多模功放在手机音频系统设计中的应用

出处:网络 发布于:2022-06-30 15:28:11

    一部精美的手机,配上优美动听的大声音乐,无论走到哪里都能引来无数羡慕的目光。手机音质的好坏直接影响着产品的成功与否,而音频功率放大器对音乐的还原品质有着至关重要的作用,直接影响着手机的音乐表现能力。可以说音频功放是任何一种多媒体功能都要用到的基本功能,而且每种功能对音频功放的要求还不尽相同,给音频功放的设计带来了诸多挑战。
    手机行业的竞争早已进入白热化,越来越多的功能被“挤进”了一个非常有限的空间,像FM、ATV、BT和GPS等功能都逐渐成为标配,而成本控制又做到了,板上留给音频的空间越来越小,不仅难以获得好的音质,而且容易受到其他功能模块的干扰,尤其是TDD-Noise和干扰。面对如此多的挑战,之前单一工作模式的功放产品已经难以胜任现在音频设计的要求。“多模功放”的概念应运而生,针对不同的应用,选择不同的工作模式,发挥不同模式功放所固有的优势,
    针对现在音频设计面临的诸多挑战,艾为电子首次提出了“多模功放”的概念,即K5,第五代K类功放。在不同的应用条件下,对功放有不同的要求,针对可能碰到的问题,采用合适的模式工作,在源头上彻底消除各种问题隐患。比如FM或ATV容易受到EMI干扰,可以选用FM模式;如果碰到TDD-Noise,可以选用免提模式;对于共板设计,多模功放既可以变身AB类,又可以变身D类,随心所欲。多模功放的概念将复杂问题简单化,化整为零,使得各种问题迎刃而解。
    音频设计面临的挑战
    好音质当然是音频设计的不变追求,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,经过这些年发展,功放技术有了长足的进步,各项指标都得到了很大提高,各家的指标貌似都差不多,但设计人员可能都碰到过这种情况:Demo板上测试,一切都OK,但一贴到手机主板上就什么问题都来了,比如音质变差,免提有TDD-Noise,EMI干扰等。其根本原因是手机主板的环境要恶劣的多,很多指标急剧变差导致。所以抗干扰能力成为功放选型的关键指标,尤其是TDD-Noise和EMI干扰为常见。
    TDD-Noise
    提到TDD-Noise,俗称“电流声”,大家都有点谈虎色变,TDD Noise可以通过两个途径干扰到音频电路,一个是天线辐射,理论上讲,芯片的任何一个管脚都会拾取空间的射频信号,只是大部分管脚拾取的信号不会终传到音频功放的输出上,而能干扰的输出从而导致TDD Noise的只有音频功放的输入,输出,共模电压(如果有的话),电源和地;另一个途径是电源线和地线的传导。

    K5采用了独创的完全对称的Anti-TDD功放架构,芯片内部器件和走线是完全对称排布,同时对于功放敏感引脚看到的任何电路都采用RNS(RF TDD Noise Suppression)技术,不仅使射频信号难以干扰到芯片内部,即使有极少量干扰信号进入也会被完全对称的Anti-TDD功放架构完全滤除掉。

    RNS技术
    图1:RNS技术
    地线上的TDD干扰难滤除,因为它会与输入信号叠加在一起,所以建议在能采用差分输入的平台一定要使用差分输入,且走线要平行对称。同时K5中的“免提模式”采用“净音”技术可以有效滤除这种TDD Noise,建议只在免提通话模式下使用。

    静音技术

    图2:净音技术
    EMI干扰
    手机中由于FM和ATV的工作频段相对偏低,FM的工作频段是100MHz左右,ATV的大概是400-800MHz,如果板子布局或走线不够合理,容易受到功放电路的EMI干扰。功放中EMI的有两个:一个是工作频率,如功放的调制频率,电荷泵的工作频率,但这个频率一般很低,不会超过1MHz,对FM,ATV或GSM几乎没有干扰。
    另一个主要是快速翻转的边沿,如功放的输出方波信号,电荷泵Flying电容正负两端的信号。K类功放由于音量比普通D类要大很多,要求功放的输出幅度也大,导致的EMI干扰也大,尽管采用抗EMI的“EEE”边沿控制技术,但还是会有一定的干扰。在K5中专门设置了“FM模式”,采用的是模拟输出,输出的是正弦波,不再是方波,在源头上消除了产生EMI干扰。
    在实际应用中,我们发现电荷泵也是会产生EMI干扰的,因为Flying电容的正负端是方波信号,由于方波信号的幅度不大,所以干扰也不大。K5中针对电荷泵也采用了边沿控制技术,减缓边沿的翻转速度,使得电荷泵的EMI干扰大大降低。
    多模K类功放
    AW8735是艾为推出的款多模K类音频功放,对于不同的应用,选择不同的工作模式,发挥不同类型功放所固有的优势,让整体性能。共有五种工作模式:AB类、D类、FM模式、K类、免提模式。

    对于AW8735的5个工作模式,实际应用中,各模式选择原则如下:


    1. 一般情况下都可以选用K类模式。
    2. 如果有TDD Noise,可以在免提时工作在功放的“免提模式”,其他的仍工作在K类模式
    3. 如果FM或ATV有干扰,可以将FM或ATV工作在“FM模式”,EMI干扰特别大时还可以工作在D类或AB类模式,尤其是AB类模式,将没有任何EMI干扰,其他的仍工作在K类模式。
    4. 对于共板设计,可以根据客户不同需求工作在AB类,D类和K类。不用放置多套功放电路做兼容,大大节省空间。
    采用一线脉冲方式控制,可以很方便的进入任何一种工作模式,各模式的控信号如下:


    图3:一线脉冲方式控制
    AW8735管脚与AW8733完全兼容,如果是工作在AW8733的第四个状态,可以直接换成AW8735,软硬件都不用做任何改动直接替换,方便升级换代。如果在AW8733中碰到了EMI,TDD Noise等问题,换成AW8735后只需修改软件就可以用相应的工作模式来解决,使用起来极其方便。
    总结
    手机功能集成的越来越多,而体积又是向轻薄方面发展,板上留给音频的空间越来越小,不仅难以获得好的音质,而且容易受到其他功能模块的干扰。面对如此多的挑战,之前单模功放产品已经难以胜任现在音频设计的要求。多模功放的概念应运而生,针对不同的应用,选择不同的工作模式,发挥不同模式功放所固有的优势,将音频调试,TDD Noise,EMI干扰等问题化整为零,迎刃而解。大大缩短产品上市时间,为客户在激烈的竞争中占到先机。
关键词:手机音频

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