功率放大器(簡稱功放)的作用是給音響放大器的負載RL(揚聲器)提供一定的輸出功率。當負載一定時，希望輸出的功率盡可能大，輸出信號的非線性失真盡可能地小，效率盡可能高。音頻放大器已經有快要一個世紀的歷史了，最早的電子管放大器的第一個應用就是音頻放大器。然而直到現在為止，它還在不斷地更新、發展、前進。主要因為人類的聽覺是各種感覺中的相當重要的一種，也是最基本的一種。為了滿足它的需要，有關的音頻放大器就要不斷地加以改進。應用領域TV，音箱，筆記本電腦和PDA,便攜式電子等等

1音頻放大器簡介功放分類

這里主要以靜態工作點為標準對功放進行分類A類放大器特點：放大器的工作點Q設定在負載線的中點附近,晶體管在輸入信號的整個周期內均導通。放大器可單管工作，也可以推挽工作。優點：工作在特性曲線的線性范圍內，瞬態失真和交替失真較小缺點：效率低，功率的理論最大值僅有25％B類放大器特點：放大器的靜態點在(VCC、0)處，即截至點處，當沒有信號輸入時，輸出端幾乎不消耗功率。在Vi的正半周期內，Q1導通Q2截止，輸出端正半周正弦波；同理，當Vi為負半波正弦波，Q2導通Q1截止，輸出端負半周正弦波，所以必須用兩管推挽工作。優點：效率較高(78%)，缺點：因放大器有一段工作在非線性區域內，交越失真較大AB類放大器特點：晶體管的導通時間稍大于半周期，必須用兩管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真較大，可以抵消偶次諧波失真。效率較高，晶體管功耗較小。2D類(數字音頻功率)放大器特點：將輸入模擬音頻信號或PCM數字信息變換成PWM(脈沖寬度調制)或PDM(脈沖密度調制)的脈沖信號，然后用PWM或PDM的脈沖信號去控制大功率開關器件通/斷音頻功率放大器，也稱為開關放大器。放大器由輸入信號處理電路、開關信號形成電路、大功率開關電路(半橋式和全橋式)和低通濾波器(LC)等四部分組成.優點：1：效率高，通常能夠達到85%以上2：發熱少，功耗低，電池使用壽命長3：體積小，可以比模擬的放大電路節省很大的空間4：低失真，頻率響應曲線好。外圍元器件少，便于設計調試缺點：存在EMI電磁干擾3功放分類AB類、D類放大器比較4效率，功率峰值因數以2瓦峰值功率為例AB類:12％的輸入功率變成有效音頻功率輸出，近88％變成熱量耗散了。D類放大器:75％輸入功率都變成了有效的音頻輸出功率，只有25％的輸入功率變成熱量耗散了。故具有較大功率輸出D類也不需要采用散熱器AB類、D類放大器比較

應用場合

音樂手機此類中高檔多媒體手機，除了通話和鈴聲之外，更多是MP3音樂、影音片段和數字電視等，非線性的D類音頻放大器所具有的效率高、發熱少、功耗低、電池使用壽命長等優點使之成為此類應用中最合適的方案。EMI干擾、芯片價格

D類存在EMI電磁干擾，可能會對手機RF部分或者天線部分產生干擾，降低手機的靈敏度，導致手機無法正常工作，且與AB類相比，沒有明顯的價格優勢，AB類音頻放大器成為主流的中低檔手機的首。噪聲、音頻性能

AB類較D類產品，突出的是音頻性能、THD+N(總諧波失真加噪聲)等方面。音頻耳機功放對效率和功率的要求不高，或者Hi-Fi（高保真）耳機放大器對失真率有較高的要求，如今在耳機放大器的設計中AB類仍是唯一的選擇。

