耳機(jī)放大器的要求
---耳機(jī)放大器主要用于使攜式音頻裝置中,，它與其他便攜式電子產(chǎn)品一樣,，要求器件具有低工作電壓、低功耗,、小尺寸封裝,。耳機(jī)放大器還有自身的技術(shù)參數(shù)要求，要求總諧波失真加噪聲(THD+N)小,、電源變動(dòng)抑制率(PSSR)高,、信噪比(SNR)高、效率高等,。不同的放大器還有不同的附加功能,，如內(nèi)置數(shù)字音量控制、內(nèi)置DAC等,。具體性能指標(biāo)如下,。
● 輸出功率POUT
---耳機(jī)放大器輸出功率較小，一般為20～100mW(實(shí)際輸出功率與工作電壓大小有關(guān),，并且與負(fù)載電阻大小及THD+N大小有關(guān)),。立體聲耳機(jī)的負(fù)載電阻一般為16Ω或32Ω，負(fù)載電阻小的輸出功率大一些,。
● THD+N
---THD+N的指標(biāo)一般在0.01%～0.2%的范圍內(nèi),，Hi-Fi級(jí)則小于0.01%。該指標(biāo)與負(fù)載電阻RL大小及輸出功率POUT大小有關(guān),，若RL不同,、POUT不同，則其指標(biāo)有較大差別,。例如,，同一耳機(jī)放大器，在RL=32Ω,，POUT=12mW,，f=1kHz時(shí)，THD+N=0.006%;而在RL=16Ω,、POUT=15mW,，f=1kHz時(shí)，THD+N=0.015%,。所以在比較不同耳機(jī)放大器的THD+N指標(biāo)時(shí),，必須在基本條件相差不多時(shí)才有可比性,。
● SNR
---SNR一般在60～90dB范圍內(nèi)，其大小與POUT有關(guān),，有一些產(chǎn)品的SNR可達(dá)到100dB左右,。
● PSRR
---PSRR高的耳機(jī)放大器,，其性能受電源電壓變動(dòng)的影響小(PSRR高的放大器可以不需穩(wěn)壓電源供電),。PSRR一般為60～80dB，性能好的可達(dá)90dB,?！ ?/p>
降低工作電壓
---為減小便攜式產(chǎn)品的體積和重量，最有效的辦法是采用能量密度高,、體積小的鋰離子電池,，但鋰離子電池價(jià)格貴。采用1～2節(jié)堿性電池或充電電池來(lái)供電,，則制造和使用成本會(huì)減少很多,。近年來(lái)，一些廠商開(kāi)發(fā)出僅用1節(jié)電池供電的耳機(jī)放大器(1節(jié)5#或7#堿性電池或鎳氫,、鎳鎘電池)更受到消費(fèi)者歡迎,，其工作電壓為0.9V～1.8V，既可用1節(jié)堿性電池,，也可用1節(jié)充電電池供電,，使一些低檔MP3播放機(jī)的成本大幅下降，銷(xiāo)售量隨之大增,。
---由于是單電源供電,，耳機(jī)放大器輸出的電壓幅值受到工作電壓的影響。雖然可采用輸出滿幅值(rail-to-rail)的放大器,，但1V工作電壓的輸出總是小于1V,。
---為了降低工作電壓，還要保證足夠大的輸出電壓幅值,，在耳機(jī)放大器中集成了一個(gè)電壓反轉(zhuǎn)的電荷泵電路,，使輸入的VDD轉(zhuǎn)換成-VDD，則耳機(jī)放大器由單電源供電變成正負(fù)電源供電,，輸出電壓幅值增大了一倍,，如圖1所示。
減少外圍元件的措施
---德州儀器公司的TPA611xA2耳機(jī)放大器的典型應(yīng)用電路如圖2所示,。放大器內(nèi)部的兩個(gè)325kΩ電阻組成分壓器,，提供兩個(gè)通道運(yùn)放的偏置電壓(1/2VDD)，并有關(guān)閉控制(SHUTDOWN)端(低電平有效),，實(shí)現(xiàn)關(guān)閉放大器,，使耗電小于10μA,。
---減少外圍元件，不但可節(jié)省印刷電路板面積,，還能改善性能,。圖3所示是德州儀器公司2004年8月推出的耳機(jī)放大器TPA4411的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外圍元件。TPA4411采用固定增益(AV=-1.5V/V),，無(wú)需輸出隔直電容器,，簡(jiǎn)化外圍元件，并且有如下的優(yōu)點(diǎn)：減少PCB板面積;降低元器件成本;改善THD+N性能;無(wú)需考慮輸出電容器對(duì)低頻響應(yīng)的影響,。圖2與圖3相比,，減少了4個(gè)增益設(shè)置電阻，省掉兩個(gè)輸出電容器,。
