高效D类音频功放在便携设备中的应用

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随着能源的日益紧张，电子系统对于能效方面的要求也逐步提高，尤其是对于电池供电系统，其对功耗的要求更为苛刻。随着手机、MP3/4等多媒体便携设备的普及，音频功放已经成为音频部分的标准配置。无论是系统工程师还是最终用户都已经不再满足于响亮地播放个性化的音乐，继而对音频功放提出了更高的要求：消耗更少的电流以延长电池的使用时间，在整个音频范围内提供完美音质，良好的射频抑制能力减小电流声，稳定的输出功率以确保扬声器不受损坏。 未来，市场对于高效率的D类功率放大器的需求会逐步增加，D类放大器在便携设备中的应用具有非常广阔的前景。根据市场调研机构Gartner的报告：D类放大器在2006年至2011年之间的复合年成长率将达15.6%，从3.34亿美元成长至6.88亿美元，主要的成长动力来自便携式装置及空间受限的消费性电子产品，手机市场是重要的增长点。 本文介绍上海贝岭开发出的一款高效D类音频功放BL6311，该产品应用在手机等便携式设备上，只需很少的外围元件就可以提供一个完美的解决方案。 BL6311应用原理图 便携设备对音频功放的要求是体积小、外围电路简单。BL6311可按照系统要求配置成单端输入（图1）和差分输入（图2）两种使用方式。

图1 BL6311单端输入应用原理图

图2 BL6311差分输入应用原理图 BL6311的特点 1、高效节能 D类放大器与线形放大器（A类、B类、AB类）相比，在功效上有很大优势。对线形放大器而言，偏置元件和输出管的线形工作方式会损耗大量功率，而D类放大器的输出管工作在开关状态，功耗主要来自输出管的导通阻抗、开关损耗以及静态电流，效率可达90%，无需散热，从而延长了便携设备的电池使用时间和寿命。 2、RF噪声抑制 手机、个人数字助理 (PDA) 和其它便携式通信设备常常在条件恶劣而且噪声相当大的环境下工作，对于没有解决RF干扰的音频放大器，会将RF载波信息解调到音频频带，这样在扬声器的输出端就会产生不希望出现的电流声。射频信号会耦合到放大器的电源，输入端以及输出端，放大器良好的PSRR和CMRR可以降低对系统PCB和结构的要求，将电流声最小化，保证设备正常工作。一般10mV的输出可以被人耳感觉到，而如图3所示，当电源电压（VDD）上叠加了500mV的GSM信号，BL6311的输出端（Vo）仍然得到了良好地抑制。

图3 BL6311对电源端耦合进来的GSM信号具有抑制作用。
                          
                       
                          
                                3、极低的失真和噪声 对于音频功放而言，虽然所有的测试指标都是以正弦波来衡量的，最终的评判者还是优美流畅的音乐。优美的音色取决于较小的谐波失真和噪声，理想的D类功放没有失真，在可听波段没有噪音且效率满足100%。然而，实际的D类功放并不完美，会有失真和噪音，这是由于D类功放产生的失真开关波形造成的，原因有以下几点： > PWM调制器由于采样频率限制和时间抖动而导致PWM信号的非线性； > 功率驱动管的死区时间，导通时间，关断时间，上升下降时间等； > 开关器件上的非理想特征，如导通电阻，有限的开关速度及体二极管特征等； > 寄生的杂散参数导致过度边缘的震荡； > 输出低通滤波器的非线性。

图4 BL6311 THDN vs Frequency BL6311很好地解决了上述问题。图4为THDN的扫频曲线，由此可见，BL6311在整个音频范围内具有较低的失真度，可以满足便携设备对音质的要求。 由于BL6311具有高效率、低失真度以及较强的RF噪声抑制能力，因而特别适合手机等便携产品的应用。图5是BL6311在手机中的应用方案框图。

图5 BL6311在手机中的应用方案。