耳機放大器架構設置全新解決方案(一)

　　各種執行都有其優缺點，不過，對于需要較佳音頻并避免潛在接地回路問題或大型 DC 阻隔電容的設計人員而言，一種稱為接地置中或「無電容」的較新架構開始備受矚目。

TPA4411、TPA6130A2 及 TPA6132A2 等由德州儀器提供的接地置中或 DirectPathTM 耳機放大器使用創新的做法來省卻通常使用的 DC 阻隔輸出電容。其做法并非將音頻偏移至裝置內的 VDD/2，而是整合了一顆電荷泵并提供一組負電源軌，進而讓耳機放大器在正電源軌 （VDD） 與負電源電壓 （VSS） 之間擺蕩。這完全不需要任何偏移，因此不再需要輸出的高通濾波。這能夠讓耳機喇叭播放整個音頻頻帶，提供更好的音質。

　　圖 3. 含整合式電荷泵的接地置中 DirectPathTM 耳機放大器

　　圖 4 顯示該高通濾波器的頻率響應如何隨著不同的 DC 阻隔電容產生變化。對于 16Ω 的固定負載阻抗，只要改變輸出 DC 阻隔電容，截止頻率便會隨之變動。結果是當電容值減小，截止頻率就會提高，而且越少音頻低音內容能被傳輸到耳機喇叭。

　　圖 4. 輸出頻率響應比較

　　這種做法看起來很理想，不過，由于整合式電荷泵的低效運作，相較于含偏移接地套管或大型 DC 阻隔電容的傳統耳機放大器，接地置中耳機放大器會耗用較多的電源，而略微縮短系統的電池使用時間。為解決這個問題的創新做法是使用改良的 Class-G技術。

　　Class-G 技術

　　在 AB 類放大器的接地置中架構做法中，放大器總是以最高電源電壓運作，這表示，對于音頻的無噪聲階段而言，整個輸出 FET 的電壓降幅相當大。以鋰離子電池為例，一般的電池電壓范圍是 3.0V 至 4.2V。假設電池供應 3.6V 的電壓，圖 5 的紅色箭頭表示播放輸出音頻時整個輸出 FET 的電壓降幅。

　　圖 5. AB 類接地置中耳機放大器運作

　　假設放大器的靜態電流相較于流向負載的電流來說非常地小，即可推算電池電流與輸出電流呈正比。

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　　圖 6 顯示 AB 類接地置中耳機簡易示意圖。隨著音頻的變化，整個輸出 FET 的電壓降幅也會變動。裝置的功率損耗是電壓降幅乘以電池電流 （IBATT） 所得的乘積。