耳機(jī)放大器架構(gòu)設(shè)置全新解決方案(二)

　　圖 6. AB 類(lèi)接地置中耳機(jī)示意圖

　　G 類(lèi)放大器一般使用多個(gè)電源電壓，以發(fā)揮比 AB 類(lèi)放大器更高的效率。在本例中，TI 最新的 G 類(lèi) DirectPath 放大器 （TPA6140A2） 首先將電池電壓降低至較低的電壓值，然后切換至低信號(hào)強(qiáng)度的低供應(yīng)電壓 （1.3V），并且只有在信號(hào)強(qiáng)度超出該低電源電壓軌時(shí)，才切換至較高的電源電壓 （1.8V）。這些適應(yīng)性電源電壓軌的升降速度高于音頻，因此可避免失真或削波。此外，由于一般聆聽(tīng)的音頻低于 200mVRMS，因此電源電壓通常是最低值 （亦即 1.3V），并且提供優(yōu)于上述 AB 類(lèi)放大器的效率。在音頻的無(wú)噪聲階段期間，整個(gè)電源軌的電壓會(huì)降低，而且信號(hào)相當(dāng)小。當(dāng)音頻變得大聲時(shí)，放大器會(huì)切換至較高的電源軌，然后切換回較低的電源軌，導(dǎo)致整個(gè)輸出 FET 的電壓降幅縮小。圖 7 的紅色箭頭表示此電壓降幅。

　　圖 7. G 類(lèi)接地置中耳機(jī)放大器運(yùn)作

　　其中的技巧是設(shè)計(jì)將電池電壓降低至較低電壓的放大器，并使用適應(yīng)性電源軌 （分別有負(fù)電源軌） 降低播放音樂(lè)時(shí)整個(gè)輸出 FET 的電壓降幅。其中一種實(shí)現(xiàn)這類(lèi)放大器的方式是，使用電荷泵作為圖 8 所示的步降區(qū)塊。某些工程人員偏好這類(lèi)做法，原因在于步降電荷泵僅需要相對(duì)較小的飛馳電容（flying capacitor） （1μF 至 2.2μF），而這也是相對(duì)較小的組件

　　圖 8. 含電荷泵步降轉(zhuǎn)換器的 G 類(lèi)接地置中耳機(jī)簡(jiǎn)化示意圖

　　這類(lèi)解決方案的主要缺陷是電荷泵的效率極差，而且這類(lèi)解決方案無(wú)法令電池使用時(shí)間延長(zhǎng)。較好的做法是整合 DC/DC 步降轉(zhuǎn)換器，以有效降低裝置的內(nèi)部電源電壓，并減少電池電流。

　　圖 9. 含 DC/DC 步降轉(zhuǎn)換器的 G 類(lèi)接地置中耳機(jī)簡(jiǎn)化示意圖

圖 9 顯示 G 類(lèi)接地置中耳機(jī)簡(jiǎn)化示意圖。假設(shè)放大器的靜態(tài)電流遠(yuǎn)小于流向負(fù)載的電流，即可推估電池電流是輸出電流的分?jǐn)?shù) （見(jiàn)等式 4）。同樣地，隨著音頻的變化，整個(gè)輸出 FET 的電壓降幅也會(huì)變動(dòng)。此裝置的功率損耗是電壓降幅乘以電池電流 （IBATT） 的分?jǐn)?shù) （VDD/VBATT） 所得的乘積，因此，此裝置將散失較少的功率。

　　（等式 4）

　　使用此解決方案的 G 類(lèi) DirectPath 耳機(jī)放大器為 TPA6140A2。此解決方案需要將外部電感用于步降轉(zhuǎn)換器，但是，由于輸出電流相當(dāng)小，而且降壓轉(zhuǎn)換器的切換頻率相對(duì)較高，因此可使用相當(dāng)小的芯片電感，也就是 2.2uH 、 800mA 的 0805 尺寸電感。這能夠使解決方案的效率提高，而沒(méi)有上述電荷泵方法的電路板空間不足的缺點(diǎn)。