消費應用立體聲耳機放大器設計挑戰暨“真實接地”方案

　　相比較而言，真實接地輸出設計體現出更多的應用優勢，如支持立體聲耳機，無需大解耦電容，從而節省電路板空間及避免大電容可能較貴的成本，改善低頻響應性能，并提高電源抑制比(PSSR)。此外，包括音頻和直流偏置在內的所有信號的參考電平相同，將串擾減至最小，并支持帶4點插孔(4 points jack)的標準附件。特別是采用這種設計的放大器更易于實現靜電放電(ESD)/電磁干擾(EMI)保護。當然，采用真實接地也會付出占位面積方面的代價，這種立體聲放大器會比常規立體聲放大器尺寸大50%。但綜合來看，真實接地立體聲耳機放大器為客戶提供更多的應用優勢，成為客戶理所當然的選擇。

　　“真實接地”輸出段設計的挑戰及解決方案

　　不過，對設計人員而言，立體聲耳機音頻放大器輸出段真實接地設計并不容易。因為與虛擬接地等其它設計支持單電源工作不同，真實接地設計中，放大器需要采用雙電源工作，即同時需要正電源電壓和負電源電壓，而負電源電壓的產生并非易事。

　　可以考慮兩種方案來產生負電壓。一是利用電感式降壓轉換器，二是利用電荷泵。電感式降壓轉換器采用電感作為儲能及傳遞能量的介質(見圖2a)。這種方案中，MOSFET導通時，電感充電，充電電流方向如紅色線條所示，此時肖特基二極管截止;MOSFET關閉時，肖特基二極管導通，電感放電，放電電流方向如藍色線條所示，同時給電容充電。由于電容正極接地，故給電容的充的電壓為負電壓，即輸出為負電壓。這種產生負電壓的方案效率極高，且能提供大電流，但其問題在于所采用的電感跟在輸出段移除的電容尺寸一樣大、價格一樣貴，即不能體現出減小電路板占用空間和降低成本的優勢。

　　電荷泵式轉換器常用于反壓型直流-直流(DC-DC)轉換，即輸入正電壓，輸出負電壓，電路中采用電容作為儲能及傳遞能量的介質。這種方案中包含4個開關及2個電容(C1和C2)，見圖2b。如圖所示，C1左側的兩個開關導通時，右側的兩個開關關閉，C1充電(見紅色線條);下一個時序時，C1左側的兩個開關關閉，右側的兩個開關導通，C1放電，并給電容C2充電。由于C2正極接地，故C2上充的電壓是負電壓，即輸出負電壓。如今便攜電子產品中電荷泵電路的開關頻率越來越高，故不需要使用尺寸大、價格貴的大電容。這便是電荷泵方案的一大優勢，其它優勢還包括在產生負電壓時效率極高，這些優勢讓其在產生負電壓

　　方面備受青睞。不過，在實際應用中，還要注意一些問題，如要使用隔離晶體管，防止結二極管導電;且需要其它功能來恰當偏置隔離晶體管，確保結二極管反向偏置。

　　從電源架構來看，“真實接地”立體聲耳機音頻放大器采用“穩壓器(如電荷泵式轉換器)+放大器”架構(見圖3)，這種架構的電源抑制比(PSSR)比音頻放大器直接連接在電池正極電壓(Vbat)與電池負極電壓(-Vbat)之間的系統高。而對便攜消費類產品而言，音頻放大器必須具有較高的PSSR，從而避免受到電源與布線噪聲的干擾。

　　圖2：兩種負電壓產生方案的電路原理圖。