選擇合適放大器提高便攜電子產品揚聲器效率分析

隨著時間的推移，便攜式設備音頻放大電路的使用模型已經得到了長足的發展。例如：在蜂窩電話的主要功能還是簡單地從靠近耳朵的揚聲器再現語音時，聽筒僅需非常小的功率。另外，像總諧波失真（THD）、噪聲和信噪比（SNR）等音頻質量也很少需要考慮。

　　語音一般由高峰值因數、低占空比的信號組成，因此，語音需要很低的平均功率，而在效率方面則無需多加考慮。由于射頻和顯示功能在蜂窩電話的總功耗中占主要部分，因此大多數效率問題都涉及非音頻電子元器件。

　　但最近，蜂窩電話和其它便攜式電子產品都集成了聽筒、耳機揚聲器和近場揚聲器（用于免提操作）。另外，再現音樂（MP3文件）和電影聲道也給音頻通道帶來了沉重的負擔。結果，音頻通道的功耗不再是枝節問題，而是成為了功率泄漏的主要渠道。而且，低保真度的聲音再現也成為了過去時，如今的音頻傳輸要求100dB以上的信噪比和小于0.1%的總諧波失真。

　　耳機放大器

　　聲學音頻功率放大器一般分成兩種工作類型：耳機放大器（HPA）和揚聲器放大器（SPA）。耳機放大器必須驅動32Ω或16Ω揚聲器高達30mW，并且還要保持非常高的音頻質量（典型值是105dB SNR，0.01%THD和20kHz帶寬）。不過，對耳機應用來說，30mW是一個非常高的輸出功率，它高到足以使人感到疼痛。典型的收聽電平在100μW至1mW之間。

　　在32Ω負載上產生30mW功率需要1.4V的峰值信號擺幅，同時，還要為IR壓降準備額外的余量。因此，通常使用±1.8V的供電電壓來達到30mW的輸出功率。

　　典型的耳機線纜包含3根：兩根分別用于左右驅動信號，另一根則用于公共的返回地。此外，還可能需要增加其它線路用于音量控制、靜音或麥克風輸出。在這樣的配置下，立體聲耳機放大器必須采用單端輸出。

　　但是如果供電采用單電壓軌，這將導致很大的直流偏置問題。為了避免使用大的交流耦合電容，大多數耳機放大器采用分離電源供電，即通常用一個片上逆變電荷泵產生負電壓軌。

　　大多數耳機放大器采用線性放大器（例如：A/B類輸出級的變體）來實現耳機放大器所要求的高品質音頻性能。傳統的A/B類放大器由A類和B類工作模式組成。這類放大器一般設計為在低輸出功率時主要工作在A類。由于交越失真很小，所以A類狀態可以提供最佳的音頻性能。

　　B類工作模式在高輸出電平時生效，這時，它具有比A類更高的效率。但是，B類工作模式具有較高的交越失真。總之，A/B類放大器可以取得非常低的總諧波失真，因為交越失真大部分可以由閉環反饋衰減掉。

　　在恒定供電條件下，A/B類放大器效率正比于輸出電壓擺幅。為了挽回低輸出功率時的效率損失，可以使用“G類工作模式”技術來降低低電平信號時的電壓軌值。

　　需要用一個電路來檢測輸入信號電平。如果該電平超過一個預先確定的門限值，就可以根據需要將電壓軌抬高到更高的值。大多數G類放大器具有兩個電壓軌值：一個用于大信號擺幅的高軌值（VDD），以及一個用于低電平信號的只有VDD一小部分（如VDD的1/2）的低軌值。這樣，在滿刻度輸出功率1/4處的信號效率近似等于滿刻度功率信號時的效率。

　　G類工作模式的一個變體被命名為“H類工作模式”，此時供電軌隨著峰值信號要求連續變化。這樣可以最大限度地提高所有信號電平點的效率。但由于電路設計和工藝限制的原因，H類工作模式的最小電壓軌值是受限的。

　　一些制造商將術語“H類”套用到實際上是工作在G類的耳機放大器上。真正的H類工作模式在目前的IC耳機放大器中幾乎很少見到。