智能手機(jī)的音頻放大器方案探討與設(shè)計(jì)分析

2013-10-10 13:51 來源:電子信息網(wǎng) 作者:洛小辰

近年來,智能手機(jī)集成的功能越來越多,但在基本的音頻放大應(yīng)用方面,在繼續(xù)優(yōu)化性能表現(xiàn)及用戶音頻體驗(yàn)方面仍有繼續(xù)提升的空間。原因是智能手機(jī)存在著特殊的音頻要求。

本文將重點(diǎn)探討智能手機(jī)的揚(yáng)聲器放大器及耳機(jī)放大器性能要求,介紹安森美半導(dǎo)體相應(yīng)的音頻放大解決方案,以及集成了立體聲耳機(jī)放大器、D類揚(yáng)聲器放大器及I2C控制的新的音頻子系統(tǒng)方案——音頻管理集成電路(AMIC)。

1


圖1:智能手機(jī)的音頻放大應(yīng)用示意圖

揚(yáng)聲器放大器性能要求及解決方案

對(duì)于智能手機(jī)而言,期望的揚(yáng)聲器放大器應(yīng)當(dāng)提供低電磁干擾(EMI),避免與智能手機(jī)中的其它射頻(RF)電路產(chǎn)生干擾。就用戶的實(shí)際應(yīng)用而言,用戶有時(shí)候會(huì)想要在公共場(chǎng)合進(jìn)行免提語音通話,有時(shí)候會(huì)想要帶音頻播放的視頻觀看。這就要求揚(yáng)聲器放大器提供具有高識(shí)別度的輸出音量,同時(shí)提供低失真。此外,低噪聲也是所期望的揚(yáng)聲器放大器提供的重要特性。具體而言,這就要求揚(yáng)聲器放大器具有高電源抑制比(PSRR),從而抑制GSM信號(hào)傳輸期間電池電壓波動(dòng)產(chǎn)生的時(shí)分多址(TDMA)噪聲;亦要求導(dǎo)通及關(guān)閉期間無爆破音(pop)和嘀嗒音(click)噪聲。

2


圖2:降低EMI的不同技術(shù)

要滿足智能手機(jī)揚(yáng)聲器放大器的這些期望性能要求,D類放大器是極佳選擇。如D類放大器提供極低EMI,避免與其它RF電路產(chǎn)生干擾。實(shí)際上,D類放大器將輸入的模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制(PWM)的脈沖信號(hào),再以此脈沖信號(hào)控制開關(guān)器件來導(dǎo)通/關(guān)閉音頻功率放大器。對(duì)于智能手機(jī)應(yīng)用而言,要降低音頻輸出段的EMI,重要的是減少較高頻率的頻譜部分。傳統(tǒng)PWM技術(shù)沒有特定手段來應(yīng)對(duì)。但要做到這一點(diǎn),可以采用兩種技術(shù),一是PWM擴(kuò)頻調(diào)制(開關(guān)頻率變化),一是帶斜坡控制的PWM(延緩上升/下降時(shí)間)。相比較而言,斜坡控制技術(shù)比擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)在減少較高頻率的頻譜方面更為有效,更有利于降低EMI。

安森美半導(dǎo)體的NCP2824是一款2.8 W單聲道D類放大器,采用斜坡控制技術(shù)來提供低EMI。此外,NCP2824藉單線(Single-Wire)接口提供可實(shí)時(shí)配置的自動(dòng)增益控制(AGC)功能。其自動(dòng)增益控制功能包含兩種模式,分別是不削波(nON-clipping)和功率限制器模式。對(duì)于揚(yáng)聲器放大器而言,在智能手機(jī)的電池電壓很低條件下會(huì)出現(xiàn)削波,導(dǎo)致輸出擺幅減小及飽和。NCP2824的自動(dòng)增益控制“不削波”功能可以維持低失真,可以選擇最大總諧波失真(THD)閾值。另一方面,在高輸出功率條件下會(huì)出現(xiàn)過高輸出功率,致使輸出擺幅減小及飽和。功率限制器功能限制放大器的輸出功率(可選擇最大輸出電壓閾值),保護(hù)揚(yáng)聲器免受過高音量導(dǎo)致的損傷。


