利用小功率D類(lèi)方案A7013解決多媒體手機實(shí)際應用問(wèn)

　　出色的音頻功能已是手機的重要特征，尤其是在多媒體手機中，高質(zhì)量的音頻技術(shù)不可或缺。在音樂(lè )手機這類(lèi)多媒體手機中，D類(lèi)音頻放大器是最合適的方案，它具有效率高、發(fā)熱少、功耗低，電池使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)。而線(xiàn)性AB類(lèi)放大器則擁有低成本優(yōu)勢。但是不論是D類(lèi)功放，還是AB類(lèi)功放都需要貼近手機的實(shí)際應用。在實(shí)際應用中出現了很多需要解決的問(wèn)題，而只有解決了這些問(wèn)題才能使D類(lèi)功放真正得以大量推廣。本文討論了手機上常用的單聲道D類(lèi)功放容易出現的問(wèn)題，并介紹埃派克森小功率D類(lèi)功放A7013如何解決這些問(wèn)題。

　　增益變化過(guò)高導致喇叭損壞

　　手機上常用的單聲道D類(lèi)功放采用外接輸出電阻(如圖1)調節增益，由于增益誤差引起喇叭損壞，這個(gè)問(wèn)題已逐漸引起手機廠(chǎng)商的關(guān)注。近期，國內多家知名手機制造商均有反饋，在手機設計中采用大增益單聲道D類(lèi)功放，終端客戶(hù)大音量播放聲音，長(cháng)期使用有損壞喇叭的現象，即使更換了包括國外大廠(chǎng)在內的其他芯片，問(wèn)題仍沒(méi)有得到明顯改善。后來(lái)改用埃派克森微電子的D類(lèi)功放A7013，返修現象大幅下降近80%。

　　眾所周知，半導體工藝很難獲得絕對值準確的電阻，通常使用的多晶硅電阻的絕對值變化率為±20%，而外部電阻相對來(lái)說(shuō)絕對值較為精準。因此當客戶(hù)使用大增益工作的時(shí)候，增益容易偏移出喇叭的最大功率范圍，從而引起喇叭損壞。而半導體工藝中很容易獲得電阻相對值匹配的精準，刻意匹配布局就能很容易達到0.1%的匹配精度，我們可以利用這一點(diǎn)來(lái)避免由于內部電阻偏移引起的增益偏移，具體方案如下：

　　圖1 傳統增益設置, 圖2 改進(jìn)后的增益設置

　　方案一：如圖2所示，在保證外部增益可控的同時(shí)，片內保留10k輸入電阻。(以下假設片外電阻不會(huì )有絕對值偏差)

　　假設如圖1中300k芯片內部電阻偏移20%，則增益會(huì )偏移20%，正常15倍的增益會(huì )偏移12到18倍，因此功率會(huì )超過(guò)額定功率。

　　Gainmax=300×120%/20=18=15×(1+20%)

　　Gainmin=300×80%/20=12=15×(1-20%)

　　如果采用如圖2改進(jìn)后的增益設置，同樣假設300k電阻偏移20%，則內部10k電阻也會(huì )同比例偏移20%(由于匹配精度可以達到0.1%)。

　　Gainmax=300×120%/(10+10×120%)=16.36=15×(1+9.1%)

　　Gainmin=300×80%/(10+10×80%)=13.33=15×(1-11.1%)

　　所以改進(jìn)后的方案中，增益最大值偏移9.1%，增益最小值偏移11.1%，遠遠低于改進(jìn)前20%的偏移水平。

　　方案二：

　　通過(guò)犧牲芯片成品率的方式，將芯片篩選到電阻漂移10%，同樣改進(jìn)后的方法也會(huì )獲得更精準的增益上限，從而避免了手機廠(chǎng)商增益向大偏移而引起的喇叭損壞。

　　方案三：

　　產(chǎn)品也可以通過(guò)自動(dòng)增益控制(AGC)來(lái)實(shí)現，大功率時(shí)避免燒壞喇叭。但這種方案通常成本大大提高。

　　由此可見(jiàn)，對于D類(lèi)功放IC設計公司來(lái)說(shuō)，方案一不會(huì )增加成本，并且手機生產(chǎn)廠(chǎng)商在應用時(shí)，也可以避免由于增益偏移而使喇叭頻頻被損壞的現象。A7013結合了方案一和方案二的優(yōu)點(diǎn)，在同類(lèi)產(chǎn)品中唯一實(shí)現了成功而成熟的方案。

　　此外，針對喇叭損壞的問(wèn)題，通過(guò)研究手機喇叭的響應頻段可以發(fā)現，手機喇叭只能響應300Hz以上的頻段，這就導致300Hz以下頻段的功率都作為熱損耗掉了。改變輸入電容可以改變輸入信號帶寬，濾除不能被喇叭響應的頻段功率，從而降低了峰值功率，對喇叭的可靠性也有一定影響。

　　改善外部噪聲干擾

　　圖2中給出的方案對于改善噪聲干擾也有一定的優(yōu)勢。在圖1中，如果客戶(hù)布局不慎，在運放輸入端耦合微弱噪聲，則該噪聲會(huì )被以運放開(kāi)環(huán)增益(上萬(wàn)倍)的倍數放大，在喇叭中就會(huì )出現聽(tīng)得到的耦合噪聲。而采用圖2中的方案，只要芯片內部在運放輸入端做相應考慮，則在外部輸入引腳引入的微弱噪聲只能放大幾十倍，從而大大方便了客戶(hù)在這部分的布局。

　　改善功放音效

　　近年來(lái)人們對于D類(lèi)功放的通常印象是高電源效率和較差的音質(zhì)，針對D類(lèi)功放的音質(zhì)，業(yè)界一直有爭論，埃派克森A7013采用自主專(zhuān)利的增強反饋架構(EFS)改善D類(lèi)功放的音質(zhì)。做到高電源效率的同時(shí)，又極大改善了D類(lèi)功放的失真，從而使得D類(lèi)功放在音質(zhì)和效率方面都獲得極大優(yōu)勢。

　　如圖3和表1，可以看出EFS技術(shù)改善D類(lèi)功放失真的作用，在整個(gè)功率范圍內采用EFS技術(shù)的A7013失真均做到了最低;同時(shí)由于高功率THD+N的改善，A7013在1%以下失真的最大功率方面也有突出表現。

　　圖3 采用EFS方案對THD+N的改善。(圖中所引用數據均來(lái)自產(chǎn)品數據手冊)

　　表1 采用EFS方案其他性能的改善。(表中所引用數據均來(lái)自相應產(chǎn)品數據手冊)

　　本文小結

　　埃派克森D類(lèi)功放A7013在保持其高效率、低失真的同時(shí)，考慮了客戶(hù)具體應用中的問(wèn)題，在可靠性和性能方面提供了完善的解決方案。A7013 具有WCSP9和DFN8兩種封裝，已經(jīng)在手機設計廠(chǎng)商和品牌客戶(hù)中大量應用。