智能手机音频放大器设计方案

　　近年来，智能手机集成的功能越来越多。在基本的音频放大应用方面，消费者对音频质量的要求也更苛刻。本文将重点探讨智能手机的音频放大器性能要求及相应的音频放大解决方案。

　　数字输入的音频功放

　　目前各智能手机平台的音源还是以模拟音源为主，技术相当成熟，都能提供高品质的音源，主要问题在于模拟音源在传输路径上容易受到各种干扰，而产生杂音或噪声。比如PCB上的噪声耦合，或者空间辐射引起的TDD-Noise等。随着智能手机集成的功能越来越多，音频的干扰源也会越多越复杂，模拟音源将难以胜任，数字音源会是将来的一个发展趋势，比如I2S，PDM或PCM等数字音源，I2S格式应该会成为一个各平台都支持的主流格式。

　　数字音源除了抗干扰能力强外，另一个巨大的优势是：在数字域很容易实现各种音效处理，比如音调控制，多段EQ，3D环绕声等。而在模拟域实现这些功能的成本和难度几乎是不可想象的。

　　目前艾为电子已开始在该领域发力，将会适时推出具有数字音源输入的功放产品，预计在一到两年内将迎来爆发式增长，逐渐取代模拟音源功放，同时一些国际大厂也纷纷进入了该领域，抢占先机。

　　喇叭的发展趋势

　　智能机上普遍采用金属复合膜喇叭，以1115和1420两种规格为主，其主要特点是低音好，灵敏度高，体积小，厚度薄，只有3mm，特别适合超薄机，其劣势也比较明显，额度功率偏小，才0.5W左右，容易烧毁；必须用带有防破音功能的功放来驱动，严格控制功放的输出功率，对后音腔的体积和密闭性要求较高，结构设计难度大。

　　目前智能机的音量普遍偏下，喇叭的响度亟待提高，最直接的办法是提高喇叭的额度功率，现在已经有部分厂家率先推出了0.8W甚至1W的金属复合膜喇叭，提高响度的另一个办法是采用更好的膜片材料，提升喇叭的灵敏度，这样相同功率的条件下也能大大提升喇叭的响度。

　　为智能机量身定制的音频功放：K6

　　艾为电子一直致力于为手机提供高性能的音频解决方案。继2009年推出首创的K类功放以来，以超大音量为主要特点，获得客户的广泛认可，迅速风靡大江南北，后来又陆续推出第二代、第三代和第五代K类功放，使得K类功放技术更加成熟，产品性能更加完善，成为功能机时代的标配产品，以累计出货3亿颗。

　　目前智能机的音效还远不能达到用户的期望，普遍存在音量小，低音缺失或杂音等问题。

　　针对智能机音频设计所面临的种种挑战，艾为推出了一款专为智能机量身定制的高效率，大音量，带防破音功能的音频功放：K6，采用首创的1.5X开环电荷泵架构，其整体效率高达80%，可以大大延长智能机的使用时间；K6提供0.8W，1W和1.2W三个功率等级供用户选择，匹配不同功率和尺寸的金属膜喇叭，实现曼妙的音乐享受，防破音功能严格控制功放的输出功率，在有效保护喇叭的情况下，实现音量的最大化；采用艾为具有专利的RNS（RFI TDD-Noise Suppression）技术和净音技术，能有效抑制射频辐射干扰导致的TDD-Noise问题；K6采用纤小的2mm×2mm FC-16 封装，FC-16是广泛应用于射频PA领域的一种高性能封装形式，其特点是封装电阻小，过电流能力强，散热好，同样特别适合于音频功放类产品的封装。

　　K6的功能框图如下

　　

　　1.5X开环电荷泵

　　相对于传统电荷泵结构而言，1.5X开环电荷泵具有驱动能力强，输出电流大，效率高等优点，传统电荷泵的调整管工作在线性区，而1.5X开环电荷泵没有器件工作在该区域，全部工作在开关状态，电荷泵自身消耗的功率很小，所以1.5X开环电荷泵具有极高的效率，平均效率在85%以上，峰值效率能到95%。高达1.2MHz的工作频率允许外围采用小尺寸的电容；同时电荷泵具有过压保护，重载限流，碰地保护等故障保护功能，保护芯片在异常情况下免于损坏。

　　

　　图1：1.5X开环电荷泵工作原理

　　1.5X开环电荷泵的工作分为两个阶段，在充电阶段，给飞电容CF1和CF2充电，电荷存储在飞电容在，在放电阶段，两个飞电容并联后叠加在电源电压上，从而实现升压功能，输出电压为电源电压的1.5倍。

　　防破音功能

　　音频应用中，输入信号过大或电池电压下降等因素都会导致音频放大器的输出信号发生不希望的破音失真，并且过载的信号会对扬声器造成永久性损伤。艾为独特的防破音（NCN）功能可以通过检测放大器的破音失真，自动调整系统增益，使得输出音频信号保持圆润光滑，不仅有效地避免了大功率过载输出对喇叭的损坏，同时带来舒适的听音感受。

　　

　　图1：防破音工作原理图

　　启动时间和释放时间是防破音功能的两个重要参数，直接影响防破音的效果。启动时间是指防破音功能从检测发现输出破音失真，到增益衰减-10dB所需要的时间。释放时间是指防破音功能从检测输出不再破音失真，到增益恢复10dB所需要的时间。启动时间和释放时间太小可能会带来喘息声的问题；太大又可能会带来破音或声音发“闷”等问题。K6针对手机等便携式设备的音频特点，启动时间设置为40ms，释放时间设置为2s，有效地消除破音、保护喇叭，保持音乐的固有韵律，实现曼妙的音乐享受。

　　超强TDD抑制技术

　　TDD-Noise，俗称“电流声”，TDD-Noise可以通过两个途径干扰到音频电路，一个是电源线和地线的传导干扰；一个是天线空间辐射干扰。K6集成两大技术来抑制电流声：RNS技术和净音技术

　　K6采用了独创的完全对称的功放架构，芯片内部器件和走线是完全对称排布，同时对于功放敏感引脚看到的任何电路都采用RNS（RF TDD Noise Suppression）技术，不仅使射频信号难以干扰到芯片内部，即使有极少量干扰信号进入也会被完全对称的功放架构完全抵消。

　　

　　图2：RNS技术

　　地线传导干扰导致的输入TDD最难滤除，因为它会与输入信号叠加在一起，所以建议在能采用差分输入的平台一定要使用差分输入，且走线要平行对称。同时K6采用“净音”技术可以有效滤除这种TDD Noise，建议只在免提通话模式下使用。

　　

　　图2：净音技术

　　K6的典型应用

　　K6的应用极其简洁，外围只需少量的电阻电容，外围器件要求尽可能靠近芯片引脚放置，K6有多个状态供用户选择，采用一线脉冲控制，只需一个GPIO口。

　　K6采用纤小的2mm×2mm FC-16封装，该封装具有寄生电阻小，过电流能力强，散热好，占板面积小等优点，特别适合应用于空间受限的智能机等便携设备。

　　K6典型应用图如下

　　

　　总结

　　手机功能集成的越来越多，而体积又是向轻薄方面发展，板上留给音频的空间越来越小，难以获得好的音质，艾为电子联合主要喇叭厂商推出了一套完整的音频解决方案，K6搭配大功率，高灵敏度的金属复合膜喇叭将给智能机带来震撼的音量和高保真的音质，同时高达80%的整体效率，大大延长智能机的使用时间，K6是智能机音频设计的不二选择。