創(chuàng )新音頻解決方案：類(lèi)比半導體的國產(chǎn)中大功率功放技術(shù)

摘要

上海類(lèi)比半導體技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“類(lèi)比半導體”或“類(lèi)比”）作為國內領(lǐng)先的模擬及數?；旌闲酒O計商，正通過(guò)其創(chuàng )新的中大功率模擬/數字功放技術(shù)，重塑消費電子市場(chǎng)中高端音頻產(chǎn)品的技術(shù)標準。隨著(zhù)國產(chǎn)半導體產(chǎn)業(yè)的快速崛起，類(lèi)比半導體基于其17年功放研發(fā)經(jīng)驗的團隊，另辟賽道，專(zhuān)注中大功率模擬/數字功放領(lǐng)域。其高端音頻產(chǎn)品設計不僅在功率輸出和效率上超越了同類(lèi)競品，更以其卓越的散熱性能和集成的高階算法，滿(mǎn)足了市場(chǎng)對高品質(zhì)音頻體驗的不斷追求。

類(lèi)比半導體將持續提供與市面通用產(chǎn)品兼容、軟件設計簡(jiǎn)便、調音友好的功放產(chǎn)品，確保在音箱、電視、投影儀等產(chǎn)品上實(shí)現卓越的音頻性能。

一、數字功放

AU68x5系列產(chǎn)品是類(lèi)比推出的首個(gè)帶DSP的中功率數字功放，專(zhuān)門(mén)為高端電視、中功率音箱、高端投影儀的應用設計。

表 1  數字功放

1.1 優(yōu)異的基本指標

相比國際大廠(chǎng)同類(lèi)功放，類(lèi)比數字功放Rdson要小幾十mΩ，有更大不失真功率和更高的效率（12V，1SPW，>90%）。對于音箱、soundbar產(chǎn)品，常見(jiàn)18V供電、4Ω負載下，1%失真可以達到2*30W的大功率輸出，輕松滿(mǎn)足常見(jiàn)的2*20W的功率輸出要求。對于電視投影儀產(chǎn)品，常見(jiàn)的12V、6Ω負載下，1%失真能夠輸出2*11W，滿(mǎn)足6Ω8W/10W的功率要求。

圖 1  AU681x供電VS功率

得益于精心設計的低導通電阻（Rdson為110mΩ典型值），類(lèi)比半導體的演示板在12V供電、4Ω負載條件下，采用BD模式并設置768kHz的調制頻率進(jìn)行了一項細致的溫升對比測試。

測試結果顯示，在2*1W輸出功率時(shí)，AU6815芯片的溫度與市場(chǎng)上的競爭產(chǎn)品相當。然而，隨著(zhù)功率的提升，AU6815的優(yōu)勢逐漸顯現。在2*10W輸出時(shí)，AU6815的芯片表面溫度顯著(zhù)低于競品，分別低了22℃和37.9℃。當輸出功率增至2*20W時(shí)，競品芯片因溫度過(guò)高觸發(fā)了過(guò)溫保護（OTP），而AU6815依然穩定運行。這表明，在相同功率條件下，AU6815的溫升控制更為出色，從而為客戶(hù)在設計時(shí)對PCB板層數、散熱片規格以及銅皮厚度的選擇提供了更大的靈活性和便利性。

類(lèi)比半導體的功放產(chǎn)品采用了先進(jìn)的閉環(huán)架構，這一設計相較于傳統開(kāi)環(huán)架構顯著(zhù)降低了底噪(35uVrms typ）和失真水平（≤ 0.03%@1k，1W）。得益于此，即便在靜音或小信號條件下，輸出的聲音依然純凈無(wú)瑕，信噪比更是高達110dB，確保了卓越的音質(zhì)體驗。

在全音頻范圍內（20Hz至20kHz），BD模式下的總諧波失真加噪聲（THD+N）低于0.15%，這一性能達到了業(yè)界領(lǐng)先水平，充分展現了類(lèi)比功放在音質(zhì)保真方面的卓越表現。而1SPW模式在20~20kHZ測試下，THD+N也控制在0.3%以?xún)?，這一模式在保持高效率和低功耗的同時(shí)，依然維持了優(yōu)異的失真性能，滿(mǎn)足了市場(chǎng)對高端音頻產(chǎn)品設計的嚴格要求。

