應(yīng)用于消費(fèi)產(chǎn)品的新一代立體聲耳機(jī)放大器

1、    應(yīng)用于消費(fèi)產(chǎn)品的新一代立體聲耳機(jī)放大器    應(yīng)用于消費(fèi)類產(chǎn)品的新一代立體聲耳機(jī)放大器    類別：模擬技術(shù)      真實(shí)接地放大器 一般來(lái)講，耳機(jī)放大器的輸出級(jí)有四種接法：第一種是真實(shí)接地的接法，這種解法不需要隔直電容，也不需要兼容立體聲耳機(jī)，但需要雙電源供電；第二種接法是橋接負(fù)載，這種接法只需要單電源供電，但不兼容立體聲耳機(jī)，它的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍比較大，可以達(dá)到兩倍的VDD；第三種接法是電容耦合接法，這種

2、接法兼容立體聲耳機(jī)，采用單電源供電，但需要一個(gè)體積較大、價(jià)格比較昂貴的隔直電容，而且高通濾波效果不好；第四種接法是虛擬接地的接法，這種接法中沒有耦合電容，也是單電源供電，但如果有麥克風(fēng)，也不能兼容立體聲耳機(jī)。 真實(shí)接地是用戶理所當(dāng)然的選擇。這是因?yàn)椋紫人恍枰蟮母糁彪娙?，這種大的隔直電容一般在47F以上，尺寸較大，而且可能比較貴，同時(shí)這種接法也不能提供一個(gè)好的高通濾波器。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所有信號(hào)的參考電平都相同，不管是對(duì)麥克風(fēng)來(lái)講還是對(duì)左右聲道的耳機(jī)輸出來(lái)講，其參考都是對(duì)地進(jìn)行參考，所以各個(gè)通道之間的串?dāng)_可以達(dá)到最小，兼容4點(diǎn)的耳機(jī)接口，也可用于電視、汽車或者計(jì)算機(jī)等應(yīng)用。第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其ESD

3、和EMI保護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單。雖然真實(shí)接地的耳機(jī)放大器比較好，但是對(duì)于IC設(shè)計(jì)人員而言，并不是很容易。這是由于真實(shí)接地的耳機(jī)放大器需要正負(fù)兩路電源供電，而對(duì)于便攜式產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，一般都是直接從電池供電，不會(huì)提供一路負(fù)電源，那么耳機(jī)放大器如何產(chǎn)生這路負(fù)電源呢？ 圖1 NCP2811A真接地耳機(jī)放大器原理圖 耳機(jī)放大器產(chǎn)生負(fù)電源通常有兩種方案，第一種是基于電感式的反相器，這種電路的效率比較高，能提供非常大的電流，但是電感的體積仍然很大，成本也很高，而且產(chǎn)生EMI的可能性相對(duì)比較大。第二個(gè)方案是采用電荷泵的反相器，這種電荷泵反相器的效率也比較高，而且也不需要外部的大電容，不論是輸出電容還是泵電容，都是采用040

4、2的封裝，2.2F就足夠了。采用電荷泵反相器輸出負(fù)電壓另一個(gè)要考慮的問(wèn)題是需要采用隔離二極管來(lái)防止結(jié)二極管導(dǎo)電。所以它需要其他電路來(lái)適當(dāng)?shù)钠酶綦x晶體管，確保二極管是反向偏置的。 圖2 輸出端ESD保護(hù)電容 圖3 基本常規(guī)設(shè)計(jì) 如果音頻放大器采用“穩(wěn)壓器+放大器”的架構(gòu)供電，它的電源抑制比（PSRR）一般比較高，比音頻放大器直接連接的Vbat和-Vbat之間的系統(tǒng)高。如放大器本身的PSRR可以達(dá)到-70dB，穩(wěn)壓器的PSRR本身可以達(dá)到-70dB，那么采用“穩(wěn)壓器+放大器”的架構(gòu)的話，它的PSRR的理論值可以達(dá)到140dB。實(shí)際上Vbat和音頻放大器的集成耦合降低了PSRR的理論值，但整個(gè)系統(tǒng)

