便攜設備中的D類(lèi)音頻功放電路設計

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

未來(lái)，市場(chǎng)對于高效率的D類(lèi)功率放大器的需求會(huì )逐步增加，D類(lèi)放大器在便攜設備中的應用具有非常廣闊的前景。根據市場(chǎng)調研機構Gartner的報告：D類(lèi)放大器在2006年至2011年之間的復合年成長(cháng)率將達15.6%，從3.34億美元成長(cháng)至6.88億美元，主要的成長(cháng)動(dòng)力來(lái)自便攜式裝置及空間受限的消費性電子產(chǎn)品，手機市場(chǎng)是重要的增長(cháng)點(diǎn)。

本文介紹上海貝嶺開(kāi)發(fā)出的一款高效D類(lèi)音頻功放BL6311，該產(chǎn)品應用在手機等便攜式設備上，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應用原理圖

便攜設備對音頻功放的要求是體積小、外圍電路簡(jiǎn)單。BL6311可按照系統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單端輸入應用原理圖

圖2 BL6311差分輸入應用原理圖

BL6311的特點(diǎn)

1、高效節能

D類(lèi)放大器與線(xiàn)形放大器（A類(lèi)、B類(lèi)、AB類(lèi)）相比，在功效上有很大優(yōu)勢。對線(xiàn)形放大器而言，偏置元件和輸出管的線(xiàn)形工作方式會(huì )損耗大量功率，而D類(lèi)放大器的輸出管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，功耗主要來(lái)自輸出管的導通阻抗、開(kāi)關(guān)損耗以及靜態(tài)電流，效率可達90%，無(wú)需散熱，從而延長(cháng)了便攜設備的電池使用時(shí)間和壽命。

2、RF噪聲抑制

手機、個(gè)人數字助理 (PDA) 和其它便攜式通信設備常常在條件惡劣而且噪聲相當大的環(huán)境下工作，對于沒(méi)有解決RF干擾的音頻放大器，會(huì )將RF載波信息解調到音頻頻帶，這樣在揚聲器的輸出端就會(huì )產(chǎn)生不希望出現的電流聲。射頻信號會(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可以降低對系統PCB和結構的要求，將電流聲最小化，保證設備正常工作。一般10mV的輸出可以被人耳感覺(jué)到，而如圖3所示，當電源電壓（VDD）上疊加了500mV的GSM信號，BL6311的輸出端（Vo）仍然得到了良好地抑制。

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

3、極低的失真和噪聲

對于音頻功放而言，雖然所有的測試指標都是以正弦波來(lái)衡量的，最終的評判者還是優(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(lèi)功放沒(méi)有失真，在可聽(tīng)波段沒(méi)有噪音且效率滿(mǎn)足100%。然而，實(shí)際的D類(lèi)功放并不完美，會(huì )有失真和噪音，這是由于D類(lèi)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調制器由于采樣頻率限制和時(shí)間抖動(dòng)而導致PWM信號的非線(xiàn)性；

> 功率驅動(dòng)管的死區時(shí)間，導通時(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；

> 寄生的雜散參數導致過(guò)度邊緣的震蕩；

> 輸出低通濾波器的非線(xiàn)性。

圖4 BL6311 THDN vs Frequency

BL6311很好地解決了上述問(wèn)題。圖4為T(mén)HDN的掃頻曲線(xiàn)，由此可見(jiàn)，BL6311在整個(gè)音頻范圍內具有較低的失真度，可以滿(mǎn)足便攜設備對音質(zhì)的要求。

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

圖5 BL6311在手機中的應用方案。