消費(fèi)應(yīng)用立體聲耳機(jī)放大器設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)暨“真實(shí)接地”方案

　　相比較而言，真實(shí)接地輸出設(shè)計(jì)體現(xiàn)出更多的應(yīng)用優(yōu)勢，如支持立體聲耳機(jī)，無需大解耦電容，從而節(jié)省電路板空間及避免大電容可能較貴的成本，改善低頻響應(yīng)性能，并提高電源抑制比(PSSR)。此外，包括音頻和直流偏置在內(nèi)的所有信號的參考電平相同，將串?dāng)_減至最小，并支持帶4點(diǎn)插孔(4 points jack)的標(biāo)準(zhǔn)附件。特別是采用這種設(shè)計(jì)的放大器更易于實(shí)現(xiàn)靜電放電(ESD)/電磁干擾(EMI)保護(hù)。當(dāng)然，采用真實(shí)接地也會付出占位面積方面的代價(jià)，這種立體聲放大器會比常規(guī)立體聲放大器尺寸大50%。但綜合來看，真實(shí)接地立體聲耳機(jī)放大器為客戶提供更多的應(yīng)用優(yōu)勢，成為客戶理所當(dāng)然的選擇。

　　“真實(shí)接地”輸出段設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)及解決方案

　　不過，對設(shè)計(jì)人員而言，立體聲耳機(jī)音頻放大器輸出段真實(shí)接地設(shè)計(jì)并不容易。因?yàn)榕c虛擬接地等其它設(shè)計(jì)支持單電源工作不同，真實(shí)接地設(shè)計(jì)中，放大器需要采用雙電源工作，即同時(shí)需要正電源電壓和負(fù)電源電壓，而負(fù)電源電壓的產(chǎn)生并非易事。

　　可以考慮兩種方案來產(chǎn)生負(fù)電壓。一是利用電感式降壓轉(zhuǎn)換器，二是利用電荷泵。電感式降壓轉(zhuǎn)換器采用電感作為儲能及傳遞能量的介質(zhì)(見圖2a)。這種方案中，MOSFET導(dǎo)通時(shí)，電感充電，充電電流方向如紅色線條所示，此時(shí)肖特基二極管截止;MOSFET關(guān)閉時(shí)，肖特基二極管導(dǎo)通，電感放電，放電電流方向如藍(lán)色線條所示，同時(shí)給電容充電。由于電容正極接地，故給電容的充的電壓為負(fù)電壓，即輸出為負(fù)電壓。這種產(chǎn)生負(fù)電壓的方案效率極高，且能提供大電流，但其問題在于所采用的電感跟在輸出段移除的電容尺寸一樣大、價(jià)格一樣貴，即不能體現(xiàn)出減小電路板占用空間和降低成本的優(yōu)勢。

　　電荷泵式轉(zhuǎn)換器常用于反壓型直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換，即輸入正電壓，輸出負(fù)電壓，電路中采用電容作為儲能及傳遞能量的介質(zhì)。這種方案中包含4個(gè)開關(guān)及2個(gè)電容(C1和C2)，見圖2b。如圖所示，C1左側(cè)的兩個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，右側(cè)的兩個(gè)開關(guān)關(guān)閉，C1充電(見紅色線條);下一個(gè)時(shí)序時(shí)，C1左側(cè)的兩個(gè)開關(guān)關(guān)閉，右側(cè)的兩個(gè)開關(guān)導(dǎo)通，C1放電，并給電容C2充電。由于C2正極接地，故C2上充的電壓是負(fù)電壓，即輸出負(fù)電壓。如今便攜電子產(chǎn)品中電荷泵電路的開關(guān)頻率越來越高，故不需要使用尺寸大、價(jià)格貴的大電容。這便是電荷泵方案的一大優(yōu)勢，其它優(yōu)勢還包括在產(chǎn)生負(fù)電壓時(shí)效率極高，這些優(yōu)勢讓其在產(chǎn)生負(fù)電壓

　　方面?zhèn)涫芮嗖A。不過，在實(shí)際應(yīng)用中，還要注意一些問題，如要使用隔離晶體管，防止結(jié)二極管導(dǎo)電;且需要其它功能來恰當(dāng)偏置隔離晶體管，確保結(jié)二極管反向偏置。

　　從電源架構(gòu)來看，“真實(shí)接地”立體聲耳機(jī)音頻放大器采用“穩(wěn)壓器(如電荷泵式轉(zhuǎn)換器)+放大器”架構(gòu)(見圖3)，這種架構(gòu)的電源抑制比(PSSR)比音頻放大器直接連接在電池正極電壓(Vbat)與電池負(fù)極電壓(-Vbat)之間的系統(tǒng)高。而對便攜消費(fèi)類產(chǎn)品而言，音頻放大器必須具有較高的PSSR，從而避免受到電源與布線噪聲的干擾。

　　圖2：兩種負(fù)電壓產(chǎn)生方案的電路原理圖。