低功耗、高质量便携式音频产品的实现技术
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直流偏压耳机放大器
用来隔离DC电流的最常见技术是采用去耦电容，如图1所示。在信号路径中放置一个电容可以创建一个高通滤波器，其角频率由耳机阻抗(R)和去耦电容(C)设置，等于1/(2πRC)。通常人的耳朵能够听到声音频率最低为20Hz。根据这个下限和耳机的典型阻抗，可很容易地计算出所需的电容值。对于20Hz的角频率，电容容值取500uF。
很显然，由于成本和在PCB上安装这个大体积电容所需的空间，这种解决方案无法被接受。通常可以接受的折衷方案是采用220uF电容，此时角频率大约为45Hz，而且占用更少的板上空间。虽然这种折衷方案传统上已被用于许多设计中，但它仍然是一种折衷。值得注意的是，这种拓扑不适用于单1.8V系统，因为1.8V放大器无法将耳机驱动到可接受的收听音量水平的能力。尽管存在成本、PCB空间和频率响应方面的局限性，但多年来容性耦合的耳机放大器一直都是便携式音频产品中唯一可行的解决方案。虽然这种拓扑已被用在许多设计中，但当系统要求变得更加严格时，这种折衷成具有显著的局限性。
图2：集成的地居中耳机放大器。
地居中耳机放大器
输出信号地居中(ground-centered)的耳机放大器是一个理想的解决方案。如图2所示，利用与DC电位一样的放大器输出作为耳机回送(地)，DC电流将不会流过耳机。与直流偏压放大器相比，这种放大器在低频率响应、节省PCB空间和元件成本方面具有明显优势。然而，地居中放大器对系统的一个要求是同时需要正、负电源电压。
图3：分别基于这两种放大器的音频转换器PCB布局图。
Cirrus Logic公司和其它制造商通过集成充电泵来产生耳机放大器所需的负电源电压，从而解决了这个问题。这些充电泵效率比较高，并且仅需最少的外部元件。这种拓扑不但不需要耳机的去耦电容，而且可从1.8V系统获得能产生足够收听音量的功率。充电泵产生负1.8V电压，能有效地为3.6V放大器供电。
与直流偏压放大器相比，地居中放大器具有许多优势：
(1)最大限度地减少了PCB空间。图3给出了需要隔直电容的音频编解码器与集成了地居中放大器的音频编解码器的PCB布局图。
(2)去掉电容C3和C4可节省50mm2以上的板上空间。内部充电泵需要电容C5和C6，这些电容与典型的电源去耦电容的大小相当。
(3)具有最优的低频性能。由于地居中放大器不需要带有大串联电容的高通滤波器(HPF)，所以它具有良好的低频响应。图4是两者的频率响应对比。
(4)由单1.8V系统电源供电就能提供适当的收听音量。充电泵可产生负1.8V电源电压，当与系统的1.8V电源组合使用时，可有效地产生3.6V电压来驱动放大器。这种结构使系统可以采用单1.8V电源，以尽量减少功耗，并保持产生足够收听音量的能力。
(5)在上电和断电的瞬态过程中没有噪音。除了具有在直流偏压放大器配置中需要折衷的所有优势外，由于不需要隔直电容，地居中配置在上电和断电的瞬变过程中，不会产生由隔直电容充放电引起的喀哒声和砰砰声。
图4：频率响应显示了截至频率与音频带宽的关系。
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