TI高性能音頻運算放大器OPA1622的設計技巧

“TI音頻運算放大器有很長(cháng)的歷史，例如30多年前的OPA2604、2134，之后有OPA627，近幾年出現了主打Hi-Fi功能的OPA1612。OPA1612目前是流行產(chǎn)品，2015年中國市場(chǎng)上很多做Hi-Fi智能手機、智能平板、播放器、智能耳放的廠(chǎng)家使用了它。TI高精度運算放大器產(chǎn)品線(xiàn)市場(chǎng)工程師周穎稱(chēng)?！安贿^(guò)，TI工程師發(fā)現真正做Hi-Fi音樂(lè )的商家并不止步于OPA1612?！癘PA1622的產(chǎn)品失真率很低，但是驅動(dòng)能力不是很強。所以，很多方案都會(huì )用兩個(gè)芯片并聯(lián)來(lái)驅動(dòng)，很多客戶(hù)希望下一代產(chǎn)品能有更強的驅動(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算放大器OPA1622及其性能改良方法。

OPA1622提升了專(zhuān)業(yè)和便攜式音頻的性能

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

OPA1622的四個(gè)特點(diǎn)及設計方法

　　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，很多音頻設計師調此參數來(lái)評測音頻質(zhì)量。當負載為32Ω、輸出功率為10mW時(shí)，人耳可以聽(tīng)到的范圍是0.1~10mW之間。之所以選擇32Ω，是因為耳機阻抗是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，深色表示的是兩級放大器，一個(gè)是輸入級，一個(gè)是輸出級。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計。這給運放帶來(lái)的優(yōu)勢有三點(diǎn)：首先運放有非常高的開(kāi)環(huán)增益AOL，高開(kāi)環(huán)增益意味著(zhù)低輸入失真，這就表示運放的輸出失真也很低。其次它的輸入級是單輸入級，大多數傳統運放輸入級都不是單輸入級，例如OPA1612是雙輸入級，因此所消耗的功耗會(huì )較多。再有輸出級專(zhuān)門(mén)為了改進(jìn)驅動(dòng)能力做了特別設計。

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

　　3.消除了爆破音。這是因為OPA1622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(hù)可以讓運放工作在完全關(guān)閉或開(kāi)啟的狀態(tài)，進(jìn)行使能控制?！坝捎谶@款產(chǎn)品內部有這個(gè)特別的設計，當運放通過(guò)使能端開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)是聽(tīng)不到爆破音的?！爱斢脩?hù)戴著(zhù)耳機，把運放關(guān)閉和開(kāi)啟時(shí)會(huì )聽(tīng)到短暫的聲音，因為那時(shí)候電頻不一樣，用戶(hù)會(huì )聽(tīng)到瞬變音，而TI內部則做了專(zhuān)門(mén)的設計把這個(gè)聲音去掉了?！敝芊f指出。

　　4.獨特的引腳分配簡(jiǎn)化了設計，并提升了失真性能。TI芯片是由幾位不同的音頻人員設計的，他們都是音頻愛(ài)好者，經(jīng)常自己在家研究芯片。包括他們家里的音響設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(hù)角度出發(fā)，在芯片的布局布線(xiàn)上做了突破性的改進(jìn)——采用對稱(chēng)的內部布局(圖3右)，可減少內部寄生現象，并消除高輸出功率和低頻段下的由于器件不對稱(chēng)發(fā)熱引起的失真，因此使原來(lái)這種運放因為器件的發(fā)熱導致的失真不復存在。

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