段来应对。但要做到这一点，可以采用两种技术， 一是PWM 扩频调制(开关频率变化) ，一是带斜坡控制的PWM(延缓上升/下降时间) 。相比 较而言，斜坡控制技术比扩频调制技术在减少较高频率的频谱方面更为有效，更有利于降低 EMI 。 安森美半导体的NCP2824是一款2.8 W 单声道D 类放大器，采用斜坡控制技术来提供 低EMI 。此外，NCP2824藉单线(Single-Wire)接口提供可实时配置的自动增益控制(AGC)功 能。其自动增益控制功能包含两种模式，分别是不削波(non-clipping)和功率限制器模式。对 于扬声器放大器而言，在智能手机的电池电压很低条件下会出现削波，导致输出摆幅减小及 饱和。NCP2824 的自动增益控制“不削波”功能可以维持低失真，可以选择最大总谐波失真 (THD)阈值。另一方面，在高输出功率条件下会出现过高输出功率，致使输出摆幅减小及饱 和。功率限制器功能限制放大器的输出功率(可选择最大输出电压阈值) ，保护扬声器免受过 高音量导致的损伤。 图3：NCP2824支持不削波和功率限制器模式的自动增益控制 除了具有低EMI 和低失真，NCP2824在音频放大器的其它关键性能指标上也表现极佳。 例如，这器件具有达95 dB 的优异信噪比(SNR)性能，提供极佳的音频表现。此外，NCP2824 也具有极佳的电源抑制比(PSSR)，217 Hz 频率时PSSR 为-72 dB 。NCP2824还提供高达92% 的能效，有助于延长便携设备电池使用时间。这器件采用2.5 V 至5.5 V 电压工作，支持全差 分输入(从而消除输入耦合电容) ，仅须使用1颗外部电容。这器件还提供短路保护电路，用 于智能手机及移动互联网设备(MID)、导航设备、便携游戏机及便携式媒体播放器等应用。 耳机放大器性能要求及解决方案 智能手机用户期望通过耳机欣赏具有高保真(Hi-Fi) 品质的音乐播放，这就要求耳机放大 器具有低失真。由于耳机接近人耳，直接影响用户的听觉体验，故耳机放大器须无可听噪声， 此特性对于耳机放大器的重要性比对于扬声器放大器的重要性更高。此外，耳机放大器也要 求具有高能效，帮助延长音乐播放时间。 为了满足消费者对耳机音频质量更高的要求，智能手机等便携消费类设备需要高质量的 立体声耳机放大器。而设计人员在设计立体声耳机放大器输出段时，需要从电容耦合及真实