出色的音頻功能已是手機(jī)的重要特征,，尤其是在多媒體手機(jī)中,，高質(zhì)量的音頻技術(shù)不可或缺。在音樂手機(jī)這類多媒體手機(jī)中,，D類音頻放大器是最合適的方案,，它具有效率高、發(fā)熱少,、功耗低,，電池使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。而線性AB類放大器則擁有低成本優(yōu)勢,。但是不論是D類功放,，還是AB類功放都需要貼近手機(jī)的實(shí)際應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)了很多需要解決的問題,，而只有解決了這些問題才能使D類功放真正得以大量推廣,。本文討論了手機(jī)上常用的單聲道D類功放容易出現(xiàn)的問題，并介紹埃派克森小功率D類功放A7013如何解決這些問題,。

增益變化過高導(dǎo)致喇叭損壞

        手機(jī)上常用的單聲道D類功放采用外接輸出電阻(如圖1)調(diào)節(jié)增益,，由于增益誤差引起喇叭損壞，這個(gè)問題已逐漸引起手機(jī)廠商的關(guān)注,。近期,，國內(nèi)多家知名手機(jī)制造商均有反饋，在手機(jī)設(shè)計(jì)中采用大增益單聲道D類功放,，終端客戶大音量播放聲音,，長期使用有損壞喇叭的現(xiàn)象，即使更換了包括國外大廠在內(nèi)的其他芯片,，問題仍沒有得到明顯改善,。后來改用埃派克森微電子的D類功放A7013，返修現(xiàn)象大幅下降近８０％,。

        眾所周知,，半導(dǎo)體工藝很難獲得絕對值準(zhǔn)確的電阻，通常使用的多晶硅電阻的絕對值變化率為±20％,，而外部電阻相對來說絕對值較為精準(zhǔn),。因此當(dāng)客戶使用大增益工作的時(shí)候，增益容易偏移出喇叭的最大功率范圍,，從而引起喇叭損壞,。而半導(dǎo)體工藝中很容易獲得電阻相對值匹配的精準(zhǔn)，刻意匹配布局就能很容易達(dá)到0.1％的匹配精度,，我們可以利用這一點(diǎn)來避免由于內(nèi)部電阻偏移引起的增益偏移,，具體方案如下： 
  

圖1 傳統(tǒng)增益設(shè)置, 圖2 改進(jìn)后的增益設(shè)置

        方案一：如圖2所示，在保證外部增益可控的同時(shí),，片內(nèi)保留10k輸入電阻,。(以下假設(shè)片外電阻不會有絕對值偏差)

        假設(shè)如圖1中300k芯片內(nèi)部電阻偏移20％，則增益會偏移20％,，正常15倍的增益會偏移12到18倍,，因此功率會超過額定功率。

        Gainmax＝300×120％/20＝18＝15×(1＋20％) 
        Gainmin＝300×80％/20＝12＝15×(1－20％)

        如果采用如圖2改進(jìn)后的增益設(shè)置,，同樣假設(shè)300k電阻偏移20％,，則內(nèi)部10k電阻也會同比例偏移20%(由于匹配精度可以達(dá)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％)

        所以改進(jìn)后的方案中,，增益最大值偏移9.1％,，增益最小值偏移11.1％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于改進(jìn)前20％的偏移水平,。
 
        方案二： 

        通過犧牲芯片成品率的方式,，將芯片篩選到電阻漂移10％，同樣改進(jìn)后的方法也會獲得更精準(zhǔn)的增益上限,，從而避免了手機(jī)廠商增益向大偏移而引起的喇叭損壞,。 

        方案三： 

        產(chǎn)品也可以通過自動增益控制(AGC)來實(shí)現(xiàn)，大功率時(shí)避免燒壞喇叭,。但這種方案通常成本大大提高,。

        由此可見，對于D類功放IC設(shè)計(jì)公司來說,，方案一不會增加成本,，并且手機(jī)生產(chǎn)廠商在應(yīng)用時(shí)，也可以避免由于增益偏移而使喇叭頻頻被損壞的現(xiàn)象,。A7013結(jié)合了方案一和方案二的優(yōu)點(diǎn),，在同類產(chǎn)品中唯一實(shí)現(xiàn)了成功而成熟的方案。

        此外,，針對喇叭損壞的問題,，通過研究手機(jī)喇叭的響應(yīng)頻段可以發(fā)現(xiàn)，手機(jī)喇叭只能響應(yīng)300Hz以上的頻段,，這就導(dǎo)致300Hz以下頻段的功率都作為熱損耗掉了,。改變輸入電容可以改變輸入信號帶寬，濾除不能被喇叭響應(yīng)的頻段功率,，從而降低了峰值功率,，對喇叭的可靠性也有一定影響。

改善外部噪聲干擾

        圖2中給出的方案對于改善噪聲干擾也有一定的優(yōu)勢,。在圖1中,，如果客戶布局不慎，在運(yùn)放輸入端耦合微弱噪聲，則該噪聲會被以運(yùn)放開環(huán)增益(上萬倍)的倍數(shù)放大,，在喇叭中就會出現(xiàn)聽得到的耦合噪聲,。而采用圖2中的方案，只要芯片內(nèi)部在運(yùn)放輸入端做相應(yīng)考慮,，則在外部輸入引腳引入的微弱噪聲只能放大幾十倍,，從而大大方便了客戶在這部分的布局。

改善功放音效

        近年來人們對于D類功放的通常印象是高電源效率和較差的音質(zhì),，針對D類功放的音質(zhì),，業(yè)界一直有爭論，埃派克森A7013采用自主專利的增強(qiáng)反饋架構(gòu)(EFS)改善D類功放的音質(zhì),。做到高電源效率的同時(shí),，又極大改善了D類功放的失真，從而使得D類功放在音質(zhì)和效率方面都獲得極大優(yōu)勢,。

        如圖3和表1,，可以看出EFS技術(shù)改善D類功放失真的作用，在整個(gè)功率范圍內(nèi)采用EFS技術(shù)的A7013失真均做到了最低,；同時(shí)由于高功率THD＋N的改善,，A7013在1％以下失真的最大功率方面也有突出表現(xiàn)。
 

圖3 采用EFS方案對THD＋N的改善,。(圖中所引用數(shù)據(jù)均來自產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊)

表1 采用EFS方案其他性能的改善,。(表中所引用數(shù)據(jù)均來自相應(yīng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊)

本文小結(jié)

        埃派克森D類功放A7013在保持其高效率、低失真的同時(shí),，考慮了客戶具體應(yīng)用中的問題,，在可靠性和性能方面提供了完善的解決方案。A7013 具有WCSP9和DFN8兩種封裝,，已經(jīng)在手機(jī)設(shè)計(jì)廠商和品牌客戶中大量應(yīng)用,。