前言
一部精美的手機,配上優(yōu)美動聽的大聲音樂,無論走到哪里都能引來無數(shù)羨慕的目光。手機音質(zhì)的好壞直接影響著產(chǎn)品的成功與否,而音頻功率放大器對音樂的還原品質(zhì)有著至關(guān)重要的作用,直接影響著手機的音樂表現(xiàn)能力??梢哉f音頻功放是任何一種多媒體功能都要用到的基本功能,而且每種功能對音頻功放的要求還不盡相同,給音頻功放的設計帶來了諸多挑戰(zhàn)。
手機行業(yè)的競爭早已進入白熱化,越來越多的功能被“擠進”了一個非常有限的空間,像FM、ATV、BT和GPS等功能都逐漸成為標配,而成本控制又做到了極致,板上留給音頻的空間越來越小,不僅難以獲得好的音質(zhì),而且容易受到其他功能模塊的干擾,尤其是TDD-Noise和EMI干擾。面對如此多的挑戰(zhàn),之前單一工作模式的功放產(chǎn)品已經(jīng)難以勝任現(xiàn)在音頻設計的要求。“多模功放”的概念應運而生,針對不同的應用,選擇不同的工作模式,發(fā)揮不同模式功放所固有的優(yōu)勢,
針對現(xiàn)在音頻設計面臨的諸多挑戰(zhàn),艾為電子首次提出了“多模功放”的概念,即K5,第五代K類功放。在不同的應用條件下,對功放有不同的要求,針對可能碰到的問題,采用合適的模式工作,在源頭上徹底消除各種問題隱患。比如FM或ATV容易受到EMI干擾,可以選用FM模式;如果碰到TDD-Noise,可以選用免提模式;對于共板設計,多模功放既可以變身AB類,又可以變身D類,隨心所欲。多模功放的概念將復雜問題簡單化,化整為零,使得各種問題迎刃而解。
音頻設計面臨的挑戰(zhàn)
好音質(zhì)當然是音頻設計的不變追求,那么是不是低失真(THD),高信噪比(SNR)就是一款好功放呢?不全是,經(jīng)過這些年發(fā)展,功放技術(shù)有了長足的進步,各項指標都得到了很大提高,各家的指標貌似都差不多,但設計人員可能都碰到過這種情況:Demo板上測試,一切都OK,但一貼到手機主板上就什么問題都來了,比如音質(zhì)變差,免提有TDD-Noise,EMI干擾等。其根本原因是手機主板的環(huán)境要惡劣的多,很多指標急劇變差導致。所以抗干擾能力成為功放選型的關(guān)鍵指標,尤其是TDD-Noise和EMI干擾最為常見。
TDD-Noise
提到TDD-Noise,俗稱“電流聲”,大家都有點談虎色變,TDD Noise可以通過兩個途徑干擾到音頻電路,一個是天線輻射,理論上講,芯片的任何一個管腳都會拾取空間的射頻信號,只是大部分管腳拾取的信號不會最終傳到音頻功放的輸出上,而能干擾的輸出從而導致TDD Noise的只有音頻功放的輸入,輸出,共模電壓(如果有的話),電源和地;另一個途徑是電源線和地線的傳導。
K5采用了獨創(chuàng)的完全對稱的Anti-TDD功放架構(gòu),芯片內(nèi)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(shù),不僅使射頻信號難以干擾到芯片內(nèi)部,即使有極少量干擾信號進入也會被完全對稱的Anti-TDD功放架構(gòu)完全濾除掉。
圖1:RNS技術(shù)
地線上的TDD干擾最難濾除,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K5中的“免提模式”采用“凈音”技術(shù)可以有效濾除這種TDD Noise,建議只在免提通話模式下使用。
圖2:凈音技術(shù)
EMI干擾
手機中由于FM和ATV的工作頻段相對偏低,F(xiàn)M的工作頻段是100MHz左右,ATV的大概是400-800MHz,如果板子布局或走線不夠合理,容易受到功放電路的EMI干擾。功放中EMI的來源有兩個:一個是工作頻率,如功放的調(diào)制頻率,電荷泵的工作頻率,但這個頻率一般很低,不會超過1MHz,對FM,ATV或GSM幾乎沒有干擾。
另一個主要來源是快速翻轉(zhuǎn)的邊沿,如功放的輸出方波信號,電荷泵Flying電容正負兩端的信號。K類功放由于音量比普通D類要大很多,要求功放的輸出幅度也大,導致的EMI干擾也大,盡管采用抗EMI的“EEE”邊沿控制技術(shù),但還是會有一定的干擾。在K5中專門設置了“FM模式”,采用的是模擬輸出,輸出的是正弦波,不再是方波,在源頭上消除了產(chǎn)生EMI干擾。
在實際應用中,我們發(fā)現(xiàn)電荷泵也是會產(chǎn)生EMI干擾的,因為Flying電容的正負端是方波信號,由于方波信號的幅度不大,所以干擾也不大。K5中針對電荷泵也采用了邊沿控制技術(shù),減緩邊沿的翻轉(zhuǎn)速度,使得電荷泵的EMI干擾大大降低。
多模K類功放
AW8735是艾為推出的第一款多模K類音頻功放,對于不同的應用,選擇不同的工作模式,發(fā)揮不同類型功放所固有的優(yōu)勢,讓整體性能最優(yōu)。共有五種工作模式:AB類、D類、FM模式、K類、免提模式。
對于AW8735的5個工作模式,實際應用中,各模式選擇原則如下:
1. 一般情況下都可以選用K類模式。
2. 如果有TDD Noise,可以在免提時工作在功放的“免提模式”,其他的仍工作在K類模式
3. 如果FM或ATV有EMI干擾,可以將FM或ATV工作在“FM模式”,EMI干擾特別大時還可以工作在D類或AB類模式,尤其是AB類模式,將沒有任何EMI干擾,其他的仍工作在K類模式。
4. 對于共板設計,可以根據(jù)客戶不同需求工作在AB類,D類和K類。不用放置多套功放電路做兼容,大大節(jié)省空間。
采用一線脈沖方式控制,可以很方便的進入任何一種工作模式,各模式的控信號如下:
圖3:一線脈沖方式控制
AW8735管腳與AW8733完全兼容,如果是工作在AW8733的第四個狀態(tài),可以直接換成AW8735,軟硬件都不用做任何改動直接替換,方便升級換代。如果在AW8733中碰到了EMI,TDD Noise等問題,換成AW8735后只需修改軟件就可以用相應的工作模式來解決,使用起來極其方便。
總結(jié)
手機功能集成的越來越多,而體積又是向輕薄方面發(fā)展,板上留給音頻的空間越來越小,不僅難以獲得好的音質(zhì),而且容易受到其他功能模塊的干擾。面對如此多的挑戰(zhàn),之前單模功放產(chǎn)品已經(jīng)難以勝任現(xiàn)在音頻設計的要求。多模功放的概念應運而生,針對不同的應用,選擇不同的工作模式,發(fā)揮不同模式功放所固有的優(yōu)勢,將音頻調(diào)試,TDD Noise,EMI干擾等問題化整為零,迎刃而解。大大縮短產(chǎn)品上市時間,為客戶在激烈的競爭中占到先機。