音頻是便攜式消費(fèi)類電子設(shè)備不可或缺的一個(gè)重要組成部分,。集成耳機(jī)音頻功率放大器有助于放大低功耗基帶音頻信號,，以在使用耳機(jī)時(shí)驅(qū)動清脆,、清晰的音頻。另外,，這些放大器都需要具有極高的效率,，以實(shí)現(xiàn)更長時(shí)間的電池壽命。為了迎接這種挑戰(zhàn),，廣大設(shè)計(jì)人員將使用G類音頻放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。

　　效率的定義為輸出功率（向負(fù)載提供的功率）與輸入功率（從電池吸取的功率）的比，用百分比表示,。更高的效率意味著以熱損耗形式浪費(fèi)的電池功率更少,。為了改善便攜式音頻設(shè)備的電池使用壽命，放大器需要更高的效率。

　　典型的線性音頻放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為A類,、B類,、C類和AB類。雖然這些音頻放大器均為線性,；但它們的效率并不是很高,。請參見表1和圖1。

　　表1 線性音頻放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　圖1 各種放大器拓?fù)涞膶?dǎo)電角

　　AB類（線性）放大器具有固定的電源軌,，消耗固定量的電源電流,，以獲得理想的輸出電壓。在橋接式負(fù)載 （BTL） 狀態(tài)下,，該電源電流等于輸出電流,。通過負(fù)載的電源電流致使所有輸出MOSFET出現(xiàn)壓降。MOSFET壓降增加的這些電流,，在放大器中形成較大的功耗,，這就是AB類放大器效率僅為50%的原因。

　　什么是G類拓樸,？

　　在極高電平條件下,，G類拓?fù)錇橐环N多電源的AB類拓?fù)渥凅w。G類拓?fù)涑浞掷昧说湫鸵纛l/音樂源都具有極高峰值因數(shù) （10-20dB） 的這一有利條件,。這就意味著峰值音頻信號高于平均音頻信號 （RMS）,。大多數(shù)時(shí)候，音頻信號都處在較低的幅值,，極少時(shí)間會表現(xiàn)出更高的峰值,。

　　新型G類拓?fù)涫褂米赃m應(yīng)降壓轉(zhuǎn)換器，以產(chǎn)生隨音頻信號移動的電源電壓,。它為大多數(shù)平均音頻信號產(chǎn)生有充足余量的低電源電壓,，并切換至高電源電壓來適應(yīng)偶發(fā)的峰值電壓。由于電源的自適應(yīng)特性,，高峰值因數(shù)的典型音樂/音頻源的功耗得到極大降低,。這樣便帶來更低的電池電流消耗，從而獲得比AB類構(gòu)架更高的效率,。

　　這種電源電壓為自適應(yīng)型,。它在高音量音頻信號時(shí)升高，從而防止大峰值電壓失真,，同時(shí)在小音頻峰值時(shí)下降來降低功耗,。

　　音頻是便攜式消費(fèi)類電子設(shè)備不可或缺的一個(gè)重要組成部分。集成耳機(jī)音頻功率放大器有助于放大低功耗基帶音頻信號,，以在使用耳機(jī)時(shí)驅(qū)動清脆,、清晰的音頻,。另外，這些放大器都需要具有極高的效率,，以實(shí)現(xiàn)更長時(shí)間的電池壽命,。為了迎接這種挑戰(zhàn)，廣大設(shè)計(jì)人員將使用G類音頻放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。

　　效率的定義為輸出功率（向負(fù)載提供的功率）與輸入功率（從電池吸取的功率）的比,，用百分比表示。更高的效率意味著以熱損耗形式浪費(fèi)的電池功率更少,。為了改善便攜式音頻設(shè)備的電池使用壽命,，放大器需要更高的效率。

　　典型的線性音頻放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為A類,、B類,、C類和AB類。雖然這些音頻放大器均為線性,；但它們的效率并不是很高,。請參見表1和圖1。