5AB類、D類放大器比較AB類、D類的共存與折中在未來手機設計中，AB類不可能被D類完全取代，兩者將共存。折中方案：自由切換AB類和D類這兩種工作模式。在沒有射頻發射/傳輸的時候，運行D類模式；在射頻發射/傳輸的時候，運行AB類模式，充分利用D類和AB類的優點，彌補各自缺點。6功放相關參數THD+NPSRRPOPingD類功放相關的EMI額定功率音調控制特性頻率響應輸入靈敏度噪聲電壓整機效率7功放相關參數介紹THD(總諧波失真)諧波失真是由于系統不是完全線性造成的。功放工作時，由于電路不可避免的振蕩或其他諧振產生的二次，三次諧波與實際輸入信號疊加，在輸出端輸出的信號就不單純是與輸入信號完全相同的成分，而是包括了諧波成分的信號。總諧波失真與頻率有關，必須在20Hz-20KHz的全音頻范圍內測出。諧波失真用總諧波失真百分比（THD）來度量。這個度量包括整個頻帶中各次諧波的功率之和，可以用下述方程定義：8V1為基波分量的幅值Vn為感興趣的諧波分量的幅值。總諧波失真的數值越小，音色就更加純凈。這個指標是在一定的工作電壓、一定的負載電阻RL、一定的輸入頻率FIN（一般常用1KHZ）、一定的輸出功率Po下進行測試。若改變了其中的條件，其THD+N值是不同的。功放相關參數介紹電源抑制比（PSRR,PowerSupplyRejectionRatio）把電源的輸入與輸出看作獨立的信號源，輸入與輸出的紋波比值即是PSRR，通常用對數形式表示，單位是dB.定義如下：

9在我們的芯片測試中，實際上測得的是Ksvr，測試方法是利用AP產生200mVpp的紋波信號，通過330uF電容耦合到AW208C電源端，DC電源通過20ohm電阻到電源端。測試時，利用AP的通道A測試芯片輸出的AC值，利用B通道測試到達功放電源端的紋波大小，最后通過AP的AB通道之間的crosstalk函數計算得到PSRR功放相關參數介紹POPingBTL、SE、OCL結構POPing抑制能力

橋式模式能有效抑制共模噪聲。輸出功率相同時，橋式模式的噪聲明顯小于單端模式的噪聲。這是因為相同的沖擊會同時出現在橋式輸出結構的“＋”、“－”兩端，并通過負載后相互抵消，不對揚聲器做功，因而不會發出“POP”聲。這種結構對于上電、掉電噪聲以及操作噪聲都有很好的抑制作用。無輸出耦合電容(OCL)結構與橋式結構非常類似，在輸出端將直流共模電壓抵消掉，只有交流信號對負載作功。與橋式結構一樣，OCL結構由于省去了耦合電容。10功放相關參數介紹POPing

一般解決的原則就是讓音頻電路最后開啟

增大VBIAS的濾波電容音頻集成電路通常都有一個管腳叫做Vbias，或者Vref、Vmid、Vsvr、bypass等，它是內部直流基準電壓，若要內部電路能工作，這個偏置電壓必須建立起來。實際應用時，該管腳通常外接一個旁路電解電容到地，該電容起濾除噪聲的作用。對于使用正電壓的單電源系統來說，當系統工作穩定時，基準電壓值約等于Vdd/2。增大這個電容的容值能抑制“POP”噪聲。當芯片上電或從待機狀態切換到工作狀態時，直流偏置電壓開始建立，從0逐漸升高，并對Vbias濾波電容充電。經過一定時間后，電壓上升到Vdd/2，此時芯片就可以工作了，輸出的音頻信號基于這個直流電壓上下擺動。同樣，當芯片掉電或進入待機狀態時，濾波電容放電，偏置電壓開始下降，從Vdd/2下降到0。

集成了一個固定的延時電路單元

啟動時間=充電時間+延遲時間11功放相關參數介紹POPing應用中合理控制時序12注：開啟時，由于我們功放有32ms的啟動延時，因此功放與音源同時開啟也是可以接受的；關斷時，為完全避免pop音，功放最好是提前于音源就進行關斷操作；功放相關參數介紹D類功放相關的EMI

EMC：電磁兼容性國際電工委員會標準IEC對電磁兼容的定義是：系統或設備在所處的電磁環境中能正常工作，同時不對其他系統和設備造成干擾。EMC包括兩個方面的要求：（1）設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁干擾不能超過一定的限值；（2）器具對所在環境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性