---為解決不同音頻裝置對(duì)放大器增益的要求,，美信公司(MAXIM)于2004年11月推出了耳機(jī)放大器MAX9725，有不同增益供用戶(hù)選擇,，MAX9725A,、MAX9725B、MAX9725C和MAX9725D的增益分別為 -2V/V,、-1.5V/V,、-1V/V和-4V/V。從圖1中也可看出新型耳機(jī)放大器減少外圍元件的情況,。
增加附加功能
---性能良好的耳機(jī)放大器中一般有關(guān)閉控制,、過(guò)熱保護(hù)及短路保護(hù)、抑制開(kāi)機(jī)/關(guān)機(jī)噪聲(咔啦聲及爆裂聲),、靜噪籌功能,。新型耳機(jī)放大器還增加了其他附加功能，如數(shù)字式音量控制(有I2C接口及數(shù)字音量電路),、內(nèi)置DAC,、左右通道線輸出等。
---MAX9850是美信公司2004年11月推出的帶DAC的耳機(jī)放大器,，并有立體聲線輸出,。該器件采用單電源1.8～3.6V供電;在1.8V供電時(shí)可輸出30mW;無(wú)需輸出電容;PSRR在1kHz時(shí)為91dB;時(shí)鐘頻可達(dá)40MHz;靈活的I2S兼容數(shù)字音頻接口;I2C耳機(jī)音量及靜噪控制;立體聲線輸入及輸出;無(wú)咔啦聲及爆裂聲;兩線制(I2C)兼容控制接口;28管腳QFN封裝。該器件主要應(yīng)用于MP3播放器,、便攜式多媒體播放器,、手機(jī)、智能電話,，便攜式DVD等,。
---MAX9850的典型應(yīng)用電路如圖4所示。圖4中，立體聲耳機(jī)可插入HPL,、HPS,、HPR耳機(jī)插座中。另外,，由OUTL,、OUTR線輸出經(jīng)0.47μF輸入電容器，輸入到MAX9701功率放大器,，驅(qū)動(dòng)左右兩揚(yáng)聲器,。
---日本JRC公司推出的NJW1109是一種有電子音量控制的耳機(jī)放大器，圖5是該器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,，由微處理器經(jīng)SDA,、SCL來(lái)控制音量,。該器件內(nèi)置1/2V+偏置電路(Bias)在Vref端外接10μF旁路電容,。INa、INb為音頻信號(hào)輸入,，OUTa,、OUTb為兩路輸出(接立體聲耳機(jī))。SDA為I2C總線數(shù)據(jù)輸入,，SCL為I2C總線時(shí)鐘輸入,，ADR為I2C總線從地址選擇端。該器件有14管腳DIP封裝,、DMP封裝及SSOP封裝,。
采用D類(lèi)高效放大器
---D類(lèi)開(kāi)關(guān)型音頻放大器的效率高，一般用于輸出功率為數(shù)瓦或數(shù)十瓦的功率放大器中,。為了延長(zhǎng)電池的壽命,，減少功耗，在新型移動(dòng)電話,、PDA,、便攜式音頻裝置中也采用了這類(lèi)放大器。例如,，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司在2004年5月推出的LM4666是高效立體聲1.2W開(kāi)關(guān)型音頻放大器,，在工作電壓為3V，負(fù)載電阻RL=8Ω,，輸出功率POUT=100mW時(shí),，其效率典型值可達(dá)79%。典型應(yīng)用電路如圖6所示,。
---該器件特點(diǎn)包括：無(wú)須輸出濾波器;可選擇6dB或12dB的增益;外圍元件少;有“咔啦”,、“爆裂聲”抑制電路;有微功耗關(guān)閉控制;有短路保護(hù);小尺寸14腳SDA封裝。增益選擇(GAIN SELECT)端接高電平時(shí)增益為6dB，接低電平時(shí)為12dB,。SHUTDOWN端接低電平時(shí)為關(guān)閉,。