便携式电子设备中的立体声

手机等便携式电子产品正集成越来越多的多媒体功能，这引起了人们对增加立体声功能的极大兴趣。单声道结构用于声音放大及和弦铃声，在某些情况下可用作免提扬声器。虽然功能已足够，但这并非是令人满意的高质量音乐播放解决方案。 　　目前，3G手机或便携式多媒体播放器等便携式设备可轻易地通过数字处理提供音频3D效果。有了这种设备，可嵌入立体声耳机收听功能，这样左右信号可从DAC或调频(FM)收音机中获得。虽然耳机功率在32Ω负载上约为10mW，主喇叭可简易地用于产生并为8Ω负载输出最高达1W的功率。由于需要提供立体声解决方案，而非传统的单声道系统，在这些功率水平上很难提供高效率的净化音频信号。 　　AB类解决方案提供极低的THD+N，但最佳效率仅为65%左右。图1为此解决方案的原理简图。 　　已知电源、负载和输出功率，可使用以下公式计算每个放大器的耗散功率： 　　举例说，若我们采用手机中使用的典型值Rl=8Ω和Vp=3.6V（典型锂离子电池电压），耗散功率和效率曲线与输出功率的关系如图3和图4所示。 　　输出功率范围的最佳效率低于65%时，如果产品要长时间地播放音乐或进行具有音频功放的游戏，电池寿命将大大缩短。此外，如图5所示，相同条件下的结温也将明显升高。此曲线基于110℃/W时结与空气间的热阻，为9引脚倒装片封装的典型值。 　　采用两个8Ω喇叭的多媒体应用时，平均输出功率为几百毫瓦，如曲线所示，结温比环境温度高35℃。 除采用NCP2890、NCP4894或NCP4896等AB类音频产品系列外，安森美半导体全新的D类无滤波器产品系列，在提供原有优异音频性能的同时，也大大提高了效率。 　　NCP2820是首款THD+N低于0.1％的单声道无滤波器D类放大器，电源供应抑制比率(PSRR)为-65dB，在4ΩBTL负载能提供2.65W。图6为采用两个NCP2802的立体声系统原理简图。由于放大器输出与喇叭间的无滤波器连接，采用此D类解决方案不会增加外部元件成本。 　　效率是D类放大的主要优势，如图3所示，NCP2820效率同类中最高，可达90％。从50mW到600mW覆盖了92%的工作范围，NCP2820的效率高达80%以上，但在相同的输出功率中，AB类只可有20%线性增大到70%。图2显示了同一个工作状态中输出段的等效电路。开关损耗与传导损耗相比可忽略不计。Rp为金属互连线、引线框和PCB导线的总寄生电阻。Ron为PMOS和NMOS的电阻。 　　　　　　　　　Pd = ( 2Ron + Rp )%26;#215;Iout2 　　　　　　　　　Pout = Rl%26;#215;Iout2 　　因此， 　　几年前，手机音频放大器仅需为接收模式的喇叭供电，平均功率输出远远低于100mW，且音频块并非主要的电池功率消耗者。随着和弦铃声和新的多媒体应用的出现，输入2个喇叭的平均音频功率为几百毫瓦，占空比或音频使用时间已增加。图4和图5显示D类解决方案相对于AB类的巨大优势。可节约每个输出上300mW产生的600mW耗散功率，延长电池寿命。此外，每个D类音频放大器的温度仅上升4℃，而AB类设计则上升35℃。手机内部耗散功率的减少也提高了整体系统的可靠性。总之，高性能D类音频放大器的开发是在保持整体功率预算的前提下集成先进多媒体音频功能的重要促进因素。