中心議題：

• 揚聲器放大器性能要求及解決方案
• 耳機放大器性能要求及解決方案
• 音頻子係統方案

近(jin)年(nian)來(lai)
，智(zhi)能(neng)手(shou)機(ji)集(ji)成(cheng)的(de)功(gong)能(neng)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)，但(dan)在(zai)基(ji)本(ben)的(de)音(yin)頻(pin)放(fang)大(da)應(ying)用(yong)方(fang)麵(mian)

，在(zai)繼(ji)續(xu)優(you)化(hua)性(xing)能(neng)表(biao)現(xian)及(ji)用(yong)戶(hu)音(yin)頻(pin)體(ti)驗(yan)方(fang)麵(mian)仍(reng)有(you)繼(ji)續(xu)提(ti)升(sheng)的(de)空(kong)間(jian)。原(yuan)因(yin)是(shi)智(zhi)能(neng)手(shou)機(ji)存(cun)在(zai)著(zhe)特(te)殊(shu)的(de)音(yin)頻(pin)要(yao)求(qiu)，例(li)如(ru)：智能手機存在基帶/應用處理器、調頻(FM)廣播、藍牙(耳機)等多種音頻輸入源；編解碼器(CODEC)可以集成在模擬基帶中
，也可獨立存在；多數情況下最少是揚聲器放大器保持單獨存在(不集成)
，從而提供足夠輸出功率
；耳機放大器外置，配合高保真(Hi-Fi)音樂播放。

本(ben)文(wen)將(jiang)重(zhong)點(dian)探(tan)討(tao)智(zhi)能(neng)手(shou)機(ji)的(de)揚(yang)聲(sheng)器(qi)放(fang)大(da)器(qi)及(ji)耳(er)機(ji)放(fang)大(da)器(qi)性(xing)能(neng)要(yao)求(qiu)，介(jie)紹(shao)安(an)森(sen)美(mei)半(ban)導(dao)體(ti)相(xiang)應(ying)的(de)音(yin)頻(pin)放(fang)大(da)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)
，以(yi)及(ji)集(ji)成(cheng)了(le)立(li)體(ti)聲(sheng)耳(er)機(ji)放(fang)大(da)器(qi)
、D類揚聲器放大器及I2C控製的新的音頻子係統方案——音頻管理集成電路(AMIC)。

圖1：智能手機的音頻放大應用示意圖。

揚聲器放大器性能要求及解決方案

對於智能手機而言，期望的揚聲器放大器應當提供低電磁幹擾(EMI)，避免與智能手機中的其它射頻(RF)電dian路lu產chan生sheng幹gan擾rao。就jiu用yong戶hu的de實shi際ji應ying用yong而er言yan，用yong戶hu有you時shi候hou會hui想xiang要yao在zai公gong共gong場chang合he進jin行xing免mian提ti語yu音yin通tong話hua，有you時shi候hou會hui想xiang要yao帶dai音yin頻pin播bo放fang的de視shi頻pin觀guan看kan。這zhe就jiu要yao求qiu揚yang聲sheng器qi放fang大da器qi提ti供gong具ju有you高gao識shi別bie度du的de輸shu出chu音yin量liang

，同tong時shi提ti供gong低di失shi真zhen。此ci外wai，低di噪zao聲sheng也ye是shi所suo期qi望wang的de揚yang聲sheng器qi放fang大da器qi提ti供gong的de重zhong要yao特te性xing。具ju體ti而er言yan，這zhe就jiu要yao求qiu揚yang聲sheng器qi放fang大da器qi具ju有you高gao電dian源yuan抑yi製zhi比bi(PSRR)，從而抑製GSM信號傳輸期間電池電壓波動產生的時分多址(TDMA)噪聲；亦要求導通及關閉期間無爆破音(pop)和嘀嗒音(click)噪聲。

圖2：降低EMI的不同技術

要滿足智能手機揚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電路產生幹擾。實際上，D類放大器將輸入的模擬音頻信號轉換為脈寬調製(PWM)的脈衝信號，再以此脈衝信號控製開關器件來導通/關閉音頻功率放大器。對於智能手機應用而言，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PWM技術沒有特定手段來應對。但要做到這一點，可以采用兩種技術，一是PWM擴頻調製(開關頻率變化)，一是帶斜坡控製的PWM(延緩上升/下降時間)。相比較而言
，斜坡控製技術比擴頻調製技術在減少較高頻率的頻譜方麵更為有效，更有利於降低EMI。
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安森美半導體的NCP2824 是一款2.8 W單聲道D類放大器

，采用斜坡控製技術來提供低EMI。此外，NCP2824藉單線(Single-Wire)接口提供可實時配置的自動增益控製(AGC)功能。其自動增益控製功能包含兩種模式

，分別是不削波(non-clipping)和功率限製器模式。對於揚聲器放大器而言
，在智能手機的電池電壓很低條件下會出現削波
，導致輸出擺幅減小及飽和。NCP2824的自動增益控製“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。另一方麵，在高輸出功率條件下會出現過高輸出功率
，致使輸出擺幅減小及飽和。功率限製器功能限製放大器的輸出功率(可選擇最大輸出電壓閾值)
，保護揚聲器免受過高音量導致的損傷。

圖3：NCP2824支持不削波和功率限製器模式的自動增益控製   

除了具有低EMI和低失真，NCP2824在音頻放大器的其它關鍵性能指標上也表現極佳。例如，這器件具有達95 dB的優異信噪比(SNR)性能，提供極佳的音頻表現。此外，NCP2824也具有極佳的電源抑製比(PSSR)，217 Hz頻率時PSSR為-72 dB。NCP2824還提供高達92%的能效，有助於延長便攜設備電池使用時間。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電路
，用於智能手機及移動互聯網設備(MID)
、導航設備
、便攜遊戲機及便攜式媒體播放器等應用。

