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利用CP2296实现全差分型替换传统型AB类音频功率放大器

发布时间:2020-07-21 17:26:30 阅读: 来源:充磁机厂家

手持媒体播放设备中的扬声器音频功率放大器多为AB 类放大器,分为传统型和全差分型两种架构。全差分型架构表现出更优异的噪声抑制能力,因此受到了越来越多用户的欢迎。本文将给出一种全差分型替换传统型AB 类放大器的解决方案。

AB 类扬声器放大器

AB 类扬声器音频功率放大器因其技术成熟,音频性能优异,应用简单,价格较低等优势,一直在小功率音频放大器市场中占据主流。手持设备中的扬声器放大器,最大输出功率在1W 左右(8. 负载),此类放大器大都是BTL 桥接负载输出,即无须耦合电容,输出可直接与扬声器连接。目前市场上的BTL 输出的AB 类音频放大器主要有传统型和全差分型两种架构。

传统型架构

将同相输出端VO+引回经过一级反相放大,得到反相输出端VO-,一起作为BTL 输出。

全差分型架构(Full differential)

完全对称的电路架构,输入级、输出级采用真正意义上的差分电路实现。

图1 传统型AB 类放大器图2 全差分型AB 类放大器

手机中的音频噪声

越来越多的手机具有音乐播放器的功能,相对其他音乐播放设备,手机应用对音频放大器有着更严格的要求,这主要是因为手机中电磁环境复杂,有可能产生各种音频噪声,影响用户使用。 手机主板上,显示屏、摄像头、存储器等设备的高速数据线,地址线纵横交错,再加上各种射频信号线,都有可能对音频放大器产生干扰,一旦音频放大器拾取到这类噪声,经过放大就有可能达到用户能听到的程度。另一方面GSM 手机在与基站通信时,按分配的时隙发送数据,时隙间隔频率为217Hz 。 由于射频功率放大器在功率发射瞬间,要从电池上抽取很大的电流(峰值电流可达安培级),导致电源上出现很大的纹波,此纹波干扰(频率为217Hz 左右)就会从电源进入音频放大器并在输出上体现(多数应用中音频放大器是电池直接供电的)。若此电源干扰达到一定程度,人耳将明显察觉到 “嗡嗡”的噪音,此即所谓的TDD Noise(TDMA 的时隙噪声)。

当手机发射功率等级(PCL)较高时,射频功率放大器抽取的峰值电流更大,导致的干扰也就更明显。而在一些特定场合,“嗡嗡”噪声可能会更容易被用户听到。情况1:客户选择前奏舒缓的音乐作为来电铃声,且手机处于较高的PCL 等级(比如PCL=5,GSM900),恰巧某时刻有电话打入,铃声按最大音量播放,由于此时铃声响度低,“嗡嗡”噪声就会相对明显。情况2: 收取短信时的提示音由于发声时间很短,很容易暴露背景“嗡嗡”噪声。情况3:用户在安静环境中进行免提通话,“嗡嗡”声将显得特别明显,这种声音引起用户的反感,严重的甚至影响通话的正常进行!

出于手机外形结构的限制,扬声器可能被放置在距离手机天线很近的位置;或者扬声器距离音频放大器很远,中间通过较长的引线或者FPC 进行连接;或者手机PCB 布局太紧凑,无法对音频电路进行较好的布线保护,以及放置噪声抑制滤波元件。这些实际产品设计中很常见的限制都可能导致出现严重的射频干扰,增加出现“嗡嗡”噪声的可能性。

全差分型架构提供优异的抗干扰能力

全差分结构的放大器,从输入同相端和反相端望进去的电路是完全对称的,因此提供了优异的CMRR,PSRR,Click-POP 音抑制能力。PSRR 指标反映了放大器对电源噪声的抑制能力,传统架构的AB 类放大器的PSRR 通常在-62dB 左右,而全差分型放大器则很容易的做到-80dB 或更优的性能。可见,全差分型放大器对射频噪音抑制能力明显优于传统AB 类放大器。

