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——高集成度的音頻管理集成電路

由於智能手機存在多種音頻輸入源等原因造成的特殊音頻要求
，智能手機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。本文圖文解說智能手機的揚聲器放大器及耳機放大器的音頻放大解決方案。

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）dianluchanshengganrao。jiuyonghudeshijiyingyongeryan，yonghuyoushihouhuixiangyaozaigonggongchanghejinxingmiantiyuyintonghua
，youshihouhuixiangyaodaiyinpinbofangdeshipinguankan。zhejiuyaoqiuyangshengqifangdaqitigongjuyougaoshibiedudeshuchuyinliang
，tongshitigongdishizhen。ciwai，dizaoshengyeshisuoqiwangdeyangshengqifangdaqitigongdezhongyaotexing。jutieryan
，zhejiuyaoqiuyangshengqifangdaqijuyougaodianyuanyizhibi（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1：智能手機的音頻放大應用示意圖

    
                                   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。

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。

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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）品pin質zhi的de音yin樂le播bo放fang
，這zhe就jiu要yao求qiu耳er機ji放fang大da器qi具ju有you低di失shi真zhen。由you於yu耳er機ji接jie近jin人ren耳er
，直zhi接jie影ying響xiang用yong戶hu的de聽ting覺jiao體ti驗yan，故gu耳er機ji放fang大da器qi須xu無wu可ke聽ting噪zao聲sheng，此ci特te性xing對dui於yu耳er機ji放fang大da器qi的de重zhong要yao性xing比bi對dui於yu揚yang聲sheng器qi放fang大da器qi的de重zhong要yao性xing更geng高gao。此ci外wai，耳er機ji放fang大da器qi也ye要yao求qiu具ju有you高gao能neng效xiao
，幫bang助zhu延yan長chang音yin樂le播bo放fang時shi間jian。

為wei了le滿man足zu消xiao費fei者zhe對dui耳er機ji音yin頻pin質zhi量liang更geng高gao的de要yao求qiu，智zhi能neng手shou機ji等deng便bian攜xie消xiao費fei類lei設she備bei需xu要yao高gao質zhi量liang的de立li體ti聲sheng耳er機ji放fang大da器qi。而er設she計ji人ren員yuan在zai設she計ji立li體ti聲sheng耳er機ji放fang大da器qi輸shu出chu段duan時shi，需xu要yao從cong電dian容rong耦ou合he及ji真zhen實shi接jie地di（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。

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 ?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

ansenmeibandaotishenweiyingyongyugaonengxiaodianzichanpindeshouyaogaoxingnengguifangangongyingshang，bujintuichushangshudulidegaoxingnengyangshengqifangdaqijilitishengerjifangdaqi，yetuichujichenglelitishengerjifangdaqi、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。