耳機放大器性能要求及解決方案

智能手機用戶期望通過耳機欣賞具有高保真(Hi-Fi)pinzhideyinlebofang，zhejiuyaoqiuerjifangdaqijuyoudishizhen。youyuerjijiejinrener，zhijieyingxiangyonghudetingjiaotiyan，guerjifangdaqixuwuketingzaosheng
，citexingduiyuerjifangdaqidezhongyaoxingbiduiyuyangshengqifangdaqidezhongyaoxinggenggao。ciwai，erjifangdaqiyeyaoqiujuyougaonengxiao，bangzhuyanchangyinlebofangshijian。

weilemanzuxiaofeizheduierjiyinpinzhilianggenggaodeyaoqiu，zhinengshoujidengbianxiexiaofeileishebeixuyaogaozhiliangdelitishengerjifangdaqi。ershejirenyuanzaishejilitishengerjifangdaqishuchuduanshi，xuyaocongdianrongouhejizhenshijiedi(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，因為電源僅為正輸出信號供電；但這種方案要使用大耦合電容(會滋生尺寸及成本問題)，erqiedipinshishengyinpinzhijiaocha。xiangbijiaoeryan
，zhenshijiedifanganwuxushiyongouhedianrong
，juyoulianghaodedipinxiangyingxingneng，qieerjizhenjiedipeiheshiyongchangguizhuanhuanqi，danzhenshijiedijiegoudenengxiaobugao。zongdelaikan

，zhenshijiedifangantigonggengdishizhenjigengxiaofanganchicun，zhongdianshiyaotigaonengxiao，bangzhuyanchangyinpinbofangshijian。

對於耳機放大器而言，為了提供舒適的聽力水平
，靜態功率(即靜態電流)就是其總體功耗的主要構成部分。因此，將靜態電流降至最低對於提高耳機放大器的能效至關重要。NCP2815是安森美半導體推出的一款超低靜態電流(Iq)立體聲耳機放大器，提供1.8 mA的超低靜態電流，幫助延長音頻播放時間。
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這器件還提供高阻抗(High Z)輸出模式
，支持音頻插孔的音頻輸入/輸出。NCP2815支持共模感測，能夠消除接地環路噪聲。這器件支持1.6 V至3.6 V的寬電源電壓，采用1.8 V電壓供電
、負載為16 Ω條件下的功耗僅為20 mW，總諧波失真加噪聲(THD + N)小於0.01%。NCP2815提供-100 dB的高電源抑製比，提供固定內部增益(-1.5 V/V)或外部可調節增益，還提供爆破音(pop)和嘀嗒音(click)噪聲消除電路。1.2 mm x 1.6 mm的CSP封裝使NCP2815成為市場上同類器件尺寸最小的產品。

圖4：NCP2815“長播放時間”立體聲耳機放大器框圖。

音頻子係統方案——高集成度的音頻管理集成電路

安an森sen美mei半ban導dao體ti身shen為wei應ying用yong於yu高gao能neng效xiao電dian子zi產chan品pin的de首shou要yao高gao性xing能neng矽gui方fang案an供gong應ying商shang，不bu僅jin推tui出chu上shang述shu獨du立li的de高gao性xing能neng揚yang聲sheng器qi放fang大da器qi及ji立li體ti聲sheng耳er機ji放fang大da器qi，也ye推tui出chu集ji成cheng了le立li體ti聲sheng耳er機ji放fang大da器qi、揚聲器放大器及I2C控製的音頻子係統方案——音頻管理集成電路(AMIC)，在揚聲器及耳機輸出的2路音頻輸入源之間提供靈活的布線及多工(muxing)

，如NCP2704及NCP2705等。

圖5：音頻管理集成電路功能示意圖。

其中，NCP2704是一款帶斜坡控製的PWM D類音頻管理集成電器，幫助有效降低EMI。這器件提供完全可編程的自動增益控製功能，確保提供極佳音頻輸出質量並保護揚聲器。NCP2704集成的耳機放大器具有超低靜態電流消耗特性，幫助延長音頻播放時間。這器件還提供豐富的輸入/輸出多工控製，提高器件的靈活性。NCP2704集成的耳機放大器的THD+N值僅為0.02%
，揚聲器放大器則為0.042%
；相應的耳機放大器電源抑製比為-100 dB，揚聲器放大器為-89 dB。NCP2704提供較寬且精確的增益選擇 (靜音及-60 dB至+12 dB)。
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NCP2705也是一款D類音頻管理集成電路
，主要功能與NCP2704類似
，但NCP2705增加了共模感測功能。此功能可以改善串擾性能，特別是在帶寄生電阻的FM調諧器的情形下。NCP2705的THD+N值更低，耳機放大器為0.01%，揚聲器放大器為0.017%。

圖6：帶共模感測功能的D類音頻管理集成電路NCP2705框圖。

總結：

智能手機等便攜產品的音頻輸出應用需要低EMI
、低失真、高電源抑製比及高能效的音頻放大方案。設計人員采用安森美半導體提供的帶斜坡控製功能的D類揚聲器放大器NCP2824
，能夠有效地降低對射頻電路的高頻EMI幹擾
，同時借助“不削波”自動增益控製(AGC)功能確保揚聲器播放音頻時提供低失真，及借助“功率限製器”AGC功能保護揚聲器免受損壞。同時，設計人員采用安森美半導體提供的超低靜態電流立體聲耳機放大器NCP2815，延長智能手機音頻播放時間。 而NCP2704和NCP2705均是帶低EMI D類放大器

、自動增益控製和“長播放時間”耳機放大器的音頻管理集成電路，藉I2C提供靈活的多工及布線。