出色的音頻功能已是手機的重要特征，尤其是在多媒體手機中，高質量的音頻技術不可或缺。在音樂手機這類多媒體手機中，D類音頻放大器是最合適的方案，它具有效率高、發熱少、功耗低，電池使用壽命長等優點。而線性AB類放大器則擁有低成本優勢。但是不論是D類功放，還是AB類功放都需要貼近手機的實際應用。在實際應用中出現了很多需要解決的問題，而只有解決了這些問題才能使D類功放真正得以大量推廣。本文討論了手機上常用的單聲道D類功放容易出現的問題，并介紹埃派克森小功率D類功放A7013如何解決這些問題。
增益變化過高導致喇叭損壞
手機上常用的單聲道D類功放采用外接輸出電阻(如圖1)調節增益，由于增益誤差引起喇叭損壞，這個問題已逐漸引起手機廠商的關注。近期，國內多家知名手機制造商均有反饋，在手機設計中采用大增益單聲道D類功放，終端客戶大音量播放聲音，長期使用有損壞喇叭的現象，即使更換了包括國外大廠在內的其他芯片，問題仍沒有得到明顯改善。后來改用埃派克森微電子的D類功放A7013，返修現象大幅下降近８０％。
眾所周知，半導體工藝很難獲得絕對值準確的電阻，通常使用的多晶硅電阻的絕對值變化率為±20％，而外部電阻相對來說絕對值較為精準。因此當客戶使用大增益工作的時候，增益容易偏移出喇叭的最大功率范圍，從而引起喇叭損壞。而半導體工藝中很容易獲得電阻相對值匹配的精準，刻意匹配布局就能很容易達到0.1％的匹配精度，我們可以利用這一點來避免由于內部電阻偏移引起的增益偏移，具體方案如下：
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圖1 傳統增益設置, 圖2 改進后的增益設置 |
方案一：如圖2所示，在保證外部增益可控的同時，片內保留10k輸入電阻。(以下假設片外電阻不會有絕對值偏差)
假設如圖1中300k芯片內部電阻偏移20％，則增益會偏移20％，正常15倍的增益會偏移12到18倍，因此功率會超過額定功率。
Gainmax＝300×120％/20＝18＝15×(1＋20％)
Gainmin＝300×80％/20＝12＝15×(1－20％)
如果采用如圖2改進后的增益設置，同樣假設300k電阻偏移20％，則內部10k電阻也會同比例偏移20%(由于匹配精度可以達到0.1％)。
Gainmax＝300×120％/(10+10×120％)＝16.36＝15×(1＋9.1％)
Gainmin＝300×80％/(10＋10×80％)＝13.33＝15×(1－11.1％)
所以改進后的方案中，增益最大值偏移9.1％，增益最小值偏移11.1％，遠遠低于改進前20％的偏移水平。
方案二：
通過犧牲芯片成品率的方式，將芯片篩選到電阻漂移10％，同樣改進后的方法也會獲得更精準的增益上限，從而避免了手機廠商增益向大偏移而引起的喇叭損壞。
方案三：
產品也可以通過自動增益控制(AGC)來實現，大功率時避免燒壞喇叭。但這種方案通常成本大大提高。
由此可見，對于D類功放IC設計公司來說，方案一不會增加成本，并且手機生產廠商在應用時，也可以避免由于增益偏移而使喇叭頻頻被損壞的現象。A7013結合了方案一和方案二的優點，在同類產品中唯一實現了成功而成熟的方案。
此外，針對喇叭損壞的問題，通過研究手機喇叭的響應頻段可以發現，手機喇叭只能響應300Hz以上的頻段，這就導致300Hz以下頻段的功率都作為熱損耗掉了。改變輸入電容可以改變輸入信號帶寬，濾除不能被喇叭響應的頻段功率，從而降低了峰值功率，對喇叭的可靠性也有一定影響。
改善外部噪聲干擾
圖2中給出的方案對于改善噪聲干擾也有一定的優勢。在圖1中，如果客戶布局不慎，在運放輸入端耦合微弱噪聲，則該噪聲會被以運放開環增益(上萬倍)的倍數放大，在喇叭中就會出現聽得到的耦合噪聲。而采用圖2中的方案，只要芯片內部在運放輸入端做相應考慮，則在外部輸入引腳引入的微弱噪聲只能放大幾十倍，從而大大方便了客戶在這部分的布局。
改善功放音效
近年來人們對于D類功放的通常印象是高電源效率和較差的音質，針對D類功放的音質，業界一直有爭論，埃派克森A7013采用自主專利的增強反饋架構(EFS)改善D類功放的音質。做到高電源效率的同時，又極大改善了D類功放的失真，從而使得D類功放在音質和效率方面都獲得極大優勢。
如圖3和表1，可以看出EFS技術改善D類功放失真的作用，在整個功率范圍內采用EFS技術的A7013失真均做到了最低；同時由于高功率THD＋N的改善，A7013在1％以下失真的最大功率方面也有突出表現。
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圖3 采用EFS方案對THD＋N的改善。(圖中所引用數據均來自產品數據手冊) |
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表1 采用EFS方案其他性能的改善。(表中所引用數據均來自相應產品數據手冊) |
本文小結
埃派克森D類功放A7013在保持其高效率、低失真的同時，考慮了客戶具體應用中的問題，在可靠性和性能方面提供了完善的解決方案。A7013 具有WCSP9和DFN8兩種封裝，已經在手機設計廠商和品牌客戶中大量應用。