小功率D類(lèi)方案A7013解決多媒體手機問(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。