CP2230——高效率，高輸出功率，高品質(zhì)的音頻放大器

CP2230為啟攀微電子(Chiphomer Technology Ltd)日前發(fā)布了一顆大功率，超低EMI，超高效率的單聲道D類(lèi)音頻放大器。與傳統的D類(lèi)功放不同，該芯片內部集成電荷泵，可在較低電源電壓輸入的情況下輸出2W的功率，該電荷泵采用變頻技術(shù)，即根據負載情況自動(dòng)切換工作頻率，大大降低了電荷泵的靜態(tài)工作電流；該芯片采用全新的自主專(zhuān)利架構，其內部集成了電荷泵智能電源管理模塊，可根據輸入信號的幅值，自動(dòng)地切換輸出級的電壓，輸入信號低幅值時(shí)，效率高達90%，輸入信號高幅值時(shí)，效率可達到60%；CP2230采用最新主動(dòng)式電磁輻射抑制技術(shù)，顯著(zhù)改善EMI問(wèn)題。

專(zhuān)有的IMP技術(shù)，大大提高CP2230的工作效率

CP2230專(zhuān)有的IPM ( Intelligent output power management )技術(shù)，在單節鋰離子電池供電下，可提供業(yè)內最大的恒定輸出功率及最高的效率。下面我們介紹一下IPM的工作原理，下圖給出了3.6V工作條件下，CP2230的工作情況：

途中藍色曲線(xiàn)為CP2230的音頻輸出波形，紅色線(xiàn)條表示CP2230的輸出級工作電壓。從圖中可以看出，在低幅值部分即輸出信號小于3.6V，其效率等同于D類(lèi)功放，可達90%的效率；在高幅值部分切換為Charge-pump供電，效率降低為60%?？梢?jiàn)，CP2230可以根據輸入信號的幅值不同，智能的切換音頻輸出級電壓，以達到效率的最優(yōu)化。

該專(zhuān)利技術(shù)相比目前市面上的G類(lèi)、簡(jiǎn)單集成電荷泵的D類(lèi)音頻功放，其平均效率提高了20%以上。下圖給出了采用IPM技術(shù)的CP2230與G類(lèi)、簡(jiǎn)單集成電荷泵的D類(lèi)功放的效率對比曲線(xiàn)：

主動(dòng)式電磁輻射抑制技術(shù)

一直以來(lái)如何在系統級抑制D類(lèi)產(chǎn)生的電磁輻射(EMI)，都是困擾系統工程師的問(wèn)題。由于D類(lèi)放大器的調制頻率一般在250kHz到1.5MHz之間，因此調制的開(kāi)關(guān)信號和電源線(xiàn)上變化的電流信號帶來(lái)的EMI主要集中在10MHz以下的頻段；而方波的邊沿變化一般是在納秒級別的，因此它們所帶來(lái)的EMI主要集中在幾十MHz到幾GHz的高頻段。EMI的傳播需要有一個(gè)有效的天線(xiàn)，即天線(xiàn)的長(cháng)度應為對應頻率波長(cháng)的1/4，以10MHz頻率為例，其有效的天線(xiàn)長(cháng)度應為342CM，如此長(cháng)的引線(xiàn)在系統應用中很難找到，因此我們要解決D類(lèi)功放的EMI問(wèn)題，需要重點(diǎn)關(guān)注100MHz以上頻率的干擾問(wèn)題，即由輸出級輸出跳變沿而產(chǎn)生的是EMI干擾問(wèn)題。

利用傅立葉級數將跳變沿展開(kāi)，我們可以得出結論：跳變沿越快，EMI越差；跳變沿越慢，EMI越好。EMI但是過(guò)緩的跳變沿又會(huì )大大降低D類(lèi)功放的效率。為了解決EMI的問(wèn)題，CP2230通過(guò)對內部驅動(dòng)管柵壓的控制，主動(dòng)的將輸出級的跳變沿控制在30ns左右，經(jīng)過(guò)反復實(shí)驗，采用上述設計很好的兼顧了效率與EMI的影響。

變頻技術(shù)在電荷泵中的應用

為了進(jìn)一步提高CP2230的效率，在設計時(shí)我們將變頻理念引入了Charge Pump的設計。即通過(guò)檢測負載狀況動(dòng)態(tài)的改變Charge-pump運行頻率，當負載電流小于40mA的時(shí)候，頻率降低為150KHz，當負載電流高于120mA的時(shí)候，頻率提升至600KHz，通過(guò)對頻率的控制，有效的降低了芯片的靜態(tài)功耗。

CP2230的IPM架構采取了創(chuàng )新的PWM調制技術(shù)及反饋控制技術(shù)，有效的實(shí)現了高品質(zhì)的線(xiàn)性度，下圖為輸出功率在1W下的THD指標：

典型應用

總結

CP2230的設計，兼顧了大功率輸出和高效率的同時(shí)，也兼顧了高品質(zhì)與低EMI。在單節鋰離子電池供電下，可提供業(yè)內最大的恒定輸出功率及最高的效率，是蜂窩電話(huà)、便攜式音頻播放器、以及需要高品質(zhì)、高效率、高功率的手持設備的最佳選擇。