音频系统在手机与个人数字助理 (PDA)中的应用与探讨

文章摘要：音频功率放大器在便携式产品中的考虑因素1)较高的PSRR必须具有较高的Power supply rejection ratio (PSRR)，可以避免受到电源与布线噪声的干扰。2)快速的开关机(Fast turn on & off)拥有长时间的待机时间，是手机或个人数字助理的基本要求，AB 类音频放大器的效率约为50%至60%，D类音频放大器的效率可达85%至90%。不管使用何种音频放大器，为了节省功率消耗，在不需要用到音频放大器时，均需进入待机状态。然而当一有声音出现时，音频放大器必须马上进入开机状态。3)无“开关/切换噪音” (Click & Pop) 开关/切换噪音” 常出现于音频放大器

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音频功率放大器在便携式产品中的考虑因素

1)较高的PSRR

必须具有较高的Power supply rejection ratio (PSRR)，可以避免受到电源与布线噪声的干扰。

2)快速的开关机(Fast turn on & off)

拥有长时间的待机时间，是手机或个人数字助理的基本要求，AB 类音频放大器的效率约为50%至60%，D类音频放大器的效率可达85%至90%。不管使用何种音频放大器，为了节省功率消耗，在不需要用到音频放大器时，均需进入待机状态。然而当一有声音出现时，音频放大器必须马上进入开机状态。

3)无“开关/切换噪音” (Click & Pop)

开关/切换噪音” 常出现于音频放大器进入开关机时，或是由待机回复至正常状态，或是217 Hz手机通信信号时。手机或个人数字助理的使用者绝不会希望听到扰人的噪音，将“Click & Pop”消除电路加入音频放大器中，是必备条件。

4）较低的工作电压

为增长电池使用时间，常需低至1.8V，仍可工作。

5）低电流消耗与高效率

使用CMOS工艺的IC，可降低电流消耗。有时需选择D类音频放大器，目的是延长手机或个人数字助理的工作时间。

6）高输出功率

在相同工作电压下具有较高的输出功率，即输出信号的摆幅越接近Vcc与GND时，其输出功率越高。

7）较小的封装 (uSMD)

手机或个人数字助理的外观越来越小巧，使得IC封装技术越来越重要，uSMD为现今较常用到的封装技术。

输出功率的计算

单端式(Single-end)放大器如图1所示，其增益为:

Gain = Rf/Ri

Rf：反馈电阻，Ri：输入电阻

由输出功率 = (VRMS)2/Rload，VRMS= Vpeak /21/2

因此单端式(Single-end)放大器输出功率=(Vpeak)2/2Rload

桥接式(BTL)放大器如图2所示，由两个单端式(Single-end)放大器以相差180 组成，故其增益为：

Gain = 2Rf/Ri

Rf：反馈电阻，Ri：输入电阻

由输出功率 = (VRMS)2/Rload，桥接式VRMS= 2 Vpeak /21/2

图1 单端式(Single-end)放大器

因此：桥接式输出功率 = 2 (Vpeak)2/Rload= 4 单端式放大器输出功率

图2 桥接式放大器与作用于喇叭正负端的波形

输入与输出耦合电容值的选择

如图1，输入电阻与输入耦合电容形成一个高通滤波器，如欲得到较低的频率响应，则需选择较大的电容值，关系可用以下公示表示。

fC = 1/2 (RI)(CI)

fC：高通滤波截止频率，RI：输入电阻

CI：输入耦合电容值，此电容用来阻隔直流电压并且将输入信号耦合至放大器的输入端。

在移动通信系统中，由于体积的限制，即使使用较大的输入耦合电容值，扬声器通常也无法显示出50Hz以下的频率响应。因此，假设输入电阻为20K ，只需输入耦合电容值大于0.19 F即可。在此状况下，0.22 F 是最适当选择。

就输出耦合电容值的设定而言，同图1中，如欲得到较佳的频率响应，电容值亦需选择较大的容值，关系可用以下公式表示：

fC=1/2(RL)(CO)

fC：高通滤波截止频率，RL：喇叭(耳机)的电阻，CO：输出耦合电容值

例如，当使用32 的耳机，如希望得到50Hz 的频率响应时，则需选择99 F的输出耦合电容值。在此状况下，100 F是最适当选择。

散热(Thermal)考虑

在设计单端式(Single-end)放大器或是桥接式(BTL)放大器时，功率消耗是主要考虑因素之一，增加输出功率至负载，内部功率消耗亦跟着增加。

桥接式(BTL)放大器的功率消耗可用以下公式表示:

PDMAX_BTL= 4(VDD)2/(2 2RL)

VDD：加于桥接式(BTL)放大器的电源电压，RL ：负载电阻

例如，当VDD=5V，RL=8 时，桥接式放大器的功率消耗为634mW。如负载电阻改成32 时，其内部功率消耗降低至158mW。

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