小功率D類方案A7013解決多媒體手機問題

增益變化過高導致喇叭損壞

手機上常用的單聲道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，這個問題已逐漸引起手機廠商的關注。近期，國內(nèi)多家知名手機制造商均有反饋，在手機設計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，半導體工藝很難獲得絕對值準確的電阻，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。因此當客戶使用大增益工作的時候，增益容易偏移出喇叭的最大功率范圍，從而引起喇叭損壞。而半導體工藝中很容易獲得電阻相對值匹配的精準，刻意匹配布局就能很容易達到0.1％的匹配精度，我們可以利用這一點來避免由于內(nèi)部電阻偏移引起的增益偏移，具體方案如下：

圖1 傳統(tǒng)增益設置, 圖2 改進后的增益設置

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

假設如圖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改進后的增益設置，同樣假設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％)

所以改進后的方案中，增益最大值偏移9.1％，增益最小值偏移11.1％，遠遠低于改進前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％，同樣改進后的方法也會獲得更精準的增益上限，從而避免了手機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)來實現(xiàn)，大功率時避免燒壞喇叭。但這種方案通常成本大大提高。

由此可見，對于D類功放IC設計公司來說，方案一不會增加成本，并且手機生產(chǎn)廠商在應用時，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，在同類產(chǎn)品中唯一實現(xiàn)了成功而成熟的方案。

此外，針對喇叭損壞的問題，通過研究手機喇叭的響應頻段可以發(fā)現(xiàn)，手機喇叭只能響應300Hz以上的頻段，這就導致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。