安森美半導體真實耳機放大器—NCP2811
NCP2811 是一個立體聲耳機放大器，可以為16Ω的負載提供100mW的輸出，而且THD+N小于0.01%。同時NCP2811有兩個版本：NCP2811A是外部可調增益版本，NCP2811B是固定增益版本。這兩種版本同時提供µBump 12引腳封裝，芯片的整個封裝尺寸只有1.5mm×2mm，0.5mm的管腳間距，同時也提供QFN 3×3的封裝，芯片內部集成了Click Noise消除電路，可以有效地抑制Pubclic Noise。
圖1 NCP2811A真接地耳機放大器原理圖
圖1為NCP2811A的框架原理圖。左上角為產生負電源的Pop模塊，左邊中間是Pob Clicke消除電路，左下角是外部增益設置的電路，包括反饋電阻、輸入電阻和輸入電容。右邊為兩個輸出，采用真實接地的接法，不需要隔直電容。
NCP2811B與NCP2811A的主要區別在于它將增益設置放到了內部。芯片內部已經集成了反饋電阻和輸入電阻，因此電路的外圍只需要提供輸入電容就可以了。
NCP2811A/B特性
• 真接地耳機放大器
- 省去2個外部隔直流(DC blocking)大電容
- 能夠使用4點連接器，麥克風和耳機使用相同接地引腳
• 提供內部增益版本(B)或可調節增益版本(A)
• 零爆音噪聲電路
• 高PSRR(-100dB)
• 低噪聲放大器(7 µVrms AW)，信噪比(SNR) = 105dB
• CSP-12引腳1.5mm×2mm封裝
NCP2811關鍵性能測試
THD+N
首先測試NCP2811的總諧波失真（THD）和噪聲（N），即THD+N。可以看到，在5V供電時，它的最大輸出功率可以達到110mW，所以它的驅動能力很強。同時它在16Ω的負載以及32mW的測試條件下，只有0.015%的THD+N。
PSRR
在電源供電為3.6V時，在217Hz處其PSRR在-100dB以下。不論是左聲道輸出還是右聲道輸出，它的PSRR都在-100dB以下。
串擾
在測試條件為Vbat=3.6V的情況下，可以看到無論是左聲道對右聲道，還是右聲道對左聲道，它的串擾都在-80dB以下。
輸出對地保護
NCP2811器件集成了內部短路保護功能，如果兩個輸出對地有短路狀況存在的話，內部自動會啟動一個短路保護，這時每個輸出管腳對地的電流不會超過300mA。
NCP2811外部元件的選擇
對于NCP2811A進行增益設定所需要的電阻包括反饋電阻和輸入電阻，用來設定NCP2811A的閉環增益，建議將閉環增益設定在1至10之間，對于輸入電容來講，Rin和Cin是作為一個高通濾波器來使用的，選擇適當的Cin，使Cin和Rin的低通濾波器截止頻率低于20Hz。可按照如下公式計算：
閉環增益
輸入電容Fc=1/2πRinCin
對于NCP2811B，它的內部集成輸入電阻是20K，所以按照20K選擇輸入電容。
在電荷泵電容選擇方面，推薦使用低等效串聯電阻（ESR）的陶瓷電容（建議X7R或X5R）。在負電壓產生期間，泵電容(又稱飛跨電容)傳遞能量。輸出電容（Cpvm）要大于等于泵電容，最小的最小的泵電容電容 (Cfly)和Cpvm的值是1µF(0402封裝尺寸)。對于輸入電容，推薦低ESR的陶瓷電容(建議X7R或X5R)，建議最低選擇1µF的電容值。
NCP2811是高性能運算放大器，所以驅動電容性負載時運算變壓器會變得不太穩定。如果在實際設計中需要電容性ESD保護，建議在NCP2811輸出與ESD保護之間串聯一個10Ω電阻，將電容性負載效應降至最低，如圖2所示。
圖2 輸出端ESD保護電容
圖3 基本常規設計
耳機驅動器的選型指南
常規的耳機放大器是需要隔直電容的，如圖3所示，從左側看，它需要輸入電容、輸入電阻和反饋電阻來設定它的增益和高通截止頻率，同時它的內部也集成了一個噪聲消除電路，并提供一個1/2Vbat的偏置電壓。在芯片的右側有兩個輸出，通過隔直電容后接到左右聲道的耳機上。在電容之前，在芯片上實際上是有一個直流偏置的，一般是在1/2VDD上面，但在電容之后，它實際上是一個純交流信號，不會有直流電平。
圖4所示為一個基本虛擬接地的設計。這種電路也是需要輸入電容、輸入電阻和反饋電阻來設定整個環路增益以及輸入高通濾波器的截止頻率。同時它內部也需要集成一個偏置電壓，而且這個偏置電壓會提供兩個管腳接到耳機的反饋端，耳機實際上是接到了OUT_L和OUT_I之間，或者是OUT_R和REF_I之間。此時在耳機的兩端都有一個1/2VDD 的直流電平存在，當然，最后抵達到耳機的實際上是一個交流的音頻信號，而沒有一個直流偏置在上面。
圖4 基本虛擬接地設計
圖5 基本的真實接地設計
圖5是一個基本的真實接地的耳機放大器，芯片的最左側實際上采用的是差分的輸入，所以會有四個輸入引腳，包括四個輸入電容。內部包含一個多路器，同時也會集成一個負電源的供電部分，包括在框圖的左下角，有一個CHARGE PUMP模塊，在芯片的右下角提供了一個控制接口，芯片中間偏右是兩個放大器。右側耳機的地是接到真實的大地上，而且OUTL和OUTR的波形完全是以地為參考的，只是一個純粹的交流信號，沒有任何的直流偏置。
從兼容性方面來講，虛擬接地的設計耳機連接器上的虛擬接地需要額外的引腳，而且會產生天線效應，所以它不兼容標準的耳機連接器；對于真實的接法，耳機放大器的地和耳機的地可以和主地共享，能夠兼容標準的耳機連接器，所以說真實接地的耳機放大器是客戶的首選。 |
