CP2230——高效率，高输出功率，高品质的音频放大器

CP2230为启攀微电子(Chiphomer Technology Ltd)日前发布了一颗大功率，超低EMI，超高效率的单声道D类音频放大器。与传统的D类功放不同，该芯片内部集成电荷泵，可在较低电源电压输入的情况下输出2W的功率，该电荷泵采用变频技术，即根据负载情况自动切换工作频率，大大降低了电荷泵的静态工作电流；该芯片采用全新的自主专利架构，其内部集成了电荷泵智能电源管理模块，可根据输入信号的幅值，自动地切换输出级的电压，输入信号低幅值时，效率高达90%，输入信号高幅值时，效率可达到60%；CP2230采用最新主动式电磁辐射抑制技术，显著改善EMI问题。

 

专有的IMP技术，大大提高CP2230的工作效率

 

CP2230专有的IPM ( Intelligent output power management )技术，在单节锂离子电池供电下，可提供业内最大的恒定输出功率及最高的效率。下面我们介绍一下IPM的工作原理，下图给出了3.6V工作条件下，CP2230的工作情况：

 

 

途中蓝色曲线为CP2230的音频输出波形，红色线条表示CP2230的输出级工作电压。从图中可以看出，在低幅值部分即输出信号小于3.6V，其效率等同于D类功放，可达90%的效率；在高幅值部分切换为Charge-pump供电，效率降低为60%。可见，CP2230可以根据输入信号的幅值不同，智能的切换音频输出级电压，以达到效率的最优化。

 

该专利技术相比目前市面上的G类、简单集成电荷泵的D类音频功放，其平均效率提高了20%以上。下图给出了采用IPM技术的CP2230与G类、简单集成电荷泵的D类功放的效率对比曲线：

 

主动式电磁辐射抑制技术

 

一直以来如何在系统级抑制D类产生的电磁辐射(EMI)，都是困扰系统工程师的问题。由于D类放大器的调制频率一般在250kHz到1.5MHz之间，因此调制的开关信号和电源线上变化的电流信号带来的EMI主要集中在10MHz以下的频段；而方波的边沿变化一般是在纳秒级别的，因此它们所带来的EMI主要集中在几十MHz到几GHz的高频段。EMI的传播需要有一个有效的天线，即天线的长度应为对应频率波长的1/4，以10MHz频率为例，其有效的天线长度应为342CM，如此长的引线在系统应用中很难找到，因此我们要解决D类功放的EMI问题，需要重点关注100MHz以上频率的干扰问题，即由输出级输出跳变沿而产生的是EMI干扰问题。

 

利用傅立叶级数将跳变沿展开，我们可以得出结论：跳变沿越快，EMI越差；跳变沿越慢，EMI越好。EMI但是过缓的跳变沿又会大大降低D类功放的效率。为了解决EMI的问题，CP2230通过对内部驱动管栅压的控制，主动的将输出级的跳变沿控制在30ns左右，经过反复实验，采用上述设计很好的兼顾了效率与EMI的影响。

 

变频技术在电荷泵中的应用

 

为了进一步提高CP2230的效率，在设计时我们将变频理念引入了Charge Pump的设计。即通过检测负载状况动态的改变Charge-pump运行频率，当负载电流小于40mA的时候，频率降低为150KHz，当负载电流高于120mA的时候，频率提升至600KHz，通过对频率的控制，有效的降低了芯片的静态功耗。

 

CP2230的IPM架构采取了创新的PWM调制技术及反馈控制技术，有效的实现了高品质的线性度，下图为输出功率在1W下的THD指标：

典型应用

 

总结

 

CP2230的设计，兼顾了大功率输出和高效率的同时，也兼顾了高品质与低EMI。在单节锂离子电池供电下，可提供业内最大的恒定输出功率及最高的效率，是蜂窝电话、便携式音频播放器、以及需要高品质、高效率、高功率的手持设备的最佳选择。