利用CP2296實(shí)現全差分型替換傳統型AB類(lèi)音頻功率放大器

手持媒體播放設備中的揚聲器音頻功率放大器多為AB 類(lèi)放大器，分為傳統型和全差分型兩種架構。全差分型架構表現出更優(yōu)異的噪聲抑制能力，因此受到了越來(lái)越多用戶(hù)的歡迎。本文將給出一種全差分型替換傳統型AB 類(lèi)放大器的解決方案。

AB 類(lèi)揚聲器放大器

AB 類(lèi)揚聲器音頻功率放大器因其技術(shù)成熟，音頻性能優(yōu)異，應用簡(jiǎn)單，價(jià)格較低等
優(yōu)勢，一直在小功率音頻放大器市場(chǎng)中占據主流。手持設備中的揚聲器放大器，最大輸出功率在1W 左右（8. 負載），此類(lèi)放大器大都是BTL 橋接負載輸出，即無(wú)須耦合電容，輸出可直接與揚聲器連接。目前市場(chǎng)上的BTL 輸出的AB 類(lèi)音頻放大器主要有傳統型和全差分型兩種架構。

傳統型架構

將同相輸出端VO+引回經(jīng)過(guò)一級反相放大，得到反相輸出端VO-，一起作為BTL 輸出。

全差分型架構（Full differential）

完全對稱(chēng)的電路架構，輸入級、輸出級采用真正意義上的差分電路實(shí)現。

圖1 傳統型AB 類(lèi)放大器

圖2 全差分型AB 類(lèi)放大器

手機中的音頻噪聲

越來(lái)越多的手機具有音樂(lè )播放器的功能，相對其他音樂(lè )播放設備，手機應用對音頻放大器有著(zhù)更嚴格的要求，這主要是因為手機中電磁環(huán)境復雜，有可能產(chǎn)生各種音頻噪聲，影響用戶(hù)使用。

手機主板上，顯示屏、攝像頭、存儲器等設備的高速數據線(xiàn)，地址線(xiàn)縱橫交錯，再加上各種射頻信號線(xiàn)，都有可能對音頻放大器產(chǎn)生干擾，一旦音頻放大器拾取到這類(lèi)噪聲，經(jīng)過(guò)放大就有可能達到用戶(hù)能聽(tīng)到的程度。另一方面GSM 手機在與基站通信時(shí)，按分配的時(shí)隙發(fā)送數據，時(shí)隙間隔頻率為217Hz 。 由于射頻功率放大器在功率發(fā)射瞬間，要從電池上抽取很大的電流（峰值電流可達安培級），導致電源上出現很大的紋波，此紋波干擾（頻率為217Hz 左右）就會(huì )從電源進(jìn)入音頻放大器并在輸出上體現（多數應用中音頻放大器是電池直接供電的）。若此電源干擾達到一定程度，人耳將明顯察覺(jué)到 “嗡嗡”的噪音，此即所謂的TDD Noise（TDMA 的時(shí)隙噪聲）。

當手機發(fā)射功率等級（PCL）較高時(shí)，射頻功率放大器抽取的峰值電流更大，導致的
干擾也就更明顯。而在一些特定場(chǎng)合，“嗡嗡”噪聲可能會(huì )更容易被用戶(hù)聽(tīng)到。情況1：客戶(hù)選擇前奏舒緩的音樂(lè )作為來(lái)電鈴聲，且手機處于較高的PCL 等級（比如PCL=5，GSM900），恰巧某時(shí)刻有電話(huà)打入，鈴聲按最大音量播放，由于此時(shí)鈴聲響度低，“嗡嗡”噪聲就會(huì )相對明顯。情況2： 收取短信時(shí)的提示音由于發(fā)聲時(shí)間很短，很容易暴露背景“嗡嗡”噪聲。情況3：用戶(hù)在安靜環(huán)境中進(jìn)行免提通話(huà)，“嗡嗡”聲將顯得特別明顯，這種聲音引起用戶(hù)的反感，嚴重的甚至影響通話(huà)的正常進(jìn)行！

出于手機外形結構的限制，揚聲器可能被放置在距離手機天線(xiàn)很近的位置；或者揚聲器距離音頻放大器很遠，中間通過(guò)較長(cháng)的引線(xiàn)或者FPC 進(jìn)行連接；或者手機PCB 布局太緊湊，無(wú)法對音頻電路進(jìn)行較好的布線(xiàn)保護，以及放置噪聲抑制濾波元件。這些實(shí)際產(chǎn)品設計中很常見(jiàn)的限制都可能導致出現嚴重的射頻干擾，增加出現“嗡嗡”噪聲的可能性。

全差分型架構提供優(yōu)異的抗干擾能力

全差分結構的放大器，從輸入同相端和反相端望進(jìn)去的電路是完全對稱(chēng)的，因此提供了優(yōu)異的CMRR，PSRR，Click-POP 音抑制能力。PSRR 指標反映了放大器對電源噪聲的抑制能力，傳統架構的AB 類(lèi)放大器的PSRR 通常在-62dB 左右，而全差分型放大器則很容易的做到-80dB 或更優(yōu)的性能?？梢?jiàn)，全差分型放大器對射頻噪音抑制能力明顯優(yōu)于傳統AB 類(lèi)放大器。

