音頻放大器發(fā)展趨勢

王　瑩

摘要：在放大器中，音頻放大器是較為熱門的技術(shù)之一。ADI、NXP和歐勝公司解析了音頻放大器的熱點－D類放大器等產(chǎn)品趨勢與特點。

關(guān)鍵詞：D類放大器；AB類；H類；W類；EMI；濾波器

音頻放大器的趨勢：D類興起

越來越多的D類取代AB類

總體來說，D類放大器經(jīng)過近幾年的發(fā)展，已經(jīng)成功地運用到了手機及一般便攜式產(chǎn)品中。D類放大器今后的發(fā)展一定會逐步取代普通的AB類產(chǎn)品，市場占有比例會越來越大。

ADI便攜式音頻產(chǎn)品線低功耗D類產(chǎn)品市場經(jīng)理張揚舉例說，比如現(xiàn)在家庭音響應(yīng)用領(lǐng)域幾乎全部是用D類放大器。雖然在手機上，很大部分尤其是在低端的手機上還是用AB類多，但我們會看到越來越多的D類去取代AB類，盡管不會完完全全地取代。原因在于，在很多低端的產(chǎn)品設(shè)計上，是延用舊的設(shè)計，或者說設(shè)計者不想花力氣去改變，所以對于D類放大器省電的優(yōu)勢不去考慮。在這種情況下，我們不會指望某一天D類會全部取代AB類，但是在相當(dāng)程度上，我們相信比例會越來越大。同時，ADI也在盡力來宣傳D類放大器省電和高效率的好處。

D類、H類和W類，選型需考量

作為專業(yè)音響芯片供應(yīng)商，歐勝(Wolfson)微電子有限公司地區(qū)市場經(jīng)理吳彥翔把市場更加細(xì)化，他指出，就音頻放大器來說，歐勝將這一市場劃分為兩個細(xì)分市場：一是輸出功率低于1W的低功率型，另一類是10W以上的高功率音頻放大器，這兩個部分針對兩種完全不同的市場。低功率通常專門針對采用電池供電的設(shè)備，如移動電話、PMP、便攜DVD等。而高功率應(yīng)用覆蓋了液晶電視、音視頻接收設(shè)備以及汽車主單元等消費產(chǎn)品。而它們的技術(shù)趨勢是將主要集中在通過使用如D類、H類等各種驅(qū)動技術(shù)將功耗降至最低。

歐勝提供的W類技術(shù)在降低功耗方面進一步優(yōu)化了其低功率驅(qū)動技術(shù)。例如，通過歐勝的W類放大器技術(shù)可使編解碼器(CODEC)回放功耗低于5mW。

針對更高功率音頻放大器，歐勝提供了各種D類運算放大器技術(shù)。在高功率音頻放大器內(nèi)，保持了設(shè)計上盡可能高的音頻保真度和優(yōu)化揚聲器最高輸出功率的平衡，而無需在機箱內(nèi)設(shè)計很大的散熱器?？梢韵胂?，如果你家里的液晶電視有一個巨大的散熱片消耗著揚聲器音頻放大器的功率，那么液晶電視的超薄外型將難以實現(xiàn)。

不過，多種類別產(chǎn)品也帶來了選型的困難。吳彥翔指出：“在今天的市場中，許多不同的供應(yīng)商正專注于在揚聲器輸出領(lǐng)域提供D類音頻放大器。對于耳機技術(shù)來說，有多種放大器技術(shù)如G類、H類實現(xiàn)方式。每一類實現(xiàn)方式都有其各自的優(yōu)勢和劣勢，因此作為一家音頻解決方案供應(yīng)商，在決定使用哪一類實現(xiàn)方式之前，我們需要考慮的是我們客戶的應(yīng)用、對音頻性能的需求以及對價格的期望值?！?/p>

D類技術(shù)還需完善

恩智浦(NXP)半導(dǎo)體多重市場產(chǎn)品部大中華區(qū)高級市場經(jīng)理張秋明指出，目前音頻放大器的發(fā)展趨勢有兩方面：

一是由AB類逐漸向D類過渡。與AB類放大器相比，D類放大器最大的優(yōu)點是效率高：一般AB類放大器的效率不超過40％，而D類放大器通?？梢赃_到80％以上，最高可以到90％以上。由于其高效率，D類放大器體積可以做得很小，便于采用較小的封裝，在中小功率產(chǎn)品中，基本上不需要外加散熱器。目前同等功率的D類放大器單顆芯片價格要比AB類貴，但是由于不需要散熱片，在一些大功率應(yīng)用比如組合音響，家庭影院上，D類和AB類總成本比較接近。另外，采用D類放大器還可以節(jié)省電源成本和能源消耗。

