利用CP2296實現(xiàn)全差分型替換傳統(tǒng)型AB類音頻功率放大器

手持媒體播放設(shè)備中的揚聲器音頻功率放大器多為AB 類放大器，分為傳統(tǒng)型和全差分型兩種架構(gòu)。全差分型架構(gòu)表現(xiàn)出更優(yōu)異的噪聲抑制能力，因此受到了越來越多用戶的歡迎。本文將給出一種全差分型替換傳統(tǒng)型AB 類放大器的解決方案。

AB 類揚聲器放大器

AB 類揚聲器音頻功率放大器因其技術(shù)成熟，音頻性能優(yōu)異，應(yīng)用簡單，價格較低等
優(yōu)勢，一直在小功率音頻放大器市場中占據(jù)主流。手持設(shè)備中的揚聲器放大器，最大輸出功率在1W 左右（8. 負(fù)載），此類放大器大都是BTL 橋接負(fù)載輸出，即無須耦合電容，輸出可直接與揚聲器連接。目前市場上的BTL 輸出的AB 類音頻放大器主要有傳統(tǒng)型和全差分型兩種架構(gòu)。

傳統(tǒng)型架構(gòu)

將同相輸出端VO+引回經(jīng)過一級反相放大，得到反相輸出端VO-，一起作為BTL 輸出。

全差分型架構(gòu)（Full differential）

完全對稱的電路架構(gòu)，輸入級、輸出級采用真正意義上的差分電路實現(xiàn)。

圖1 傳統(tǒng)型AB 類放大器

圖2 全差分型AB 類放大器

手機中的音頻噪聲

越來越多的手機具有音樂播放器的功能，相對其他音樂播放設(shè)備，手機應(yīng)用對音頻放大器有著更嚴(yán)格的要求，這主要是因為手機中電磁環(huán)境復(fù)雜，有可能產(chǎn)生各種音頻噪聲，影響用戶使用。

手機主板上，顯示屏、攝像頭、存儲器等設(shè)備的高速數(shù)據(jù)線，地址線縱橫交錯，再加上各種射頻信號線，都有可能對音頻放大器產(chǎn)生干擾，一旦音頻放大器拾取到這類噪聲，經(jīng)過放大就有可能達(dá)到用戶能聽到的程度。另一方面GSM 手機在與基站通信時，按分配的時隙發(fā)送數(shù)據(jù)，時隙間隔頻率為217Hz 。 由于射頻功率放大器在功率發(fā)射瞬間，要從電池上抽取很大的電流（峰值電流可達(dá)安培級），導(dǎo)致電源上出現(xiàn)很大的紋波，此紋波干擾（頻率為217Hz 左右）就會從電源進(jìn)入音頻放大器并在輸出上體現(xiàn)（多數(shù)應(yīng)用中音頻放大器是電池直接供電的）。若此電源干擾達(dá)到一定程度，人耳將明顯察覺到 “嗡嗡”的噪音，此即所謂的TDD Noise（TDMA 的時隙噪聲）。

當(dāng)手機發(fā)射功率等級（PCL）較高時，射頻功率放大器抽取的峰值電流更大，導(dǎo)致的
干擾也就更明顯。而在一些特定場合，“嗡嗡”噪聲可能會更容易被用戶聽到。情況1：客戶選擇前奏舒緩的音樂作為來電鈴聲，且手機處于較高的PCL 等級（比如PCL=5，GSM900），恰巧某時刻有電話打入，鈴聲按最大音量播放，由于此時鈴聲響度低，“嗡嗡”噪聲就會相對明顯。情況2： 收取短信時的提示音由于發(fā)聲時間很短，很容易暴露背景“嗡嗡”噪聲。情況3：用戶在安靜環(huán)境中進(jìn)行免提通話，“嗡嗡”聲將顯得特別明顯，這種聲音引起用戶的反感，嚴(yán)重的甚至影響通話的正常進(jìn)行！

 出于手機外形結(jié)構(gòu)的限制，揚聲器可能被放置在距離手機天線很近的位置；或者揚聲器距離音頻放大器很遠(yuǎn)，中間通過較長的引線或者FPC 進(jìn)行連接；或者手機PCB 布局太緊湊，無法對音頻電路進(jìn)行較好的布線保護(hù)，以及放置噪聲抑制濾波元件。這些實際產(chǎn)品設(shè)計中很常見的限制都可能導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的射頻干擾，增加出現(xiàn)“嗡嗡”噪聲的可能性。

全差分型架構(gòu)提供優(yōu)異的抗干擾能力

全差分結(jié)構(gòu)的放大器，從輸入同相端和反相端望進(jìn)去的電路是完全對稱的，因此提供了優(yōu)異的CMRR，PSRR，Click-POP 音抑制能力。PSRR 指標(biāo)反映了放大器對電源噪聲的抑制能力，傳統(tǒng)架構(gòu)的AB 類放大器的PSRR 通常在-62dB 左右，而全差分型放大器則很容易的做到-80dB 或更優(yōu)的性能?？梢?，全差分型放大器對射頻噪音抑制能力明顯優(yōu)于傳統(tǒng)AB 類放大器。

