耳機放大器架構設置全新解決方案(一)

伴隨DVD、MP3、MP4、智能手機等越來越多的便攜式音頻設備的出現，這些設備的電路板設計空間越來越不足?，F今，根據特定功能設計解決方案的尺寸，在預期功能的條件下將需要的組件數量降到最低，顯得越來越重要。將音頻信號傳輸到耳機，一直以來都使用DC 阻隔電容，除此之外，其他替代的解決方案，不是有先天的限制，就是過于簡單化而不切實際需求，不被市場認可與接受。

　　本文特別著重在耳機放大器架構，除了說明其優缺點，也介紹全新的解決方案，該解決方案可解決某些耳機放大器架構所造成的問題。

　　不同的耳機放大器配置

　　不采用大型 DC 阻隔電容驅動耳機的其中一種傳統方法，是將連接器的接地接腳偏移到中軌，也就是 VDD/2 （VBIAS）。由于大多數消費性耳機放大器都是單一供應電源，因此，要達到良好的動態范圍，唯一的方法是以 DC 將音頻偏移到 VDD/2，使信號能擺蕩到接地及 VDD。由于接地接腳連接 VDD/2，因此其中主要的缺點是，只要連接 到Hi-Fi 放大器或以電源驅動的喇叭等接地為真實接地 （亦即 0V） 的外部設備，就會造成接地回路問題，并引發不必要的噪聲或設計問題。

　　圖 1. 含偏移接地套管的輸出單端耳機放大器

　　如圖 1 所示，最傳統的耳機放大器架構是含 DC 阻隔電容的單端放大器。

　　圖 2. 含 DC 阻隔電容的單端耳機放大器

　　從中可看出，耳機驅動的輸出偏移到 VDD/2 （VOUT），而音頻從 VDD 擺蕩到接地。其中需要 DC 阻隔電容，才能將移除此偏壓，讓訊號在接地周圍有效擺蕩，也就是在 –VDD/2 至 +VDD/2 之間擺蕩。此架構的優點是能夠使用標準的耳機接孔，然而，這類方法的主要問題在于低頻率響應。耳機阻抗一般是 16Ω 或 32Ω，而輸出電容及耳機喇叭阻抗兩者會形成高通濾波，其截止頻率為 3dB，如等式 1 所示：

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　　截止頻率必須在耳機的音頻頻帶范圍內，此頻帶會因制造商的不同而有所差異，但一般的范圍是 20Hz 至 20kHz 之間。為了不使低音頻頻率衰減，高通濾波的截止頻率至少必須大約是 500Hz 以下。

　　將等式 1 改寫為等式 2，即得出：

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　　對于 100Hz 的截止頻率及 16Ω 的耳機喇叭阻抗，電容必須是 110μF。對于需要小體積尺寸的情況而言，這會造成電容值及實體尺寸過大，而且使得成本過高。許多工程人員只能改用 22μF 的較小電容，不過這會影