采用传统型架构的AB 类放大器的产品中一旦出现了射频噪声(干扰的频段可能为GSM900 ,也可能为DCS1800),在不更改布局布线的情况下,仅靠调节外部的几个PF级电容元件电容元件,是很难抑制住噪声的。因此越来越多的用户从传统AB 类放大器转而使用全差分型AB 类放大器。依据很多用户的使用经验,如果使用全差分型放大器,

遵循通常的音频电路布局布线规则,通常无须再担心干扰(包括射频干扰)带来的各种可听见的噪声。这大大简化了系统设计,降低了风险。

CP2296 兼容传统架构AB 类放大器

启攀微电子(Chiphomer )推出了一系列的全差分型AB 类放大器产品,满足不同的应用需求。CP2296 是启攀微电子(Chiphomer )的特色全差分型AB 类放大器产品产品,其PSRR 可达-85dB 。CP2296 还提供CSP9 封装,该封装的产品可兼容替换市场上主流的传统型架构的AB 类功放。当用户对传统AB 类放大器性能不满意时,就有了一种崭新的选择――CP2296,无需重新设计PCB,即可享受全差分型AB 类放大器的优越性能。

图3 CP2296 优异的PSRR 抑制能力

CP2290是启攀微电子(Chiphomer)设计的一款传统型架构AB类放大器,完全兼容 市场上主流的同类厂商产品。以下给出CP2290和CP2296的兼容设计方案,该方案也 适用于与其他厂商的传统型架构AB类放大器产品进行兼容设计。差分输入模式兼容设计 当音源提供差分信号时,CP2290/96工作在差分输入模式,可按图4来设计电路。 当使用CP2296时,将图中两个Rf电阻NC,(CP2296已经内置了反馈电阻40Ω)。 当使用CP2290时,在图中两个Rf电阻处贴上20kΩ电阻。在使用CP2290时,建议固定Rf为20kΩ,通过调节Ri来改变增益。这样将CP2290替换为CP2296时,增益仍然保持一致(无须更改Ri),软件音量设置可以兼容。可见,在此种工作模式下,可直接替换CP2290为CP2296,无需重新设计PCB。

图4CP2296差分模式兼容传统AB类设计

单端输入模式兼容设计 当音源只能提供单端信号时,CP2290/96工作在单端输入模式下,可按图5设计电 路。需要指出的是,即便在单端输入模式下,全差分型仍然能提供比传统AB类放大器更优异的性能。当使用CP2296时,将图中RS,Rf两电阻NC。当使用CP2290时,在图中Rf处贴上20kΩ电阻,RS处贴上0Ω电阻,同时将同相端IN+处的Ri和Ci两元件NC(图5中红圈处)。同上原因,固定Rf为20kΩ,通过调节IN-端的Ri来改变增益。 可见,在单端输入模式下,只需要在原CP2290设计中增加一个用于选择的0Ω电 阻RS,即可实现CP2290和CP2296的兼容设计,所带来的改动极小。

图5CP2296单端模式兼容传统AB类设计

由以上两种工作模式下的替换方案可以看出,CP2296可以非常方便的替换传统AB类放大器产品,采用的兼容替代方案十分简单,所带来的改动极小(差分输入模式下甚至无需改动),却能方便的让用户从传统AB类放大器切换为全差分型AB类放大器。 小结 笔者建议用户在新项目设计时使用全差分型AB类音频放大器,因为其提供更优越的 抗干扰性能,大大降低了出现各类射频噪音的可能性,降低设计难度和风险。如果出于其他考虑,仍然需要使用传统AB类音频放大器。笔者建议仔细分析评估新产品中可能存在的种种干扰,特别是射频干扰。在必要情况下,应该考虑采用全差分型与传统AB类放大器的兼容设计方案(如本文提到的CP2296),规避风险。

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