音頻放大器發(fā)展趨勢

王　瑩

摘要：在放大器中，音頻放大器是較為熱門的技術(shù)之一。ADI、NXP和歐勝公司解析了音頻放大器的熱點(diǎn)－D類放大器等產(chǎn)品趨勢與特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：D類放大器；AB類；H類；W類；EMI；濾波器

音頻放大器的趨勢：D類興起

越來越多的D類取代AB類

總體來說，D類放大器經(jīng)過近幾年的發(fā)展，已經(jīng)成功地運(yùn)用到了手機(jī)及一般便攜式產(chǎn)品中。D類放大器今后的發(fā)展一定會逐步取代普通的AB類產(chǎn)品，市場占有比例會越來越大。

ADI便攜式音頻產(chǎn)品線低功耗D類產(chǎn)品市場經(jīng)理張揚(yáng)舉例說，比如現(xiàn)在家庭音響應(yīng)用領(lǐng)域幾乎全部是用D類放大器。雖然在手機(jī)上，很大部分尤其是在低端的手機(jī)上還是用AB類多，但我們會看到越來越多的D類去取代AB類，盡管不會完完全全地取代。原因在于，在很多低端的產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，是延用舊的設(shè)計(jì)，或者說設(shè)計(jì)者不想花力氣去改變，所以對于D類放大器省電的優(yōu)勢不去考慮。在這種情況下，我們不會指望某一天D類會全部取代AB類，但是在相當(dāng)程度上，我們相信比例會越來越大。同時，ADI也在盡力來宣傳D類放大器省電和高效率的好處。

D類、H類和W類，選型需考量

作為專業(yè)音響芯片供應(yīng)商，歐勝(Wolfson)微電子有限公司地區(qū)市場經(jīng)理吳彥翔把市場更加細(xì)化，他指出，就音頻放大器來說，歐勝將這一市場劃分為兩個細(xì)分市場：一是輸出功率低于1W的低功率型，另一類是10W以上的高功率音頻放大器，這兩個部分針對兩種完全不同的市場。低功率通常專門針對采用電池供電的設(shè)備，如移動電話、PMP、便攜DVD等。而高功率應(yīng)用覆蓋了液晶電視、音視頻接收設(shè)備以及汽車主單元等消費(fèi)產(chǎn)品。而它們的技術(shù)趨勢是將主要集中在通過使用如D類、H類等各種驅(qū)動技術(shù)將功耗降至最低。

歐勝提供的W類技術(shù)在降低功耗方面進(jìn)一步優(yōu)化了其低功率驅(qū)動技術(shù)。例如，通過歐勝的W類放大器技術(shù)可使編解碼器(CODEC)回放功耗低于5mW。

針對更高功率音頻放大器，歐勝提供了各種D類運(yùn)算放大器技術(shù)。在高功率音頻放大器內(nèi)，保持了設(shè)計(jì)上盡可能高的音頻保真度和優(yōu)化揚(yáng)聲器最高輸出功率的平衡，而無需在機(jī)箱內(nèi)設(shè)計(jì)很大的散熱器。可以想象，如果你家里的液晶電視有一個巨大的散熱片消耗著揚(yáng)聲器音頻放大器的功率，那么液晶電視的超薄外型將難以實(shí)現(xiàn)。

不過，多種類別產(chǎn)品也帶來了選型的困難。吳彥翔指出：“在今天的市場中，許多不同的供應(yīng)商正專注于在揚(yáng)聲器輸出領(lǐng)域提供D類音頻放大器。對于耳機(jī)技術(shù)來說，有多種放大器技術(shù)如G類、H類實(shí)現(xiàn)方式。每一類實(shí)現(xiàn)方式都有其各自的優(yōu)勢和劣勢，因此作為一家音頻解決方案供應(yīng)商，在決定使用哪一類實(shí)現(xiàn)方式之前，我們需要考慮的是我們客戶的應(yīng)用、對音頻性能的需求以及對價格的期望值。”

D類技術(shù)還需完善

恩智浦(NXP)半導(dǎo)體多重市場產(chǎn)品部大中華區(qū)高級市場經(jīng)理張秋明指出，目前音頻放大器的發(fā)展趨勢有兩方面：

一是由AB類逐漸向D類過渡。與AB類放大器相比，D類放大器最大的優(yōu)點(diǎn)是效率高：一般AB類放大器的效率不超過40％，而D類放大器通常可以達(dá)到80％以上，最高可以到90％以上。由于其高效率，D類放大器體積可以做得很小，便于采用較小的封裝，在中小功率產(chǎn)品中，基本上不需要外加散熱器。目前同等功率的D類放大器單顆芯片價格要比AB類貴，但是由于不需要散熱片，在一些大功率應(yīng)用比如組合音響，家庭影院上，D類和AB類總成本比較接近。另外，采用D類放大器還可以節(jié)省電源成本和能源消耗。