二是D類放大器需要進一步降低成本、提高性能及改善EMI(電磁干擾)。

與傳統(tǒng)的AB類放大器相比，D類功放由于架構(gòu)原因芯片成本還相對較高，另外外部通常還需要加濾波電路，成本阻礙了一部分用戶使用D類功放。另外EMI是一直困擾D類放大器發(fā)展的一個重要問題，所以如何更好地解決成本和EMI等問題，是D類放大器一個必然的發(fā)展趨勢。

NXP指出需要引起重視的技術(shù)有：提高采樣時鐘的穩(wěn)定度、提高動態(tài)范圍和改善諧波失真；EMI性能改善；在不改變成本前提下的全內(nèi)置封裝技術(shù)等。

不過，眾多廠商把焦點匯聚在EMI是D類放大器性能進一步提高的瓶頸上。

例如，ADI注重的就是抑制EMI和提高音質(zhì)，采用專有的擴頻脈沖密度調(diào)制技術(shù)(PDM)，包含了集成的G-A調(diào)制技術(shù)，用來接收模擬輸入信號并且產(chǎn)生開關(guān)脈沖輸出信號，直接驅(qū)動揚聲器。據(jù)張揚介紹，一般的D類放大器采用PWM調(diào)制輸出，會有一個很大的單頻分量，在這個頻率上的輻射量就很大，而采用ADI的專有技術(shù)，使得ADI的D類放大器輸出的是一個廣譜，本身的能量比較分散，單從這個技術(shù)本身來講，對EMI就有所抑制。在ADI的各種D類放大器產(chǎn)品中，包括已經(jīng)量產(chǎn)的和即將發(fā)布的產(chǎn)品里，在專有技術(shù)基礎(chǔ)之上又加了一些新的技術(shù)，盡量把EMI降到最低。

音頻放大器應(yīng)用中的趨勢少用或不用濾波器

ADI公司指出，由于D類放大器本身是開關(guān)輸出，就會有高頻分量和輻射，就要外加濾波器，用濾波器把輻射濾掉。而外加濾波器，就要占用電路板空間，還要增加耗電。以往在大功率的應(yīng)用中，這個問題不明顯。但是在手機或者便攜式產(chǎn)品的應(yīng)用中，由于本身的電路板空間有限，又要最大限度省電，不希望在使用放大器后再外加濾波器，所以這就成為一個很大的應(yīng)用問題。如何把D類放大器做到能夠應(yīng)用到便攜式產(chǎn)品上，廠家在這上面花了很大的力氣?！癆DI所做的工作，就是讓用戶如何在不用外接濾波器下來使用D類放大器?！睆垞P說?，F(xiàn)在很多D類放大器已做到可以不用濾波器，同時也解決了EMI問題。這樣就解決了D類放大器在便攜式應(yīng)用中最大的使用障礙。ADI的D類放大器產(chǎn)品在這兩方面都有優(yōu)勢。

NXP公司也有同感。恩智浦采用了多項專利來改善EMI問題，比如跳頻技術(shù)。無LC濾波器的D類放大器主要用在小功率部分，當(dāng)功率較大或放大器和揚聲器的連線比較長時，仍需要加濾波器；獨有零死區(qū)技術(shù)，極大地改善了音頻的失真；開環(huán)全數(shù)字PWM技術(shù)提高了放大器的性能和音頻的音質(zhì)。

提高音頻質(zhì)量

與此同時，提高D類放大器的音頻質(zhì)量，也是一個很重要的應(yīng)用需求。

整體解決方案最優(yōu)化

歐勝吳彥翔認(rèn)為，放大器設(shè)計的基本法則是如何將負(fù)載的輸出功率最大化，而不浪費放大器的有效功率，簡而言之就是如何確保耳機或揚聲器獲得最大驅(qū)動，同時保持音頻保真度?！霸谑袌龌蚪K端客戶應(yīng)用中，以手機為例，有些揚聲器驅(qū)動器設(shè)計得非常糟糕，音頻輸出過大同時嚴(yán)重失真?！眳菑┫韪袊@道，“因此，作為音頻放大器的供應(yīng)商，這是一種在提供最佳輸出性能的音量和將電池供電產(chǎn)品的功耗降至最低之間的一種平衡?！?/p>

對于高功率音頻放大器來說，由于考慮到那些受空間限制應(yīng)用(如平板液晶電視)的散熱，因此音頻放大器芯片的功耗也成為一個重要的考慮因素。因此即使是高功率音頻放大器，設(shè)計和使用功耗最低的實現(xiàn)方式也依然重要。更低功耗、更小散熱器或?qū)釂栴}的考慮使得終端產(chǎn)品如液晶電視、音頻視頻接收設(shè)備以及其他家用音頻設(shè)備的設(shè)計實現(xiàn)更加簡單。例如，讓我們將目光轉(zhuǎn)向如今的家用音頻設(shè)備，許多名牌產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)了非常簡潔小巧的外型，同時揚聲器的輸出驅(qū)動性能有時可高達50W／通道，這主要是通過D類揚聲器放大器技術(shù)的應(yīng)用來實現(xiàn)。