圖 2  AU68x5的THD+N

1.2 支持高階算法

類(lèi)比半導體的數字功放產(chǎn)品系列集成了先進(jìn)的DPEQ動(dòng)態(tài)低音增強算法，提供了精細的頻率響應調節能力。該算法能夠針對用戶(hù)設定的閾值和特定頻段進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整，優(yōu)化小音量時(shí)的低音表現，同時(shí)在大音量播放條件下，通過(guò)智能控制防止聲音失真和破音現象。

具體而言，在低音量播放環(huán)境中，DPEQ算法通過(guò)設定的低頻增強參數，實(shí)現了對低頻信號的增益提升，增強了音頻的深度和力度。而在高音量狀態(tài)下，算法則自動(dòng)調整EQ參數，確保輸出信號不會(huì )超出設備處理能力，從而避免了因音量過(guò)大而引起的失真問(wèn)題。

通過(guò)這種動(dòng)態(tài)調整機制，類(lèi)比半導體的數字功放不僅在小音量下提供了強化的低音體驗，而且在大音量播放時(shí)也能維持音頻信號的完整性和清晰度，滿(mǎn)足了音頻工程師和音響愛(ài)好者對于高保真音質(zhì)的嚴格要求。

圖 3  DPEQ算法

1.3 創(chuàng )新響應：聆聽(tīng)客戶(hù)需求，直擊客戶(hù)痛點(diǎn)

在傳統功放產(chǎn)品中，缺乏對電源電壓（PVDD）的監測和溫度感應功能是常見(jiàn)問(wèn)題。針對這一挑戰，類(lèi)比半導體的功放產(chǎn)品內建了一系列創(chuàng )新功能，以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求并提升用戶(hù)體驗。

• 增強的電源管理：集成的掉電檢測機制有效避免了額外的欠壓檢測電路，同時(shí)優(yōu)化了異常掉電情況下的瞬態(tài)噪聲（pop noise）問(wèn)題。

• 動(dòng)態(tài)電流控制：CBC功能通過(guò)喇叭端的電流限制，不僅保護了喇叭單元，還防止了前端電源的異常拉降，有效避免了過(guò)流保護（OCP）引發(fā)的斷音現象。

• 實(shí)時(shí)溫度監控：功放芯片的溫度可實(shí)時(shí)讀取，并通過(guò)多級溫度報警系統，及時(shí)響應過(guò)熱情況，從而防止了因溫度過(guò)高引發(fā)的保護性斷音。

• 精準聲場(chǎng)同步：多芯片同步技術(shù)確保了聲場(chǎng)的精確還原，為用戶(hù)帶來(lái)了一致性和高保真的聽(tīng)覺(jué)體驗。

通過(guò)這些創(chuàng )新應用，類(lèi)比半導體的功放產(chǎn)品不僅解決了客戶(hù)的技術(shù)痛點(diǎn)，還提供了更為穩定和高效的音頻解決方案。

圖 4  CBC限流功能防止OCP斷音

圖 5  同步功能準確還原聲場(chǎng)

二、模擬功放

為滿(mǎn)足低成本音箱市場(chǎng)的需求，類(lèi)比半導體推出了具備3.5V至14.5V寬電壓適用范圍的模擬功放AU3138S（20/26dB）和AU3138T（32/36dB）。這些型號通過(guò)外部電阻配置，提供兩檔增益調節，全面覆蓋了20/26/32/36dB的增益需求，確保了從單節電池到多節電池供電，乃至12V產(chǎn)品的廣泛應用。

對于低成本電視和投影儀等產(chǎn)品，我們設計了8~14.5V輸入電壓范圍的模擬功放AU3138M（20/26dB）和AU3138P（32/36dB）。這些型號同樣支持外部調節增益，滿(mǎn)足多樣化的增益配置需求。特別地，7.4V的欠壓設計有效控制了掉電時(shí)的瞬態(tài)噪聲（pop noise），提升了音質(zhì)表現。