3

圖3:NCP2824支持不削波和功率限制器模式的自動(dòng)增益控制


除了具有低EMI和低失真,NCP2824在音頻放大器的其它關(guān)鍵性能指標(biāo)上也表現(xiàn)極佳。例如,這器件具有達(dá)95 dB的優(yōu)異信噪比(SNR)性能,提供極佳的音頻表現(xiàn)。此外,NCP2824也具有極佳的電源抑制比(PSSR),217 Hz頻率時(shí)PSSR為-72 dB。NCP2824還提供高達(dá)92%的能效,有助于延長(zhǎng)便攜設(shè)備電池使用時(shí)間。這器件采用2.5 V至5.5 V電壓工作,支持全差分輸入(從而消除輸入耦合電容),僅須使用1顆外部電容。這器件還提供短路保護(hù)電路,用于智能手機(jī)及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(MID)、導(dǎo)航設(shè)備、便攜游戲機(jī)及便攜式媒體播放器等應(yīng)用。

耳機(jī)放大器性能要求及解決方案

智能手機(jī)用戶期望通過耳機(jī)欣賞具有高保真(Hi-Fi)品質(zhì)的音樂播放,這就要求耳機(jī)放大器具有低失真。由于耳機(jī)接近人耳,直接影響用戶的聽覺體驗(yàn),故耳機(jī)放大器須無可聽噪聲,此特性對(duì)于耳機(jī)放大器的重要性比對(duì)于揚(yáng)聲器放大器的重要性更高。此外,耳機(jī)放大器也要求具有高能效,幫助延長(zhǎng)音樂播放時(shí)間。

為了滿足消費(fèi)者對(duì)耳機(jī)音頻質(zhì)量更高的要求,智能手機(jī)等便攜消費(fèi)類設(shè)備需要高質(zhì)量的立體聲耳機(jī)放大器。而設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)立體聲耳機(jī)放大器輸出段時(shí),需要從電容耦合及真實(shí)接地(true ground)等不同選擇中選出更適合的方案。電容耦合方案的能效高,因?yàn)殡娫磧H為正輸出信號(hào)供電;但這種方案要使用大耦合電容(會(huì)滋生尺寸及成本問題),而且低頻時(shí)聲音品質(zhì)較差。相比較而言,真實(shí)接地方案無須使用耦合電容,具有良好的低頻響應(yīng)性能,且耳機(jī)真接地配合使用常規(guī)轉(zhuǎn)換器,但真實(shí)接地結(jié)構(gòu)的能效不高??偟膩砜矗鎸?shí)接地方案提供更低失真及更小方案尺寸,重點(diǎn)是要提高能效,幫助延長(zhǎng)音頻播放時(shí)間。

1 2 > 
智能手機(jī) 放大器

相關(guān)閱讀

暫無數(shù)據(jù)

一周熱門

  • 合翔電子X中之杰智能:揭秘一家離散制造企業(yè)的柔性智造秘訣!
    合翔(常州)電子有限公司成立于1996年,主要生產(chǎn)蜂鳴器并廣泛應(yīng)用于汽車、筆記本電腦、家用電器等領(lǐng)域。公司有BYD、奇瑞
  • AI 推動(dòng)未來科學(xué) 晶泰科技共襄未來科學(xué)大獎(jiǎng)周
    近日,為期五天的未來科學(xué)大獎(jiǎng)周在中國(guó)香港舉辦。未來科學(xué)大獎(jiǎng)周旨在弘揚(yáng)科學(xué)精神,禮贊科學(xué)成就,以前瞻視角引領(lǐng)公眾探尋世界科
  • Quobly宣布容錯(cuò)量子計(jì)算關(guān)鍵里程碑
    法國(guó)領(lǐng)先的量子計(jì)算初創(chuàng)公司Quobly報(bào)告稱,F(xiàn)D-SOI技術(shù)可以作為商業(yè)量子計(jì)算的可擴(kuò)展平臺(tái),充分利用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造