　　表1 線性音頻放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　圖1 各種放大器拓?fù)涞膶?dǎo)電角

　　AB類（線性）放大器具有固定的電源軌,，消耗固定量的電源電流,，以獲得理想的輸出電壓。在橋接式負(fù)載 （BTL） 狀態(tài)下,，該電源電流等于輸出電流,。通過負(fù)載的電源電流致使所有輸出MOSFET出現(xiàn)壓降,。MOSFET壓降增加的這些電流,，在放大器中形成較大的功耗，這就是AB類放大器效率僅為50%的原因,。

　　什么是G類拓樸,？

　　在極高電平條件下，G類拓?fù)錇橐环N多電源的AB類拓?fù)渥凅w,。G類拓?fù)涑浞掷昧说湫鸵纛l/音樂源都具有極高峰值因數(shù) （10-20dB） 的這一有利條件,。這就意味著峰值音頻信號高于平均音頻信號 （RMS）。大多數(shù)時(shí)候,，音頻信號都處在較低的幅值,，極少時(shí)間會表現(xiàn)出更高的峰值。

　　新型G類拓?fù)涫褂米赃m應(yīng)降壓轉(zhuǎn)換器,，以產(chǎn)生隨音頻信號移動的電源電壓,。它為大多數(shù)平均音頻信號產(chǎn)生有充足余量的低電源電壓，并切換至高電源電壓來適應(yīng)偶發(fā)的峰值電壓,。由于電源的自適應(yīng)特性,，高峰值因數(shù)的典型音樂/音頻源的功耗得到極大降低。這樣便帶來更低的電池電流消耗，從而獲得比AB類構(gòu)架更高的效率,。

　　這種電源電壓為自適應(yīng)型,。它在高音量音頻信號時(shí)升高，從而防止大峰值電壓失真,，同時(shí)在小音頻峰值時(shí)下降來降低功耗,。

　　G類拓樸工作原理

　　圖2描述了G類放大器的運(yùn)行情況，其在低音頻電壓峰值時(shí)的電源電壓為1.3V,，并在高峰值時(shí)自適應(yīng)升高至1.8V,。我們使用一個(gè)降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生這些低電源軌（請參見圖3）。

　　圖2 G類拓?fù)渥赃m應(yīng)移動放大器電源實(shí)現(xiàn)節(jié)能

　　圖3 G類耳機(jī)放大器結(jié)構(gòu)圖

　　G類放大器使用自適應(yīng)電源軌,，并利用一個(gè)內(nèi)置降壓轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生耳機(jī)放大器正電源電壓 （HPVDD）,。充電泵對HPVDD進(jìn)行反相，并產(chǎn)生放大器負(fù)電源電壓 （HPVSS）,。這樣便讓耳機(jī)放大器輸出可以集中于0V,。音頻信號幅值較低時(shí)，降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)低HPVDD電壓 （HPVDDL）（請參見圖2）,。這樣便在播放低噪聲,、高保真音頻的同時(shí)最小化了G類放大器的功耗。

　　如果由于高音量音樂或者瞬態(tài)峰值音頻幅值增加,，則降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)高HPVDD電壓 （HPVDDH）,。HPVDD 上升速率快于音頻峰值上升時(shí)間。這樣便可防止音頻失真或削波,。音頻質(zhì)量和噪聲層不受 HPVDD 的影響,。這種自適應(yīng)HPVDD在避免削波和失真的同時(shí)最小化了電源電流。由于正常的聽力水平在200mVRMS以下,，因此 HPVDD最常位于其最低電壓HPVDDL,。所以，相比傳統(tǒng)的AB類耳機(jī)放大器,，G類放大器擁有更高的效率,。

　　　　關(guān)于作者

　　Shreharsha Rao現(xiàn)任TI系統(tǒng)工程師，主要負(fù)責(zé)低功耗無線和RFID系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā),。他獲得了電子工程碩士學(xué)位,，喜歡遠(yuǎn)足旅行，體育并且還加入了撲克聯(lián)賽,。