多模功放技术应对音频设计面临的诸多挑战

 前言

一部精美的手机，配上优美动听的大声音乐，无论走到哪里都能引来无数羡慕的目光。手机音质的好坏直接影响着产品的成功与否，而音频功率放大器对音乐的还原品质有着至关重要的作用，直接影响着手机的音乐表现能力。可以说音频功放是任何一种多媒体功能都要用到的基本功能，而且每种功能对音频功放的要求还不尽相同，给音频功放的设计带来了诸多挑战。

手机行业的竞争早已进入白热化，越来越多的功能被"挤进"了一个非常有限的空间，像FM、ATV、BT和GPS等功能都逐渐成为标配，而成本控制又做到了极致，板上留给音频的空间越来越小，不仅难以获得好的音质，而且容易受到其他功能模块的干扰，尤其是TDD-Noise和EMI干扰。面对如此多的挑战，之前单一工作模式的功放产品已经难以胜任现在音频设计的要求。"多模功放"的概念应运而生，针对不同的应用，选择不同的工作模式，发挥不同模式功放所固有的优势，

针对现在音频设计面临的诸多挑战，艾为电子首次提出了"多模功放"的概念，即K5，第五代K类功放。在不同的应用条件下，对功放有不同的要求，针对可能碰到的问题，采用合适的模式工作，在源头上彻底消除各种问题隐患。比如FM或ATV容易受到EMI干扰，可以选用FM模式；如果碰到TDD-Noise，可以选用免提模式；对于共板设计，多模功放既可以变身AB类，又可以变身D类，随心所欲。多模功放的概念将复杂问题简单化，化整为零，使得各种问题迎刃而解。

音频设计面临的挑战

好音质当然是音频设计的不变追求，那么是不是低失真（THD），高信噪比（SNR）就是一款好功放呢？不全是，经过这些年发展，功放技术有了长足的进步，各项指标都得到了很大提高，各家的指标貌似都差不多，但设计人员可能都碰到过这种情况：Demo板上测试，一切都OK，但一贴到手机主板上就什么问题都来了，比如音质变差，免提有TDD-Noise，EMI干扰等。其根本原因是手机主板的环境要恶劣的多，很多指标急剧变差导致。所以抗干扰能力成为功放选型的关键指标，尤其是TDD-Noise和EMI干扰最为常见。

TDD-Noise

提到TDD-Noise，俗称"电流声"，大家都有点谈虎色变，TDD Noise可以通过两个途径干扰到音频电路，一个是天线辐射，理论上讲，芯片的任何一个管脚都会拾取空间的射频信号，只是大部分管脚拾取的信号不会最终传到音频功放的输出上，而能干扰的输出从而导致TDD Noise的只有音频功放的输入，输出，共模电压（如果有的话），电源和地；另一个途径是电源线和地线的传导。

K5采用了独创的完全对称的Anti-TDD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Anti-TDD功放架构完全滤除掉。

图1：RNS技术

地线上的TDD干扰最难滤除，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K5中的"免提模式"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

EMI干扰

手机中由于FM和ATV的工作频段相对偏低，FM的工作频段是100MHz左右，ATV的大概是400-800MHz，如果板子布局或走线不够合理，容易受到功放电路的EMI干扰。功放中EMI的来源有两个：一个是工作频率，如功放的调制频率，电荷泵的工作频率，但这个频率一般很低，不会超过1MHz，对FM，ATV或GSM几乎没有干扰。

另一个主要来源是快速翻转的边沿，如功放的输出方波信号，电荷泵Flying电容正负两端的信号。K类功放由于音量比普通D类要大很多，要求功放的输出幅度也大，导致的EMI干扰也大，尽管采用抗EMI的"EEE"边沿控制技术，但还是会有一定的干扰。在K5中专门设置了"FM模式"，采用的是模拟输出，输出的是正弦波，不再是方波，在源头上消除了产生EMI干扰。

在实际应用中，我们发现电荷泵也是会产生EMI干扰的，因为Flying电容的正负端是方波信号，由于方波信号的幅度不大，所以干扰也不大。K5中针对电荷泵也采用了边沿控制技术，减缓边沿的翻转速度，使得电荷泵的EMI干扰大大降低。

多模K类功放

AW8735是艾为推出的第一款多模K类音频功放，对于不同的应用，选择不同的工作模式，发挥不同类型功放所固有的优势，让整体性能最优。共有五种工作模式：AB类、D类、FM模式、K类、免提模式。

对于AW8735的5个工作模式，实际应用中，各模式选择原则如下：

1. 一般情况下都可以选用K类模式。

2. 如果有TDD N