針對對成本效益有極致追求的應用場(chǎng)景，類(lèi)比半導體推出了16pin封裝的AU3107M和AU3108M功放，分別支持BD和1SPW調制模式。與傳統的28pin產(chǎn)品相比，在保持相同功率輸出的同時(shí)，提供了更高的性?xún)r(jià)比，為成本敏感型產(chǎn)品提供了理想的解決方案。

表 2  模擬功放

2.1 優(yōu)異的基本指標

類(lèi)比半導體的模擬功放產(chǎn)品全面支持BD和1SPW兩種工作模式。在BD模式下，功放展現出卓越的THD+N性能，指標低于0.05%，確保了音頻信號的純凈度和音質(zhì)的細膩度。而即便在1SPW模式下，THD+N的性能指標也小于0.1%，同時(shí)靜態(tài)功耗降至16mA（12V），顯著(zhù)提升了能效比。同時(shí)，結合典型值為140mΩ的極低導通電阻（Rdson），與1SPW模式的協(xié)同作用，實(shí)現了超過(guò)85%的高效率（在12V供電、4Ω負載條件下）。

圖 6  AU3138極低失真率（<0.05%）

2.2 閉環(huán)架構，Plimit精準

我們的28pin產(chǎn)品系列均支持先進(jìn)的Plimit功能，這一特性得益于閉環(huán)架構的精準設計。類(lèi)比功放采用的功率限制值計算方法不受電源電壓（PVDD）波動(dòng)的影響，確保了功率限制值（Plimit）的穩定性和精確度。相較于傳統的開(kāi)環(huán)架構，閉環(huán)架構下的功率限制更為精確，提供了更為可靠的性能保障。

• POUT (10% THD) = 1.25 × POUT (未削波)

• RL 是負載電阻。

• RS 是總串聯(lián)電阻，包括 RDS(on) 和輸出濾波器電阻。

• VP 是峰值幅度，受“虛擬”電壓軌限制。

  
  

2.3 卓越的EMC性能與內置高階展頻技術(shù)

電磁兼容性（EMC）是消費電子產(chǎn)品設計中的一個(gè)關(guān)鍵挑戰，而類(lèi)比半導體憑借深厚的EMC調試經(jīng)驗，已在這一領(lǐng)域取得顯著(zhù)成就。我們不僅通過(guò)精心設計的外部電路來(lái)優(yōu)化EMC性能，還在產(chǎn)品內部集成了高階展頻技術(shù)。從設計階段開(kāi)始，我們就專(zhuān)注于解決EMC問(wèn)題，確保產(chǎn)品能夠在各種電磁環(huán)境下穩定運行。

得益于這種綜合方法，即使在采用磁珠方案的情況下，我們的功放產(chǎn)品也能輕松通過(guò)EN55013和EN55022等嚴格的EMC標準測試，展現出類(lèi)比半導體在電磁兼容性方面的卓越性能和可靠性。

三、總結

類(lèi)比半導體的功放產(chǎn)品系列在設計上實(shí)現了與市面通用產(chǎn)品的BOM兼容性，確保了軟件設計的簡(jiǎn)便性和調音軟件的用戶(hù)友好性。在性能上，我們的產(chǎn)品不僅在基本指標上超越了傳統競爭對手，更通過(guò)深入洞察客戶(hù)需求，引入了創(chuàng )新功能，有效解決了客戶(hù)的痛點(diǎn)。

我們的數字功放產(chǎn)品，憑借其豐富的算法支持、低底噪和低失真特性，完美滿(mǎn)足了市場(chǎng)對高品質(zhì)音頻產(chǎn)品設計的需求。與此同時(shí)，模擬功放產(chǎn)品則以其卓越的成本效益，滿(mǎn)足了客戶(hù)對成本敏感型應用的需求，尤其適合音箱、電視、投影儀等消費電子產(chǎn)品。

（作者：類(lèi)比半導體 2024年6月5日）