5、的PSRR仍然有可能達(dá)到-90dB到-100dB。綜上所述，我們知道真實(shí)接地的放大器也是有代價(jià)的，因?yàn)檎鎸?shí)接地放大器需要內(nèi)部包含轉(zhuǎn)換模塊，必然導(dǎo)致芯片尺寸的增加，各個(gè)增加部分的面積占整個(gè)硅晶片的比例大概是：反相器3.3%、電荷泵30%，布線和劃片槽所占的面積也會(huì)因此而增加。所以真實(shí)接地的立體聲耳機(jī)放大器比常規(guī)立體聲放大器的尺寸大50%左右。 安森美半導(dǎo)體真實(shí)耳機(jī)放大器NCP2811 NCP2811是一個(gè)立體聲耳機(jī)放大器，可以為16的負(fù)載提供100mW的輸出，而且THD+N小于0.01%。同時(shí)NCP2811有兩個(gè)版本：NCP2811A是外部可調(diào)增益版本，NCP2811B是固定增益版本。這兩種版本

6、同時(shí)提供?Bump 12引腳封裝，芯片的整個(gè)封裝尺寸只有1.5mm×2mm，0.5mm的管腳間距，同時(shí)也提供QFN 3×3的封裝，芯片內(nèi)部集成了Click Noise消除電路，可以有效地抑制Pubclic Noise。 圖1為NCP2811A的框架原理圖。左上角為產(chǎn)生負(fù)電源的Pop模塊，左邊中間是Pob Clicke消除電路，左下角是外部增益設(shè)置的電路，包括反饋電阻、輸入電阻和輸入電容。右邊為兩個(gè)輸出，采用真實(shí)接地的接法，不需要隔直電容。 NCP2811B與NCP2811A的主要區(qū)別在于它將增益設(shè)置放到了內(nèi)部。芯片內(nèi)部已經(jīng)集成了反饋電阻和輸入電阻，因此電路的外圍只需要提供輸

7、入電容就可以了。 圖4 基本虛擬接地設(shè)計(jì) 圖5 基本的真實(shí)接地設(shè)計(jì) NCP2811A/B特性 真接地耳機(jī)放大器 - 省去2個(gè)外部隔直流(DC blocking)大電容 - 能夠使用4點(diǎn)連接器，麥克風(fēng)和耳機(jī)使用相同接地引腳 提供內(nèi)部增益版本(B)或可調(diào)節(jié)增益版本(A) 零爆音噪聲電路 高PSRR(-100dB) 低噪聲放大器(7 ?Vrms AW)，信噪比(SNR) = 105dB CSP-12引腳1.5mm×2mm封裝 NCP2811關(guān)鍵性能測(cè)試 THD+N 首先測(cè)試NCP2811的總諧波失真（THD）和噪聲（N），即THD+N?？梢钥吹剑?V供電時(shí)，它的最大輸出功率可以達(dá)到110

8、mW，所以它的驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)。同時(shí)它在16的負(fù)載以及32mW的測(cè)試條件下，只有0.015%的THD+N。 PSRR 在電源供電為3.6V時(shí)，在217Hz處其PSRR在-100dB以下。不論是左聲道輸出還是右聲道輸出，它的PSRR都在-100dB以下。 串?dāng)_ 在測(cè)試條件為Vbat=3.6V的情況下，可以看到無(wú)論是左聲道對(duì)右聲道，還是右聲道對(duì)左聲道，它的串?dāng)_都在-80dB以下。 輸出對(duì)地保護(hù) NCP2811器件集成了內(nèi)部短路保護(hù)功能，如果兩個(gè)輸出對(duì)地有短路狀況存在的話，內(nèi)部自動(dòng)會(huì)啟動(dòng)一個(gè)短路保護(hù)，這時(shí)每個(gè)輸出管腳對(duì)地的電流不會(huì)超過(guò)300mA。 NCP2811外部元件的選擇 對(duì)于NCP2811A進(jìn)行增

