近年來(lái)，智能手機(jī)集成的功能越來(lái)越多。在基本的音頻放大應(yīng)用方面，消費(fèi)者對(duì)音頻質(zhì)量的要求也更苛刻。本文將重點(diǎn)探討智能手機(jī)的音頻放大器性能要求及相應(yīng)的音頻放大解決方案。
數(shù)字輸入的音頻功放
目前各智能手機(jī)平臺(tái)的音源還是以模擬音源為主，技術(shù)相當(dāng)成熟，都能提供高品質(zhì)的音源，主要問題在于模擬音源在傳輸路徑上容易受到各種干擾，而產(chǎn)生雜音或噪聲。比如PCB上的噪聲耦合，或者空間輻射引起的TDD-Noise等。隨著智能手機(jī)集成的功能越來(lái)越多，音頻的干擾源也會(huì)越多越復(fù)雜，模擬音源將難以勝任，數(shù)字音源會(huì)是將來(lái)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，比如I2S，PDM或PCM等數(shù)字音源，I2S格式應(yīng)該會(huì)成為一個(gè)各平臺(tái)都支持的主流格式。
數(shù)字音源除了抗干擾能力強(qiáng)外，另一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)是：在數(shù)字域很容易實(shí)現(xiàn)各種音效處理，比如音調(diào)控制，多段EQ，3D環(huán)繞聲等。而在模擬域?qū)崿F(xiàn)這些功能的成本和難度幾乎是不可想象的。
目前艾為電子已開始在該領(lǐng)域發(fā)力，將會(huì)適時(shí)推出具有數(shù)字音源輸入的功放產(chǎn)品，預(yù)計(jì)在一到兩年內(nèi)將迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)，逐漸取代模擬音源功放，同時(shí)一些國(guó)際大廠也紛紛進(jìn)入了該領(lǐng)域，搶占先機(jī)。
喇叭的發(fā)展趨勢(shì)
智能機(jī)上普遍采用金屬?gòu)?fù)合膜喇叭，以1115和1420兩種規(guī)格為主，其主要特點(diǎn)是低音好，靈敏度高，體積小，厚度薄，只有3mm，特別適合超薄機(jī)，其劣勢(shì)也比較明顯，額度功率偏小，才0.5W左右，容易燒毀；必須用帶有防破音功能的功放來(lái)驅(qū)動(dòng)，嚴(yán)格控制功放的輸出功率，對(duì)后音腔的體積和密閉性要求較高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大。
目前智能機(jī)的音量普遍偏下，喇叭的響度亟待提高，最直接的辦法是提高喇叭的額度功率，現(xiàn)在已經(jīng)有部分廠家率先推出了0.8W甚至1W的金屬?gòu)?fù)合膜喇叭，提高響度的另一個(gè)辦法是采用更好的膜片材料，提升喇叭的靈敏度，這樣相同功率的條件下也能大大提升喇叭的響度。
為智能機(jī)量身定制的音頻功放
艾為電子一直致力于為手機(jī)提供高性能的音頻解決方案。繼2009年推出首創(chuàng)的K類功放以來(lái)，以超大音量為主要特點(diǎn)，獲得客戶的廣泛認(rèn)可，迅速風(fēng)靡大江南北，后來(lái)又陸續(xù)推出第二代、第三代和第五代K類功放，使得K類功放技術(shù)更加成熟，產(chǎn)品性能更加完善，成為功能機(jī)時(shí)代的標(biāo)配產(chǎn)品，以累計(jì)出貨3億顆。
目前智能機(jī)的音效還遠(yuǎn)不能達(dá)到用戶的期望，普遍存在音量小，低音缺失或雜音等問題。針對(duì)智能機(jī)音頻設(shè)計(jì)所面臨的種種挑戰(zhàn)，艾為推出了一款專為智能機(jī)量身定制的高效率，大音量，帶防破音功能的音頻功放：K6，采用首創(chuàng)的1.5X開環(huán)電荷泵架構(gòu)，其整體效率高達(dá)80%，可以大大延長(zhǎng)智能機(jī)的使用時(shí)間；K6提供0.8W，1W和1.2W三個(gè)功率等級(jí)供用戶選擇，匹配不同功率和尺寸的金屬膜喇叭，實(shí)現(xiàn)曼妙的音樂享受，防破音功能嚴(yán)格控制功放的輸出功率，在有效保護(hù)喇叭的情況下，實(shí)現(xiàn)音量的最大化；采用艾為具有專利的RNS（RFI TDD-Noise Suppression）技術(shù)和凈音技術(shù)，能有效抑制射頻輻射干擾導(dǎo)致的TDD-Noise問題；K6采用纖小的2mm×2mm FC-16 封裝，F(xiàn)C-16是廣泛應(yīng)用于射頻PA領(lǐng)域的一種高性能封裝形式，其特點(diǎn)是封裝電阻小，過電流能力強(qiáng)，散熱好，同樣特別適合于音頻功放類產(chǎn)品的封裝。
圖1：K6的功能框圖。
1.5X開環(huán)電荷泵