采用傳統型架構的AB 類(lèi)放大器的產(chǎn)品中一旦出現了射頻噪聲（干擾的頻段可能為GSM900 ，也可能為DCS1800），在不更改布局布線(xiàn)的情況下，僅靠調節外部的幾個(gè)PF級電容元件電容元件，是很難抑制住噪聲的。因此越來(lái)越多的用戶(hù)從傳統AB 類(lèi)放大器轉而使用全差分型AB 類(lèi)放大器。依據很多用戶(hù)的使用經(jīng)驗，如果使用全差分型放大器，

遵循通常的音頻電路布局布線(xiàn)規則，通常無(wú)須再擔心干擾（包括射頻干擾）帶來(lái)的各種可聽(tīng)見(jiàn)的噪聲。這大大簡(jiǎn)化了系統設計，降低了風(fēng)險。

CP2296 兼容傳統架構AB 類(lèi)放大器

啟攀微電子（Chiphomer ）推出了一系列的全差分型AB 類(lèi)放大器產(chǎn)品，滿(mǎn)足不同的應用需求。CP2296 是啟攀微電子（Chiphomer ）的特色全差分型AB 類(lèi)放大器產(chǎn)品產(chǎn)品，其PSRR 可達－85dB 。CP2296 還提供CSP9 封裝，該封裝的產(chǎn)品可兼容替換市場(chǎng)上主流的傳統型架構的AB 類(lèi)功放。當用戶(hù)對傳統AB 類(lèi)放大器性能不滿(mǎn)意時(shí)，就有了一種嶄新的選擇――CP2296，無(wú)需重新設計PCB，即可享受全差分型AB 類(lèi)放大器的優(yōu)越性能。

圖3 CP2296 優(yōu)異的PSRR 抑制能力

CP2290是啟攀微電子（Chiphomer）設計的一款傳統型架構AB類(lèi)放大器，完全兼容 市場(chǎng)上主流的同類(lèi)廠(chǎng)商產(chǎn)品。以下給出CP2290和CP2296的兼容設計方案，該方案也 適用于與其他廠(chǎng)商的傳統型架構AB類(lèi)放大器產(chǎn)品進(jìn)行兼容設計。

差分輸入模式兼容設計
當音源提供差分信號時(shí)，CP2290/96工作在差分輸入模式，可按圖4來(lái)設計電路。
當使用CP2296時(shí)，將圖中兩個(gè)Rf電阻NC，（CP2296已經(jīng)內置了反饋電阻40Ω）。

當使用CP2290時(shí)，在圖中兩個(gè)Rf電阻處貼上20kΩ電阻。在使用CP2290時(shí)，建議固定Rf為20kΩ，通過(guò)調節Ri來(lái)改變增益。這樣將CP2290替換為CP2296時(shí)，增益仍然保持一致（無(wú)須更改Ri），軟件音量設置可以兼容?？梢?jiàn)，在此種工作模式下，可直接替換CP2290為CP2296，無(wú)需重新設計PCB。

圖4CP2296差分模式兼容傳統AB類(lèi)設計

單端輸入模式兼容設計

當音源只能提供單端信號時(shí)，CP2290/96工作在單端輸入模式下，可按圖5設計電
路。需要指出的是，即便在單端輸入模式下，全差分型仍然能提供比傳統AB類(lèi)放大器更優(yōu)異的性能。當使用CP2296時(shí)，將圖中RS，Rf兩電阻NC。當使用CP2290時(shí)，在圖中Rf處貼上20kΩ電阻，RS處貼上0Ω電阻，同時(shí)將同相端IN+處的Ri和Ci兩元件NC（圖5中紅圈處）。同上原因，固定Rf為20kΩ，通過(guò)調節IN-端的Ri來(lái)改變增益。

可見(jiàn)，在單端輸入模式下，只需要在原CP2290設計中增加一個(gè)用于選擇的0Ω電
阻RS，即可實(shí)現CP2290和CP2296的兼容設計，所帶來(lái)的改動(dòng)極小。

圖5CP2296單端模式兼容傳統AB類(lèi)設計

由以上兩種工作模式下的替換方案可以看出，CP2296可以非常方便的替換傳統AB類(lèi)放大器產(chǎn)品，采用的兼容替代方案十分簡(jiǎn)單，所帶來(lái)的改動(dòng)極?。ú罘州斎肽Ｊ较律踔翢o(wú)需改動(dòng)），卻能方便的讓用戶(hù)從傳統AB類(lèi)放大器切換為全差分型AB類(lèi)放大器。

小結

筆者建議用戶(hù)在新項目設計時(shí)使用全差分型AB類(lèi)音頻放大器，因為其提供更優(yōu)越的
抗干擾性能，大大降低了出現各類(lèi)射頻噪音的可能性，降低設計難度和風(fēng)險。如果出于其他考慮，仍然需要使用傳統AB類(lèi)音頻放大器。筆者建議仔細分析評估新產(chǎn)品中可能存在的種種干擾，特別是射頻干擾。在必要情況下，應該考慮采用全差分型與傳統AB類(lèi)放大器的兼容設計方案（如本文提到的CP2296），規避風(fēng)險。