手机设计中音频功率放大器介绍

前言：一部精美的手机,配上悦耳的铃声，无论走到哪里都能引来无数羡慕的目光。手机声音音质的好坏对手机设计成功与否有着重大的影响,而功率放大器对音色的还原质量,有着举足轻重的作用。下面就音频放大器(Audio power amplifier)在手机中的应用做一下简单的分析。

一、音频放大器分类

　　传统的数字语音回放系统包含两个主要过程：1、数字语音数据到模拟语音信号的变换(利用高精度数模转换器DAC)实现；2利用模拟功率放大器进行模拟信号放大，如A类、B类和AB类放大器。从1980年代早期，许多研究者致力于开发不同类型的数字放大器，这种放大器直接从数字语音数据实现功率放大而不需要进行模拟转换，这样的放大器通常称作数字功率放大器或者D类放大器。

1、A类放大器

　　A类放大器的主要特点是：放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近,晶体管在输入信号的整个周期内均导通。放大器可单管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲线的线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。电路简单，调试方便。但效率较低，晶体管功耗大，功率的理论最大值仅有25％，且有较大的非线性失真。 由于效率比较低 现在设计基本上不在再使用。

2、B类放大器

　　B类放大器的主要特点是：放大器的静态点在(VCC，0)处，当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。在Vi的正半周期内，Q1导通Q2截止，输出端正半周正弦波；同理，当Vi为负半波正弦波(如图虚线部分所示)，所以必须用两管推挽工作。其特点是效率较高(78%)，但是因放大器有一段工作在非线性区域内，故其缺点是"交越失真"较大。即当信号在-0.6V~ 0.6V之间时， Q1 Q2都无法导通而引起的。所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。

3、AB类放大器

　　AB类放大器的主要特点是：晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。有效率较高，晶体管功耗较小的特点。当信号在-0.6V

4、D类放大器

　　D类(数字音频功率)放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲亮度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号,然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，也称为开关放大器。具有效率高的突出优点.数字音频功率放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器.放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路(半桥式和全桥式)和低通滤波器(LC)等四部分组成.D类放大或数字式放大器。系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。

具有很高的效率，通常能够达到85%以上。

体积小，可以比模拟的放大电路节省很大的空间。

无裂噪声接通

低失真，频率响应曲线好。外围元器件少，便于设计调试。

　　PDM信号与PWM信号相比，没有固定的工作频率，其将输入的音频信号调制成一组脉冲宽度相同但是频率不同的PDM信号，有效的改善了PWM带来的EMI问题。目前市场上产品还不是很多。

　　A类、B类和AB类放大器是模拟放大器，D类放大器是数字放大器。B类和AB类推挽放大器比A类放大器效率高、失真较小，功放晶体管功耗较小，散热好，但B类放大器在晶体管导通与截止状态的转换过程中会因其开关特性不佳或因电路参数选择不当而产生交替失真。而D类放大器具有效率高低失真，频率响应曲线好。外围元器件少优点。AB类放大器和D类放大器是目前音频功率放大器的基本电路形式。

二、音频放大器重要参数

　　电源纹波抑制比(PSRR)电源纹波抑制比(power supply rejection rate)是音频放大器的输入测量电源电压的偏差偶合到一个模拟电路的输出信号的比值。PSRR反映了音频功率放大器对电源的纹波要求，PSRR值越大越好，音频放大器输出音质就越好。

　　总谐波失真加噪声(ＴＨＤ＋Ｎ) 总谐波失真(total harmonic distortion)是指一个模拟电路处理信号后，在一个特定频率范围内所引入的总失真量。噪声(noise)是指通常不需要的信号。有时是由于由于热或者其它物理条件产生的在线路板上的其它电气行为(干扰)。从ＴＨＤ＋Ｎ的定义中不难看出总谐波失真和噪声越小越好。

　　信噪比(SNR) 通常指一个模拟信号中有用信号和噪声之间的比值。

　　增益(AO) 对音频功率放大器来说增益通常指放大器输出功率和输入功率之间的比值。增益越大说明放大器的效率越高。

　　最大输出功率(POCM)输出功率反映了一个音频功率放大器的负载能力，通常音频放大器厂家会提供产品的在工作电压一定条件和额定负载下的的最大输出功率。

　　关断电流(Shutdown current)和输出偏移电压(Output Offset Voltage)。

　　关断电流越小，说明在待机条件下的放大器功耗小。输出偏移电压小有利于电池寿命的延长。