選擇合適放大器提高便攜電子產(chǎn)品揚(yáng)聲器效率分析

隨著時(shí)間的推移，便攜式設(shè)備音頻放大電路的使用模型已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。例如：在蜂窩電話的主要功能還是簡(jiǎn)單地從靠近耳朵的揚(yáng)聲器再現(xiàn)語(yǔ)音時(shí)，聽(tīng)筒僅需非常小的功率。另外，像總諧波失真（THD）、噪聲和信噪比（SNR）等音頻質(zhì)量也很少需要考慮。

　　語(yǔ)音一般由高峰值因數(shù)、低占空比的信號(hào)組成，因此，語(yǔ)音需要很低的平均功率，而在效率方面則無(wú)需多加考慮。由于射頻和顯示功能在蜂窩電話的總功耗中占主要部分，因此大多數(shù)效率問(wèn)題都涉及非音頻電子元器件。

　　但最近，蜂窩電話和其它便攜式電子產(chǎn)品都集成了聽(tīng)筒、耳機(jī)揚(yáng)聲器和近場(chǎng)揚(yáng)聲器（用于免提操作）。另外，再現(xiàn)音樂(lè)（MP3文件）和電影聲道也給音頻通道帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)。結(jié)果，音頻通道的功耗不再是枝節(jié)問(wèn)題，而是成為了功率泄漏的主要渠道。而且，低保真度的聲音再現(xiàn)也成為了過(guò)去時(shí)，如今的音頻傳輸要求100dB以上的信噪比和小于0.1%的總諧波失真。

　　耳機(jī)放大器

　　聲學(xué)音頻功率放大器一般分成兩種工作類型：耳機(jī)放大器（HPA）和揚(yáng)聲器放大器（SPA）。耳機(jī)放大器必須驅(qū)動(dòng)32Ω或16Ω揚(yáng)聲器高達(dá)30mW，并且還要保持非常高的音頻質(zhì)量（典型值是105dB SNR，0.01%THD和20kHz帶寬）。不過(guò)，對(duì)耳機(jī)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，30mW是一個(gè)非常高的輸出功率，它高到足以使人感到疼痛。典型的收聽(tīng)電平在100μW至1mW之間。

　　在32Ω負(fù)載上產(chǎn)生30mW功率需要1.4V的峰值信號(hào)擺幅，同時(shí)，還要為IR壓降準(zhǔn)備額外的余量。因此，通常使用±1.8V的供電電壓來(lái)達(dá)到30mW的輸出功率。

　　典型的耳機(jī)線纜包含3根：兩根分別用于左右驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一根則用于公共的返回地。此外，還可能需要增加其它線路用于音量控制、靜音或麥克風(fēng)輸出。在這樣的配置下，立體聲耳機(jī)放大器必須采用單端輸出。

　　但是如果供電采用單電壓軌，這將導(dǎo)致很大的直流偏置問(wèn)題。為了避免使用大的交流耦合電容，大多數(shù)耳機(jī)放大器采用分離電源供電，即通常用一個(gè)片上逆變電荷泵產(chǎn)生負(fù)電壓軌。

　　大多數(shù)耳機(jī)放大器采用線性放大器（例如：A/B類輸出級(jí)的變體）來(lái)實(shí)現(xiàn)耳機(jī)放大器所要求的高品質(zhì)音頻性能。傳統(tǒng)的A/B類放大器由A類和B類工作模式組成。這類放大器一般設(shè)計(jì)為在低輸出功率時(shí)主要工作在A類。由于交越失真很小，所以A類狀態(tài)可以提供最佳的音頻性能。

　　B類工作模式在高輸出電平時(shí)生效，這時(shí)，它具有比A類更高的效率。但是，B類工作模式具有較高的交越失真。總之，A/B類放大器可以取得非常低的總諧波失真，因?yàn)榻辉绞д娲蟛糠挚梢杂砷]環(huán)反饋衰減掉。

　　在恒定供電條件下，A/B類放大器效率正比于輸出電壓擺幅。為了挽回低輸出功率時(shí)的效率損失，可以使用“G類工作模式”技術(shù)來(lái)降低低電平信號(hào)時(shí)的電壓軌值。

　　需要用一個(gè)電路來(lái)檢測(cè)輸入信號(hào)電平。如果該電平超過(guò)一個(gè)預(yù)先確定的門限值，就可以根據(jù)需要將電壓軌抬高到更高的值。大多數(shù)G類放大器具有兩個(gè)電壓軌值：一個(gè)用于大信號(hào)擺幅的高軌值（VDD），以及一個(gè)用于低電平信號(hào)的只有VDD一小部分（如VDD的1/2）的低軌值。這樣，在滿刻度輸出功率1/4處的信號(hào)效率近似等于滿刻度功率信號(hào)時(shí)的效率。

　　G類工作模式的一個(gè)變體被命名為“H類工作模式”，此時(shí)供電軌隨著峰值信號(hào)要求連續(xù)變化。這樣可以最大限度地提高所有信號(hào)電平點(diǎn)的效率。但由于電路設(shè)計(jì)和工藝限制的原因，H類工作模式的最小電壓軌值是受限的。

　　一些制造商將術(shù)語(yǔ)“H類”套用到實(shí)際上是工作在G類的耳機(jī)放大器上。真正的H類工作模式在目前的IC耳機(jī)放大器中幾乎很少見(jiàn)到。