小功率D类方案A7013解决多媒体手机问题

2008-12-22 15:06:07来源: 埃派克森
出色的音频功能已是手机的重要特征,尤其是在多媒体手机中,高质量的音频技术不可或缺。在音乐手机这类多媒体手机中,D类音频放大器是最合适的方案,它具有效率高、发热少、功耗低,电池使用寿命长等优点。而线性AB类放大器则拥有低成本优势。但是不论是D类功放,还是AB类功放都需要贴近手机的实际应用。在实际应用中出现了很多需要解决的问题,而只有解决了这些问题才能使D类功放真正得以大量推广。本文讨论了手机上常用的单声道D类功放容易出现的问题,并介绍埃派克森小功率D类功放A7013如何解决这些问题。

增益变化过高导致喇叭损坏

手机上常用的单声道D类功放采用外接输出电阻(如图1)调节增益,由于增益误差引起喇叭损坏,这个问题已逐渐引起手机厂商的关注。近期,国内多家知名手机制造商均有反馈,在手机设计中采用大增益单声道D类功放,终端客户大音量播放声音,长期使用有损坏喇叭的现象,即使更换了包括国外大厂在内的其他芯片,问题仍没有得到明显改善。后来改用埃派克森微电子的D类功放A7013,返修现象大幅下降近80%。

众所周知,半导体工艺很难获得绝对值准确的电阻,通常使用的多晶硅电阻的绝对值变化率为±20%,而外部电阻相对来说绝对值较为精准。因此当客户使用大增益工作的时候,增益容易偏移出喇叭的最大功率范围,从而引起喇叭损坏。而半导体工艺中很容易获得电阻相对值匹配的精准,刻意匹配布局就能很容易达到0.1%的匹配精度,我们可以利用这一点来避免由于内部电阻偏移引起的增益偏移,具体方案如下:

图1   传统增益设置
图1 传统增益设置, 图2 改进后的增益设置

方案一:如图2所示,在保证外部增益可控的同时,片内保留10k输入电阻。(以下假设片外电阻不会有绝对值偏差)

假设如图1中300k芯片内部电阻偏移20%,则增益会偏移20%,正常15倍的增益会偏移12到18倍,因此功率会超过额定功率。

Gainmax=300×120%/20=18=15×(1+20%)

Gainmin=300×80%/20=12=15×(1-20%)

如果采用如图2改进后的增益设置,同样假设300k电阻偏移20%,则内部10k电阻也会同比例偏移20%(由于匹配精度可以达到0.1%)。

Gainmax=300×120%/(10+10×120%)=16.36=15×(1+9.1%)

Gainmin=300×80%/(10+10×80%)=13.33=15×(1-11.1%)

所以改进后的方案中,增益最大值偏移9.1%,增益最小值偏移11.1%,远远低于改进前20%的偏移水平。

方案二:

通过牺牲芯片成品率的方式,将芯片筛选到电阻漂移10%,同样改进后的方法也会获得更精准的增益上限,从而避免了手机厂商增益向大偏移而引起的喇叭损坏。

方案三:

产品也可以通过自动增益控制(AGC)来实现,大功率时避免烧坏喇叭。但这种方案通常成本大大提高。

由此可见,对于D类功放IC设计公司来说,方案一不会增加成本,并且手机生产厂商在应用时,也可以避免由于增益偏移而使喇叭频频被损坏的现象。A7013结合了方案一和方案二的优点,在同类产品中唯一实现了成功而成熟的方案。

此外,针对喇叭损坏的问题,通过研究手机喇叭的响应频段可以发现,手机喇叭只能响应300Hz以上的频段,这就导致300Hz以下频段的功率都作为热损耗掉了。改变输入电容可以改变输入信号带宽,滤除不能被喇叭响应的频段功率,从而降低了峰值功率,对喇叭的可靠性也有一定影响。

[1] [2]

关键字:D类放大器  多媒体

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2008/1222/article_1182.html
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