二是D類放大器需要進(jìn)一步降低成本、提高性能及改善EMI(電磁干擾)。

與傳統(tǒng)的AB類放大器相比，D類功放由于架構(gòu)原因芯片成本還相對較高，另外外部通常還需要加濾波電路，成本阻礙了一部分用戶使用D類功放。另外EMI是一直困擾D類放大器發(fā)展的一個重要問題，所以如何更好地解決成本和EMI等問題，是D類放大器一個必然的發(fā)展趨勢。

NXP指出需要引起重視的技術(shù)有：提高采樣時鐘的穩(wěn)定度、提高動態(tài)范圍和改善諧波失真；EMI性能改善；在不改變成本前提下的全內(nèi)置封裝技術(shù)等。

不過，眾多廠商把焦點(diǎn)匯聚在EMI是D類放大器性能進(jìn)一步提高的瓶頸上。

例如，ADI注重的就是抑制EMI和提高音質(zhì)，采用專有的擴(kuò)頻脈沖密度調(diào)制技術(shù)(PDM)，包含了集成的G-A調(diào)制技術(shù)，用來接收模擬輸入信號并且產(chǎn)生開關(guān)脈沖輸出信號，直接驅(qū)動揚(yáng)聲器。據(jù)張揚(yáng)介紹，一般的D類放大器采用PWM調(diào)制輸出，會有一個很大的單頻分量，在這個頻率上的輻射量就很大，而采用ADI的專有技術(shù)，使得ADI的D類放大器輸出的是一個廣譜，本身的能量比較分散，單從這個技術(shù)本身來講，對EMI就有所抑制。在ADI的各種D類放大器產(chǎn)品中，包括已經(jīng)量產(chǎn)的和即將發(fā)布的產(chǎn)品里，在專有技術(shù)基礎(chǔ)之上又加了一些新的技術(shù)，盡量把EMI降到最低。

音頻放大器應(yīng)用中的趨勢少用或不用濾波器

ADI公司指出，由于D類放大器本身是開關(guān)輸出，就會有高頻分量和輻射，就要外加濾波器，用濾波器把輻射濾掉。而外加濾波器，就要占用電路板空間，還要增加耗電。以往在大功率的應(yīng)用中，這個問題不明顯。但是在手機(jī)或者便攜式產(chǎn)品的應(yīng)用中，由于本身的電路板空間有限，又要最大限度省電，不希望在使用放大器后再外加濾波器，所以這就成為一個很大的應(yīng)用問題。如何把D類放大器做到能夠應(yīng)用到便攜式產(chǎn)品上，廠家在這上面花了很大的力氣。“ADI所做的工作，就是讓用戶如何在不用外接濾波器下來使用D類放大器。”張揚(yáng)說。現(xiàn)在很多D類放大器已做到可以不用濾波器，同時也解決了EMI問題。這樣就解決了D類放大器在便攜式應(yīng)用中最大的使用障礙。ADI的D類放大器產(chǎn)品在這兩方面都有優(yōu)勢。

NXP公司也有同感。恩智浦采用了多項(xiàng)專利來改善EMI問題，比如跳頻技術(shù)。無LC濾波器的D類放大器主要用在小功率部分，當(dāng)功率較大或放大器和揚(yáng)聲器的連線比較長時，仍需要加濾波器；獨(dú)有零死區(qū)技術(shù)，極大地改善了音頻的失真；開環(huán)全數(shù)字PWM技術(shù)提高了放大器的性能和音頻的音質(zhì)。

提高音頻質(zhì)量

與此同時，提高D類放大器的音頻質(zhì)量，也是一個很重要的應(yīng)用需求。

整體解決方案最優(yōu)化

歐勝吳彥翔認(rèn)為，放大器設(shè)計(jì)的基本法則是如何將負(fù)載的輸出功率最大化，而不浪費(fèi)放大器的有效功率，簡而言之就是如何確保耳機(jī)或揚(yáng)聲器獲得最大驅(qū)動，同時保持音頻保真度。“在市場或終端客戶應(yīng)用中，以手機(jī)為例，有些揚(yáng)聲器驅(qū)動器設(shè)計(jì)得非常糟糕，音頻輸出過大同時嚴(yán)重失真。”吳彥翔感嘆道，“因此，作為音頻放大器的供應(yīng)商，這是一種在提供最佳輸出性能的音量和將電池供電產(chǎn)品的功耗降至最低之間的一種平衡。”

對于高功率音頻放大器來說，由于考慮到那些受空間限制應(yīng)用(如平板液晶電視)的散熱，因此音頻放大器芯片的功耗也成為一個重要的考慮因素。因此即使是高功率音頻放大器，設(shè)計(jì)和使用功耗最低的實(shí)現(xiàn)方式也依然重要。更低功耗、更小散熱器或?qū)釂栴}的考慮使得終端產(chǎn)品如液晶電視、音頻視頻接收設(shè)備以及其他家用音頻設(shè)備的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更加簡單。例如，讓我們將目光轉(zhuǎn)向如今的家用音頻設(shè)備，許多名牌產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了非常簡潔小巧的外型，同時揚(yáng)聲器的輸出驅(qū)動性能有時可高達(dá)50W／通道，這主要是通過D類揚(yáng)聲器放大器技術(shù)的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)。