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TI高性能音频运算放大器OPA1622的设计技巧

作者:迎九时间:2016-03-09来源:电子产品世界收藏

运算放大器有很长的历史,例如30多年前的OPA2604、2134,之后有OPA627,近几年出现了主打Hi-Fi功能的目前是流行产品,2015年中国市场上很多做Hi-Fi智能手机、智能平板、播放器、智能耳放的厂家使用了它。TI高精度运算放大器产品线市场工程师周颖称。“不过,TI工程师发现真正做Hi-Fi音乐的商家并不止步于。“OPA1622的产品失真率很低,但是驱动能力不是很强。所以,很多方案都会用两个芯片并联来驱动,很多客户希望下一代产品能有更强的驱动力。另外希望有更低功耗,性能更高。”周颖介绍了刚刚推出的音频运算放大器OPA1622及其性能改良方法。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201603/287509.htm

OPA1622提升了专业和便携式音频的性能

  OPA1622是TI Burr-Brown™ Audio产品线家族中的新成员,也是OPA1612的升级产品。新的OPA1622提供高达150mW的高输出功率,以及在10mW功率下-135dB的极低失真,从而为专业音频设备提供高性能。OPA1622的小尺寸、低功耗和低失真可为头戴式耳机放大器、智能手机、平板电脑和USB音频数模转换器(DAC)等便携式设备提供高保真音频。

OPA1622的四个特点及设计方法

  1.如何提高音频质量。熟知音频的人知道,总体谐波失真和噪声(THD+Noise)是很重要的参数,很多音频设计师调此参数来评测音频质量。当负载为32Ω、输出功率为10mW时,人耳可以听到的范围是0.1~10mW之间。之所以选择32Ω,是因为耳机阻抗是32Ω。在这两个条件下, THD值是-135dB。如果把噪声加进去,又把输出功率推到更高的层次,在输出的最大功率为150mW功率的条件下, THD+N值是-118.7dB。

  这是如何实现的呢?具体地,图1是该产品一个通道原理图,深色表示的是两级放大器,一个是输入级,一个是输出级。之所以这款产品把音频质量推向了更高,关键是输入和输出特别的设计。这给运放带来的优势有三点:首先运放有非常高的开环增益AOL,高开环增益意味着低输入失真,这就表示运放的输出失真也很低。其次它的输入级是单输入级,大多数传统运放输入级都不是单输入级,例如OPA1612是双输入级,因此所消耗的功耗会较多。再有输出级专门为了改进驱动能力做了特别设计。

  2.优化高保真便携式音频设备。方法是提高电源抑制比。电源抑制比(PSRR)是指产品功放对电源带进来的噪声或不想要的信号的抑制能力。电源抑制比越高,不想要的信号便会更多更强地被抑制,最终得到的信号就会更干净。OPA1622有个特别的引脚(GND),它和芯片内部的补偿电容直接相连(图2)。

  3.消除了爆破音。这是因为OPA1622有个使能引脚,可以使OPA1622在低功耗或者正常水平时操作。低功耗时也就是它的功耗小于5mA时,它基本是关闭的。因此客户可以让运放工作在完全关闭或开启的状态,进行使能控制。“由于这款产品内部有这个特别的设计,当运放通过使能端开启或关闭时是听不到爆破音的。“当用户戴着耳机,把运放关闭和开启时会听到短暂的声音,因为那时候电频不一样,用户会听到瞬变音,而TI内部则做了专门的设计把这个声音去掉了。”周颖指出。

  4.独特的引脚分配简化了设计,并提升了失真性能。TI芯片是由几位不同的音频人员设计的,他们都是音频爱好者,经常自己在家研究芯片。包括他们家里的音响设备都是自己用各种芯片做的。所以他们从追求高音质的用户角度出发,在芯片的布局布线上做了突破性的改进——采用对称的内部布局(图3右),可减少内部寄生现象,并消除高输出功率和低频段下的由于器件不对称发热引起的失真,因此使原来这种运放因为器件的发热导致的失真不复存在。


本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第2期第79页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。



关键词: TI音频 OPA1612 201603

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