墨寒
发表于 2010-3-4 18:09:09
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如何实现高音质和低功耗
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: d8 D0 O; ^& Q* u1 [4 g在传统的高保真系统中，音频放大器技术规格总是强调音质的好坏，对功率损耗的程度却很少考虑。然而，随着音频行业便携式高保真领域的增长，传统放大器器件的缺点，特别是它的低效率，已成为当前亟需解决的问题。
' d: D/ a3 Q" i/ f7 R1 T+ C传统上，音频播放设备采用所谓的AB类放大器，此类放大器失真小，从而产生较高的音质。然而，AB类放大器的运行方式解释了其效率低的原因：放 大器内部电压会随着输出电压降低而降低。放大器的晶体管会消耗过多的电力，因此，随着输出扬声器功率的下降，系统的效率便会降低。
! R6 H& W) V) n% Q0 U! s. g对于电源供电的高保真设备来说，这不是太大的问题;但对于电池供电的音频设备，如手机和MP3播放器而言，这是一个相当大的困扰，因为音频放大器的耗电量在整个系统中占有相当大的比例。以MP3播放器为例，音频放大器的耗电量占整体耗电量的比例高达80%。
, m$ {! i6 w; O; b' b% S7 y2 u因此，音频设备设计师一直在寻找能够强化AB类拓扑的方法。本文要探讨的问题在于，通过使用G类或H类等新技术所达到的省电效果是否值得?如果系统设计师采用了G类或H类放大器，那么采用G类或H类这两种方法所带来的功耗方面的差异，是否大到足以影响整体功率预算?
1 y( ]& ], x* D便携式音频设备的系统要求" A5 f, m% f5 m) ]) X
手持设备使用的音频放大器通常会驱动一个16?或32?的阻抗，这两种阻抗往往会消耗设备的大部分功率预算。这意味着任何有关功率放大器效率的改善，都能显著提升整个设备的效率及电池使用时间。" X8 k0 `! E. `5 g
如同我们看到的，影响传统音频放大器效率最重要的参数是峰值输出功率。这主要由设备使用的耳机类型决定：相对于头戴式耳机，耳塞式的峰值功率要求较低，不过两个声道的典型输出功率值范围为各4mW，总功率可高达2×30mW。
3 o8 w) H. k* W8 k& J8 I对32? 阻抗的耳机扬声器而言，若输出功率为30mW，则需要±1.38Vpk的放大器输出摆幅。这个应用的放大器级将需要100-200mV的额外电压空间。因此，耳机放大器的电源电压将是2×1.5V = 3.0V
5 r: ^7 w$ T3 E8 S为避免使用对应用而言太大的输出DC退耦电容器，一般会使用电荷泵来产生耳机放大器所需的负电源轨，使音频输出运行于电池接地点附近。这种配置便是"真接地"耳机放大器。它使用1.5V正电源; -1.5V电源轨则来自电荷泵。3 F I' S6 m8 r/ R
最常用的电池类型是锂离子电池，一般会产生3.6V输出。高效的DC/DC降压转换器能在不产生大幅损耗的情况下，将电池输出转换为正1.5V电源。
; s5 l* I! U+ }6 |9 x" x" O7 H(DC/DC降压转换器、用于负电源的电荷泵、AB类放大器控制单元、耳机放大器)
5 k% J; a5 Q @% E0 {: J" F. }3 j5 h高质量DC-DC转换器能以高达93%的效率将锂离子电池电压从3.7V转换为固定的1.5V输出电压。相对于放大器晶体管消耗2.2V(3.7V电池电压 -1.5V工作电压)的情况，这个方法当然更为有效率。
- S: z( B4 _! w5 Z) z但是，这并不能掩盖除了在高输出电压水平以外，晶体管仍然会消耗大量电能的事实。要解决这个问题，需要改变放大器本身的电源配置，这就是开发G类和H类放大器的原因。
# M9 z' d& e' O" I0 A2 C匹配输入电压和输出电压
3 t; B6 @: V' c- s上述音频放大器的功率数值为峰值功率值。实际上，需要这个最大电源电压的时间极短;音频信号具有很宽的动态范围。大部分的时间，输出电压均低于 0.5V，而放大器的电源电压却可达到1.5V。输出电压和电源电压之间的差异来自内部放大器晶体管所消耗的部分，这是电力损耗的主要原因。. \# @; [; U2 W
为解决这个问题，G类和H类放大器采用的放大器电源电压要在一定程度上满足所需的输出功率。G类放大器一般有两种电源电压水平。较高的电源电压 水平由所需的最大输出功率决定。较低的电源电压水平则由最小电源电压决定，放大器能够在这个电压下工作，且这个电压高于总谐波失真(THD)的阈值。
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发表于 2010-3-4 22:39:59