相對(duì)于傳統(tǒng)電荷泵結(jié)構(gòu)而言，1.5X開環(huán)電荷泵具有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，輸出電流大，效率高等優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)電荷泵的調(diào)整管工作在線性區(qū)，而1.5X開環(huán)電荷泵沒有器件工作在該區(qū)域，全部工作在開關(guān)狀態(tài)，電荷泵自身消耗的功率很小，所以1.5X開環(huán)電荷泵具有極高的效率，平均效率在85%以上，峰值效率能到95%。高達(dá)1.2MHz的工作頻率允許外圍采用小尺寸的電容；同時(shí)電荷泵具有過壓保護(hù)，重載限流，碰地保護(hù)等故障保護(hù)功能，保護(hù)芯片在異常情況下免于損壞。
圖2：1.5X開環(huán)電荷泵工作原理
1.5X開環(huán)電荷泵的工作分為兩個(gè)階段，在充電階段，給飛電容CF1和CF2充電，電荷存儲(chǔ)在飛電容在，在放電階段，兩個(gè)飛電容并聯(lián)后疊加在電源電壓上，從而實(shí)現(xiàn)升壓功能，輸出電壓為電源電壓的1.5倍。
防破音功能
音頻應(yīng)用中，輸入信號(hào)過大或電池電壓下降等因素都會(huì)導(dǎo)致音頻放大器的輸出信號(hào)發(fā)生不希望的破音失真，并且過載的信號(hào)會(huì)對(duì)揚(yáng)聲器造成永久性損傷。艾為獨(dú)特的防破音（NCN）功能可以通過檢測(cè)放大器的破音失真，自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)增益，使得輸出音頻信號(hào)保持圓潤(rùn)光滑，不僅有效地避免了大功率過載輸出對(duì)喇叭的損壞，同時(shí)帶來(lái)舒適的聽音感受。
圖3：防破音工作原理圖。
啟動(dòng)時(shí)間和釋放時(shí)間是防破音功能的兩個(gè)重要參數(shù)，直接影響防破音的效果。啟動(dòng)時(shí)間是指防破音功能從檢測(cè)發(fā)現(xiàn)輸出破音失真，到增益衰減-10dB所需要的時(shí)間。釋放時(shí)間是指防破音功能從檢測(cè)輸出不再破音失真，到增益恢復(fù)10dB所需要的時(shí)間。啟動(dòng)時(shí)間和釋放時(shí)間太小可能會(huì)帶來(lái)喘息聲的問題；太大又可能會(huì)帶來(lái)破音或聲音發(fā)“悶”等問題。K6針對(duì)手機(jī)等便攜式設(shè)備的音頻特點(diǎn)，啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置為40ms，釋放時(shí)間設(shè)置為2s，有效地消除破音、保護(hù)喇叭，保持音樂的固有韻律，實(shí)現(xiàn)曼妙的音樂享受。
超強(qiáng)TDD抑制技術(shù)
TDD-Noise，俗稱“電流聲”，TDD-Noise可以通過兩個(gè)途徑干擾到音頻電路，一個(gè)是電源線和地線的傳導(dǎo)干擾；一個(gè)是天線空間輻射干擾。K6集成兩大技術(shù)來(lái)抑制電流聲：RNS技術(shù)和凈音技術(shù)。
K6采用了獨(dú)創(chuàng)的完全對(duì)稱的功放架構(gòu)，芯片內(nèi)部器件和走線是完全對(duì)稱排布，同時(shí)對(duì)于功放敏感引腳看到的任何電路都采用RNS（RF TDD Noise Suppression）技術(shù)，不僅使射頻信號(hào)難以干擾到芯片內(nèi)部，即使有極少量干擾信號(hào)進(jìn)入也會(huì)被完全對(duì)稱的功放架構(gòu)完全抵消。
圖4：RNS技術(shù)
地線傳導(dǎo)干擾導(dǎo)致的輸入TDD最難濾除，因?yàn)樗鼤?huì)與輸入信號(hào)疊加在一起，所以建議在能采用差分輸入的平臺(tái)一定要使用差分輸入，且走線要平行對(duì)稱。同時(shí)K6采用“凈音”技術(shù)可以有效濾除這種TDD Noise，建議只在免提通話模式下使用。
圖5：凈音技術(shù)
典型應(yīng)用
K6的應(yīng)用極其簡(jiǎn)潔，外圍只需少量的電阻電容，外圍器件要求盡可能靠近芯片引腳放置，K6有多個(gè)狀態(tài)供用戶選擇，采用一線脈沖控制，只需一個(gè)GPIO口。此外，纖小的2mm×2mm FC-16封裝具有寄生電阻小，過電流能力強(qiáng)，散熱好，占板面積小等優(yōu)點(diǎn)，特別適合應(yīng)用于空間受限的智能機(jī)等便攜設(shè)備。
圖6: 典型應(yīng)用圖。
本文總結(jié)
手機(jī)功能集成的越來(lái)越多，而體積又是向輕薄方面發(fā)展，板上留給音頻的空間越來(lái)越小，難以獲得好的音質(zhì)，艾為電子聯(lián)合主要喇叭廠商推出了一套完整的音頻解決方案，K6搭配大功率，高靈敏度的金屬?gòu)?fù)合膜喇叭將給智能機(jī)帶來(lái)震撼的音量和高保真的音質(zhì)，同時(shí)高達(dá)80%的整體效率，大大延長(zhǎng)智能機(jī)的使用時(shí)間，是智能機(jī)音頻設(shè)計(jì)的不二選擇。 |