采用傳統(tǒng)型架構(gòu)的AB 類放大器的產(chǎn)品中一旦出現(xiàn)了射頻噪聲（干擾的頻段可能為GSM900 ，也可能為DCS1800），在不更改布局布線的情況下，僅靠調(diào)節(jié)外部的幾個PF級電容元件電容元件，是很難抑制住噪聲的。因此越來越多的用戶從傳統(tǒng)AB 類放大器轉(zhuǎn)而使用全差分型AB 類放大器。依據(jù)很多用戶的使用經(jīng)驗，如果使用全差分型放大器，

遵循通常的音頻電路布局布線規(guī)則，通常無須再擔(dān)心干擾（包括射頻干擾）帶來的各種可聽見的噪聲。這大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計，降低了風(fēng)險。

CP2296 兼容傳統(tǒng)架構(gòu)AB 類放大器

啟攀微電子（Chiphomer ）推出了一系列的全差分型AB 類放大器產(chǎn)品，滿足不同的應(yīng)用需求。CP2296 是啟攀微電子（Chiphomer ）的特色全差分型AB 類放大器產(chǎn)品產(chǎn)品，其PSRR 可達(dá)－85dB 。CP2296 還提供CSP9 封裝，該封裝的產(chǎn)品可兼容替換市場上主流的傳統(tǒng)型架構(gòu)的AB 類功放。當(dāng)用戶對傳統(tǒng)AB 類放大器性能不滿意時，就有了一種嶄新的選擇——CP2296，無需重新設(shè)計PCB，即可享受全差分型AB 類放大器的優(yōu)越性能。

圖3 CP2296 優(yōu)異的PSRR 抑制能力

CP2290 是啟攀微電子（Chiphomer ）設(shè)計的一款傳統(tǒng)型架構(gòu)AB 類放大器，完全兼容 市場上主流的同類廠商產(chǎn)品。以下給出CP2290 和CP2296 的兼容設(shè)計方案，該方案也 適用于與其他廠商的傳統(tǒng)型架構(gòu)AB 類放大器產(chǎn)品進(jìn)行兼容設(shè)計。 

 差分輸入模式兼容設(shè)計
當(dāng)音源提供差分信號時，CP2290/96 工作在差分輸入模式，可按圖4 來設(shè)計電路。
當(dāng)使用CP2296 時，將圖中兩個Rf 電阻NC，（CP2296 已經(jīng)內(nèi)置了反饋電阻40Ω）。

當(dāng)使用CP2290 時，在圖中兩個Rf 電阻處貼上20k Ω電阻。在使用CP2290 時，建議固定Rf 為20k Ω，通過調(diào)節(jié)Ri來改變增益。這樣將CP2290替換為CP2296 時，增益仍然保持一致（無須更改Ri），軟件音量設(shè)置可以兼容?？梢?，在此種工作模式下，可直接替換CP2290 為CP2296 ，無需重新設(shè)計PCB。

圖4 CP2296 差分模式兼容傳統(tǒng)AB 類設(shè)計

單端輸入模式兼容設(shè)計

當(dāng)音源只能提供單端信號時，CP2290/96 工作在單端輸入模式下，可按圖5 設(shè)計電
路。需要指出的是，即便在單端輸入模式下，全差分型仍然能提供比傳統(tǒng)AB 類放大器更優(yōu)異的性能。當(dāng)使用CP2296 時，將圖中RS， Rf 兩電阻NC。當(dāng)使用CP2290 時，在圖中Rf 處貼上20k Ω電阻，RS處貼上0Ω電阻，同時將同相端IN+ 處的Ri和Ci兩元件NC（圖5 中紅圈處）。同上原因，固定Rf 為20k Ω，通過調(diào)節(jié)IN-端的Ri來改變增益。

可見，在單端輸入模式下，只需要在原CP2290 設(shè)計中增加一個用于選擇的0Ω電
阻RS，即可實現(xiàn)CP2290 和CP2296 的兼容設(shè)計，所帶來的改動極小。

圖5 CP2296 單端模式兼容傳統(tǒng)AB 類設(shè)計

由以上兩種工作模式下的替換方案可以看出，CP2296 可以非常方便的替換傳統(tǒng)AB 類放大器產(chǎn)品，采用的兼容替代方案十分簡單，所帶來的改動極小（差分輸入模式下甚至無需改動），卻能方便的讓用戶從傳統(tǒng)AB 類放大器切換為全差分型AB 類放大器。 

小結(jié)

筆者建議用戶在新項目設(shè)計時使用全差分型AB 類音頻放大器，因為其提供更優(yōu)越的
抗干擾性能，大大降低了出現(xiàn)各類射頻噪音的可能性，降低設(shè)計難度和風(fēng)險。如果出于其他考慮，仍然需要使用傳統(tǒng)AB 類音頻放大器。筆者建議仔細(xì)分析評估新產(chǎn)品中可能存在的種種干擾，特別是射頻干擾。在必要情況下，應(yīng)該考慮采用全差分型與傳統(tǒng)AB 類放大器的兼容設(shè)計方案（如本文提到的CP2296），規(guī)避風(fēng)險。