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

jinnianlai
，zhinengshoujijichengdegongnengyuelaiyueduo
，danzaijibendeyinpinfangdayingyongfangmian，zaijixuyouhuaxingnengbiaoxianjiyonghuyinpintiyanfangmianrengyoujixutishengdekongjian。yuanyinshizhinengshoujicunzaizheteshudeyinpinyaoqiu
，liru：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。

benwenjiangzhongdiantantaozhinengshoujideyangshengqifangdaqijierjifangdaqixingnengyaoqiu，jieshaoansenmeibandaotixiangyingdeyinpinfangdajiejuefangan，yijijichenglelitishengerjifangdaqi
、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)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)，而(er)且(qie)低(di)頻(pin)時(shi)聲(sheng)音(yin)品(pin)質(zhi)較(jiao)差(cha)。相(xiang)比(bi)較(jiao)而(er)言(yan)，真(zhen)實(shi)接(jie)地(di)方(fang)案(an)無(wu)須(xu)使(shi)用(yong)耦(ou)合(he)電(dian)容(rong)，具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)低(di)頻(pin)響(xiang)應(ying)性(xing)能(neng)，且(qie)耳(er)機(ji)真(zhen)接(jie)地(di)配(pei)合(he)使(shi)用(yong)常(chang)規(gui)轉(zhuan)換(huan)器(qi)
，但(dan)真(zhen)實(shi)接(jie)地(di)結(jie)構(gou)的(de)能(neng)效(xiao)不(bu)高(gao)。總(zong)的(de)來(lai)看(kan)

，真(zhen)實(shi)接(jie)地(di)方(fang)案(an)提(ti)供(gong)更(geng)低(di)失(shi)真(zhen)及(ji)更(geng)小(xiao)方(fang)案(an)尺(chi)寸(cun)
，重(zhong)點(dian)是(shi)要(yao)提(ti)高(gao)能(neng)效(xiao)
，幫(bang)助(zhu)延(yan)長(chang)音(yin)頻(pin)播(bo)放(fang)時(shi)間(jian)。

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。