9、益設(shè)定所需要的電阻包括反饋電阻和輸入電阻，用來(lái)設(shè)定NCP2811A的閉環(huán)增益，建議將閉環(huán)增益設(shè)定在1至10之間，對(duì)于輸入電容來(lái)講，Rin和Cin是作為一個(gè)高通濾波器來(lái)使用的，選擇適當(dāng)?shù)腃in，使Cin和Rin的低通濾波器截止頻率低于20Hz。可按照如下公式計(jì)算： 閉環(huán)增益 輸入電容Fc=1/2RinCin 對(duì)于NCP2811B，它的內(nèi)部集成輸入電阻是20K，所以按照20K選擇輸入電容。 在電荷泵電容選擇方面，推薦使用低等效串聯(lián)電阻（ESR）的陶瓷電容（建議X7R或X5R）。在負(fù)電壓產(chǎn)生期間，泵電容(又稱飛跨電容)傳遞能量。輸出電容（Cpvm）要大于等于泵電容，最小的最小的泵電容電容 (Cfly

10、)和Cpvm的值是1?F(0402封裝尺寸)。對(duì)于輸入電容，推薦低ESR的陶瓷電容(建議X7R或X5R)，建議最低選擇1?F的電容值。 NCP2811是高性能運(yùn)算放大器，所以驅(qū)動(dòng)電容性負(fù)載時(shí)運(yùn)算變壓器會(huì)變得不太穩(wěn)定。如果在實(shí)際設(shè)計(jì)中需要電容性ESD保護(hù)，建議在NCP2811輸出與ESD保護(hù)之間串聯(lián)一個(gè)10電阻，將電容性負(fù)載效應(yīng)降至最低，如圖2所示。 耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選型指南 常規(guī)的耳機(jī)放大器是需要隔直電容的，如圖3所示，從左側(cè)看，它需要輸入電容、輸入電阻和反饋電阻來(lái)設(shè)定它的增益和高通截止頻率，同時(shí)它的內(nèi)部也集成了一個(gè)噪聲消除電路，并提供一個(gè)1/2Vbat的偏置電壓。在芯片的右側(cè)有兩個(gè)輸出，通過(guò)隔直

11、電容后接到左右聲道的耳機(jī)上。在電容之前，在芯片上實(shí)際上是有一個(gè)直流偏置的，一般是在1/2VDD上面，但在電容之后，它實(shí)際上是一個(gè)純交流信號(hào)，不會(huì)有直流電平。 圖4所示為一個(gè)基本虛擬接地的設(shè)計(jì)。這種電路也是需要輸入電容、輸入電阻和反饋電阻來(lái)設(shè)定整個(gè)環(huán)路增益以及輸入高通濾波器的截止頻率。同時(shí)它內(nèi)部也需要集成一個(gè)偏置電壓，而且這個(gè)偏置電壓會(huì)提供兩個(gè)管腳接到耳機(jī)的反饋端，耳機(jī)實(shí)際上是接到了OUT_L和OUT_I之間，或者是OUT_R和REF_I之間。此時(shí)在耳機(jī)的兩端都有一個(gè)1/2VDD的直流電平存在，當(dāng)然，最后抵達(dá)到耳機(jī)的實(shí)際上是一個(gè)交流的音頻信號(hào)，而沒有一個(gè)直流偏置在上面。 圖5是一個(gè)基本的真實(shí)接地的耳機(jī)放大器，芯片的最左側(cè)實(shí)際上采用的是差分的輸入，所以會(huì)有四個(gè)輸入引腳，包括四個(gè)輸入電容。內(nèi)部包含一個(gè)多路器，同時(shí)也會(huì)集成一個(gè)負(fù)電源的供電部分，包括在框圖的左下角，有一個(gè)CHARGE PUMP模塊，在芯片的右下角提供了一個(gè)控制接口，芯片中間偏右是兩個(gè)放大器。右側(cè)耳機(jī)