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新型耳机放大器的发展概况

来源:今日电子/北京航空航天大学 方佩敏?? 2007年04月05日 ?? 收藏0

  近年来,手机、CD机、MP3播放器等便携式装置大量上市。另外,多媒体电脑、PDA、电视机也需要配备耳机输出,使耳机放大器的需求量大增。各大半导体器件厂纷纷推出各种新型耳机放大器,以满足这些数字音频产品的需要。
耳机放大器的要求

  耳机放大器主要用于使携式音频装置中,它与其他便携式电子产品一样,要求器件具有低工作电压、低功耗、小尺寸封装。耳机放大器还有自身的技术参数要求,要求总谐波失真加噪声(THD+N)小、电源变动抑制率(PSSR)高、信噪比(SNR)高、效率高等。不同的放大器还有不同的附加功能,如内置数字音量控制、内置DAC等。具体性能指标如下。

  输出功率POUT

  耳机放大器输出功率较小,一般为20~100mW(实际输出功率与工作电压大小有关,并且与负载电阻大小及THD+N大小有关)。立体声耳机的负载电阻一般为16Ω或32Ω,负载电阻小的输出功率大一些。

  THD+N

  THD+N的指标一般在0.01%~0.2%的范围内,Hi-Fi级则小于0.01%。该指标与负载电阻RL大小及输出功率POUT大小有关,若RL不同、POUT不同,则其指标有较大差别&nbs

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。例如,同一耳机放大器,在RL=32Ω,POUT=12mW,f=1kHz时,THD+N=0.006%;而在RL=16Ω、POUT=15mW,f=1kHz时,THD+N=0.015%。所以在比较不同耳机放大器的THD+N指标时,必须在基本条件相差不多时才有可比性。

  SNR

  SNR一般在60~90dB范围内,其大小与POUT有关,有一些产品的SNR可达到100dB左右。

  PSRR

  PSRR高的耳机放大器,其性能受电源电压变动的影响小(PSRR高的放大器可以不需稳压电源供电)。PSRR一般为60~80dB,性能好的可达90dB。

  降低工作电压

  为减小便携式产品的体积和重量,最有效的办法是采用能量密度高、体积小的锂离子电池,但锂离子电池价格贵。采用1~2节碱性电池或充电电池来供电,则制造和使用成本会减少很多。近年来,一些厂商开发出仅用1节电池供电的耳机放大器(1节5#或7#碱性电池或镍氢、镍镉电池)更受到消费者欢迎,其工作电压为0.9V~1.8V,既可用1节碱性电池,也可用1节充电电池供电,使一些低档MP3播放机的成本大幅下降,销售量随之大增。

  由于是单电源供电,耳机放大器输出的电压幅值受到工作电压的影响。虽然可采用输出满幅值(rail-to-rail)的放大器,但1V工作电压的输出总是小于1V。

  为了降低工作电压,还要保证足够大的输出电压幅值,在耳机放大器中集成了一个电压反转的电荷泵电路,使输入的VDD转换成-VDD,则耳机放大器由单电源供电变成正负电源供电,输出电压幅值增大了一倍,如图1所示。

 

电压反转的电荷泵电路

 

  减少外围元件的措施

  德州仪器公司的TPA611xA2耳机放大器的典型应用电路如图2所示。放大器内部的两个325kΩ电阻组成分压器,提供两个通道运放的偏置电压(1/2VDD),并有关闭控制(SHUTDOWN)端(低电平有效),实现关闭放大器,使耗电小于10μA。

TPA611xA2耳机放大器的典型应用电路

  

  减少外围元件,不但可节省印刷电路板面积,还能改善性能。图3所示是德州仪器公司2004年8月推出的耳机放大器TPA4411的内部结构及外围元件。TPA4411采用固定增益(AV=-1.5V/V),无需输出隔直电容器,简化外围元件,并且有如下的优点:减少PCB板面积;降低元器件成本;改善THD+N性能;无需考虑输出电容器对低频响应的影响。图2与图3相比,减少了4个增益设置电阻,省掉两个输出电容器。

耳机放大器TPA4411的内部结构及外围元件

  

  为解决不同音频装置对放大器增益的要求,美信公司(MAXIM)于2004年11月推出了耳机放大器MAX9725,有不同增益供用户选择,MAX9725A、MAX9725B、MAX9725C和MAX9725D的增益分别为 -2V/V、-1.5V/V、-1V/V和-4V/V。从图1中也可看出新型耳机放大器减少外围元件的情况。

  增加附加功能

  性能良好的耳机放大器中一般有关闭控制、过热保护及短路保护、抑制开机/关机噪声(咔啦声及爆裂声)、静噪筹功能。新型耳机放大器还增加了其他附加功能,如数字式音量控制(有I2C接口及数字音量电路)、内置DAC、左右通道线输出等。


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