耳机放大器架构设置全新解决方案(一)
各种执行都有其优缺点,不过,对于需要较佳音频并避免潜在接地回路问题或大型 DC 阻隔电容的设计人员而言,一种称为接地置中或「无电容」的较新架构开始备受瞩目。
TPA4411、TPA6130A2 及 TPA6132A2 等由德州仪器提供的接地置中或 DirectPathTM耳机放大器使用创新的做法来省却通常使用的 DC 阻隔输出电容。其做法并非将音频偏移至装置内的 VDD/2,而是整合了一颗电荷泵并提供一组负电源轨,进而让耳机放大器在正电源轨 (VDD) 与负电源电压 (VSS) 之间摆荡。这完全不需要任何偏移,因此不再需要输出的高通滤波。这能够让耳机喇叭播放整个音频频带,提供更好的音质。
图 3. 含整合式电荷泵的接地置中 DirectPathTM 耳机放大器
图 4 显示该高通滤波器的频率响应如何随着不同的 DC 阻隔电容产生变化。对于 16Ω 的固定负载阻抗,只要改变输出 DC 阻隔电容,截止频率便会随之变动。结果是当电容值减小,截止频率就会提高,而且越少音频低音内容能被传输到耳机喇叭。
图 4. 输出频率响应比较
这种做法看起来很理想,不过,由于整合式电荷泵的低效运作,相较于含偏移接地套管或大型 DC 阻隔电容的传统耳机放大器,接地置中耳机放大器会耗用较多的电源,而略微缩短系统的电池使用时间。为解决这个问题的创新做法是使用改良的 Class-G技术。
Class-G 技术
在 AB 类放大器的接地置中架构做法中,放大器总是以最高电源电压运作,这表示,对于音频的无噪声阶段而言,整个输出 FET 的电压降幅相当大。以锂离子电池为例,一般的电池电压范围是 3.0V 至 4.2V。假设电池供应 3.6V 的电压,图 5 的红色箭头表示播放输出音频时整个输出 FET 的电压降幅。
图 5. AB 类接地置中耳机放大器运作
假设放大器的静态电流相较于流向负载的电流来说非常地小,即可推算电池电流与输出电流呈正比。
(等式 3)
图 6 显示 AB 类接地置中耳机简易示意图。随着音频的变化,整个输出 FET 的电压降幅也会变动。装置的功率损耗是电压降幅乘以电池电流 (IBATT) 所得的乘积。
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