耳機放大器架構設置全新解決方案(二)

　　圖 6. AB 類接地置中耳機示意圖

　　G 類放大器一般使用多個電源電壓，以發揮比 AB 類放大器更高的效率。在本例中，TI 最新的 G 類 DirectPath 放大器 （TPA6140A2） 首先將電池電壓降低至較低的電壓值，然后切換至低信號強度的低供應電壓 （1.3V），并且只有在信號強度超出該低電源電壓軌時，才切換至較高的電源電壓 （1.8V）。這些適應性電源電壓軌的升降速度高于音頻，因此可避免失真或削波。此外，由于一般聆聽的音頻低于 200mVRMS，因此電源電壓通常是最低值 （亦即 1.3V），并且提供優于上述 AB 類放大器的效率。在音頻的無噪聲階段期間，整個電源軌的電壓會降低，而且信號相當小。當音頻變得大聲時，放大器會切換至較高的電源軌，然后切換回較低的電源軌，導致整個輸出 FET 的電壓降幅縮小。圖 7 的紅色箭頭表示此電壓降幅。

　　圖 7. G 類接地置中耳機放大器運作

　　其中的技巧是設計將電池電壓降低至較低電壓的放大器，并使用適應性電源軌 （分別有負電源軌） 降低播放音樂時整個輸出 FET 的電壓降幅。其中一種實現這類放大器的方式是，使用電荷泵作為圖 8 所示的步降區塊。某些工程人員偏好這類做法，原因在于步降電荷泵僅需要相對較小的飛馳電容（flying capacitor） （1μF 至 2.2μF），而這也是相對較小的組件

　　圖 8. 含電荷泵步降轉換器的 G 類接地置中耳機簡化示意圖

　　這類解決方案的主要缺陷是電荷泵的效率極差，而且這類解決方案無法令電池使用時間延長。較好的做法是整合 DC/DC 步降轉換器，以有效降低裝置的內部電源電壓，并減少電池電流。

　　圖 9. 含 DC/DC 步降轉換器的 G 類接地置中耳機簡化示意圖

圖 9 顯示 G 類接地置中耳機簡化示意圖。假設放大器的靜態電流遠小于流向負載的電流，即可推估電池電流是輸出電流的分數 （見等式 4）。同樣地，隨著音頻的變化，整個輸出 FET 的電壓降幅也會變動。此裝置的功率損耗是電壓降幅乘以電池電流 （IBATT） 的分數 （VDD/VBATT） 所得的乘積，因此，此裝置將散失較少的功率。

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　　使用此解決方案的 G 類 DirectPath 耳機放大器為 TPA6140A2。此解決方案需要將外部電感用于步降轉換器，但是，由于輸出電流相當小，而且降壓轉換器的切換頻率相對較高，因此可使用相當小的芯片電感，也就是 2.2uH 、 800mA 的 0805 尺寸電感。這能夠使解決方案的效率提高，而沒有上述電荷泵方法的電路板空間不足的缺點。