EMC包括EMI(interference)和EMS(susceptibility),即電磁干擾和電磁抗干擾EMI，電磁干擾度：描述一產品對其他產品的電磁輻射干擾程度，是否會影響其周圍環境或同一電氣環境內的其它電子或電氣產品的正常工作EMS，電磁抗干擾度：描述一電子或電氣產品是否會受其周圍環境或同一電氣環境內其它電子或電氣產品的干擾而影響其自身的正常工作13功放相關參數介紹D類功放相關的EMIEMI又包括傳導干擾CE（conductionemission）和輻射干擾RE(radiationemission)以及諧波harmonic。EMS又包括靜電抗干擾ESD，射頻抗擾度EFT，電快速瞬變脈沖群抗擾度，浪涌抗擾度，電壓暫降抗擾度.

EMI來源：覆蓋頻段1MHz～1GHz250KHz～1.5MHz高頻開關信號

納秒級邊沿切換，過沖振蕩14功放相關參數介紹D類功放相關的EMI

D類功放由于調制器采用固定頻率載波，產生基載波的多次載波輻射，且PWM信號自身的開關特性，過沖/下沖和振鈴產生固定頻率的高頻輻射EMI。EMI抑制措施：1：擴展頻譜調制技術，在更大的帶寬內擴展開關PWM信號的頻譜能量。而不改變原始音頻內容。2：改變PWM開關信號的邊沿速率。信號以載波頻率為中心，任何一個邊緣都不是按周期重復，不僅維持了固定載波頻率，邊沿也不是以固定比率跳變，載波頻率上的能量輻射得到極大降低。3：使用LC濾波器或磁珠濾波器以過濾高頻諧波。中高功率由于EMI太強用LC濾波器，而小功率用磁珠處理即可。4：PCBlayout及器件擺放位置。D類到揚聲器線路不能太長，否則類似于一天線。15音響放大器主要技術指標及測試方法額定功率

音響放大器輸出失真度小于某一數值(如<5%)時的最大功率稱為額定功率。其表達式為:PO=VO^2/RL式中，RL為額定負載阻抗；Vo(有效值)為RL兩端的最大不失真電壓。Vo常用來選定電源電壓VCC.

測量Po的條件如下：信號發生器的輸出信號(音響放大器的輸入信號)的頻率fi=1kHz，電壓Vi=5mV，音調控制器的兩個電位器RP1、RP2置于中間位置，音量控制電位器置于最大值，用雙蹤示波器觀測vi及vo的波形，失真度測量儀監測vo的波形失真.注意在最大輸出電壓測量完成后應迅速減小Vi，否則會因測量時間太久而損壞功率放大器。

測量Po的步驟是：功率放大器的輸出端接額定負載電阻RL(代替揚聲器)，逐漸增大輸入電壓Vi，直到vo的波形剛好不出現削波失真(或<3%)，此時對應的輸出電壓為最大輸出電壓，由式(3-7-22)即可算出額定功率Po。

16音響放大器主要技術指標及測試方法音調控制特性

輸入信號vi(=100mV)從音調控制級輸入端的耦合電容加入，輸出信號v0從輸出端的耦合電容引出。先測1kHz處的電壓增益Av0(Av0=0dB)，再分別測低頻特性和高頻特性。同樣，測高頻特性是將RP2的滑臂分別置于最左端和最右端，頻率從1kHz至50kHz變化，記下對應的電壓增益。最后繪制音調控制特性曲線，并標注與fL1、fx、fL2、f0(1kHz)、fH1、fHx、fH2等頻率對應的電壓增益。

172023/2/6音響放大器主要技術指標及測試方法頻率響應

放大器的電壓增益相對于中音頻fo(1kHz)的電壓增益下降3dB時對應低音頻截止頻率fL和高音頻截止頻率fH，稱fL~fH為放大器的頻率響應。測量條件同上，調節RP3使輸出電壓約為最大輸出電壓的50%。測量步驟是：