近年來，智能手機集成的功能越來越多。在基本的音頻放大應用方面，消費者對音頻質量的要求也更苛刻。本文將重點探討智能手機的音頻放大器性能要求及相應的音頻放大解決方案。
數字輸入的音頻功放
目前各智能手機平臺的音源還是以模擬音源為主，技術相當成熟，都能提供高品質的音源，主要問題在于模擬音源在傳輸路徑上容易受到各種干擾，而產生雜音或噪聲。比如PCB上的噪聲耦合，或者空間輻射引起的TDD-Noise等。隨著智能手機集成的功能越來越多，音頻的干擾源也會越多越復雜，模擬音源將難以勝任，數字音源會是將來的一個發展趨勢，比如I2S，PDM或PCM等數字音源，I2S格式應該會成為一個各平臺都支持的主流格式。
數字音源除了抗干擾能力強外，另一個巨大的優勢是：在數字域很容易實現各種音效處理，比如音調控制，多段EQ，3D環繞聲等。而在模擬域實現這些功能的成本和難度幾乎是不可想象的。
目前艾為電子已開始在該領域發力，將會適時推出具有數字音源輸入的功放產品，預計在一到兩年內將迎來爆發式增長，逐漸取代模擬音源功放，同時一些國際大廠也紛紛進入了該領域，搶占先機。
喇叭的發展趨勢
智能機上普遍采用金屬復合膜喇叭，以1115和1420兩種規格為主，其主要特點是低音好，靈敏度高，體積小，厚度薄，只有3mm，特別適合超薄機，其劣勢也比較明顯，額度功率偏小，才0.5W左右，容易燒毀；必須用帶有防破音功能的功放來驅動，嚴格控制功放的輸出功率，對后音腔的體積和密閉性要求較高，結構設計難度大。
目前智能機的音量普遍偏下，喇叭的響度亟待提高，最直接的辦法是提高喇叭的額度功率，現在已經有部分廠家率先推出了0.8W甚至1W的金屬復合膜喇叭，提高響度的另一個辦法是采用更好的膜片材料，提升喇叭的靈敏度，這樣相同功率的條件下也能大大提升喇叭的響度。
為智能機量身定制的音頻功放
艾為電子一直致力于為手機提供高性能的音頻解決方案。繼2009年推出首創的K類功放以來，以超大音量為主要特點，獲得客戶的廣泛認可，迅速風靡大江南北，后來又陸續推出第二代、第三代和第五代K類功放，使得K類功放技術更加成熟，產品性能更加完善，成為功能機時代的標配產品，以累計出貨3億顆。
目前智能機的音效還遠不能達到用戶的期望，普遍存在音量小，低音缺失或雜音等問題。針對智能機音頻設計所面臨的種種挑戰，艾為推出了一款專為智能機量身定制的高效率，大音量，帶防破音功能的音頻功放：K6，采用首創的1.5X開環電荷泵架構，其整體效率高達80%，可以大大延長智能機的使用時間；K6提供0.8W，1W和1.2W三個功率等級供用戶選擇，匹配不同功率和尺寸的金屬膜喇叭，實現曼妙的音樂享受，防破音功能嚴格控制功放的輸出功率，在有效保護喇叭的情況下，實現音量的最大化；采用艾為具有專利的RNS（RFI TDD-Noise Suppression）技術和凈音技術，能有效抑制射頻輻射干擾導致的TDD-Noise問題；K6采用纖小的2mm×2mm FC-16 封裝，FC-16是廣泛應用于射頻PA領域的一種高性能封裝形式，其特點是封裝電阻小，過電流能力強，散熱好，同樣特別適合于音頻功放類產品的封裝。
圖1：K6的功能框圖。
1.5X開環電荷泵
相對于傳統電荷泵結構而言，1.5X開環電荷泵具有驅動能力強，輸出電流大，效率高等優點，傳統電荷泵的調整管工作在線性區，而1.5X開環電荷泵沒有器件工作在該區域，全部工作在開關狀態，電荷泵自身消耗的功率很小，所以1.5X開環電荷泵具有極高的效率，平均效率在85%以上，峰值效率能到95%。高達1.2MHz的工作頻率允許外圍采用小尺寸的電容；同時電荷泵具有過壓保護，重載限流，碰地保護等故障保護功能，保護芯片在異常情況下免于損壞。
圖2：1.5X開環電荷泵工作原理
1.5X開環電荷泵的工作分為兩個階段，在充電階段，給飛電容CF1和CF2充電，電荷存儲在飛電容在，在放電階段，兩個飛電容并聯后疊加在電源電壓上，從而實現升壓功能，輸出電壓為電源電壓的1.5倍。
防破音功能
音頻應用中，輸入信號過大或電池電壓下降等因素都會導致音頻放大器的輸出信號發生不希望的破音失真，并且過載的信號會對揚聲器造成永久性損傷。艾為獨特的防破音（NCN）功能可以通過檢測放大器的破音失真，自動調整系統增益，使得輸出音頻信號保持圓潤光滑，不僅有效地避免了大功率過載輸出對喇叭的損壞，同時帶來舒適的聽音感受。
圖3：防破音工作原理圖。
啟動時間和釋放時間是防破音功能的兩個重要參數，直接影響防破音的效果。啟動時間是指防破音功能從檢測發現輸出破音失真，到增益衰減-10dB所需要的時間。釋放時間是指防破音功能從檢測輸出不再破音失真，到增益恢復10dB所需要的時間。啟動時間和釋放時間太小可能會帶來喘息聲的問題；太大又可能會帶來破音或聲音發“悶”等問題。K6針對手機等便攜式設備的音頻特點，啟動時間設置為40ms，釋放時間設置為2s，有效地消除破音、保護喇叭，保持音樂的固有韻律，實現曼妙的音樂享受。
超強TDD抑制技術
TDD-Noise，俗稱“電流聲”，TDD-Noise可以通過兩個途徑干擾到音頻電路，一個是電源線和地線的傳導干擾；一個是天線空間輻射干擾。K6集成兩大技術來抑制電流聲：RNS技術和凈音技術。
K6采用了獨創的完全對稱的功放架構，芯片內部器件和走線是完全對稱排布，同時對于功放敏感引腳看到的任何電路都采用RNS（RF TDD Noise Suppression）技術，不僅使射頻信號難以干擾到芯片內部，即使有極少量干擾信號進入也會被完全對稱的功放架構完全抵消。
圖4：RNS技術
地線傳導干擾導致的輸入TDD最難濾除，因為它會與輸入信號疊加在一起，所以建議在能采用差分輸入的平臺一定要使用差分輸入，且走線要平行對稱。同時K6采用“凈音”技術可以有效濾除這種TDD Noise，建議只在免提通話模式下使用。
圖5：凈音技術
典型應用
K6的應用極其簡潔，外圍只需少量的電阻電容，外圍器件要求盡可能靠近芯片引腳放置，K6有多個狀態供用戶選擇，采用一線脈沖控制，只需一個GPIO口。此外，纖小的2mm×2mm FC-16封裝具有寄生電阻小，過電流能力強，散熱好，占板面積小等優點，特別適合應用于空間受限的智能機等便攜設備。
圖6: 典型應用圖。
本文總結
手機功能集成的越來越多，而體積又是向輕薄方面發展，板上留給音頻的空間越來越小，難以獲得好的音質，艾為電子聯合主要喇叭廠商推出了一套完整的音頻解決方案，K6搭配大功率，高靈敏度的金屬復合膜喇叭將給智能機帶來震撼的音量和高保真的音質，同時高達80%的整體效率，大大延長智能機的使用時間，是智能機音頻設計的不二選擇。 |
