音频功率放大IC 2021年最新发展趋势及应用中的难
发布日期:2021-01-05
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ADI便携式音频产品线低功耗D类产品市场经理张扬认为，总体来说，D类放大器经过近几年的发展，已经成功地运用到了手机及一般便携式产品中。D类放大器今后的发展一定会逐步在很大程度上取代普通的AB类产品，市场占有比例会越来越大。
比如现在在家庭音响应用领域，几乎全部是用D类放大器。虽然在手机上，很大部份尤其是在低端的手机上，还是用AB类多，但我们会看到越来越多的D类去取代AB类，尽管不会完完全全的取代。原因在于，在很多低端的产品设计上，是延用旧的设计，或者说设计者不想花力气去改变，所以对于D类放大器省电的优势不去考虑。在这种情况下，我们不会指望某一天D类会全部取代AB类，但是在相当程度上，我们相信比例会越来越大。同时，ADI也尽力来宣传D类放大器省电和高效率的好处。
欧胜：D类、H类和W类，选型需考量
作为专业音响芯片供应商，欧胜(Wolfson)微电子有限公司地区市场经理吴彦翔把市场更加细化，他指出，就音频放大器来说，欧胜将这一市场划分为两个细分市场：一是输出功率低于1W的低功率型，另一类是10W以上的高功率音频放大器，这两个部分针对两种完全不同的市场。低功率通常专门针对采用电池供电的设备，如移动电话、PMP、便携DVD等。而高功率应用覆盖了液晶电视、音视频接收设备以及汽车主单元等消费产品。而它们的技术趋势是将主要集中在通过使用如D类、H类等各种驱动技术将功耗降至最低。
欧胜提供的W类技术在降低功耗方面进一步优化了其低功率驱动技术。例如，通过欧胜的W类放大器技术可使编解码器(CODEC)回放功耗可低于5mW。
针对更高功率音频放大器，欧胜提供了各种D类运算放大器技术。在高功率音频放大器内，保持了设计上尽可能高的音频保真度和优化扬声器最高输出功率的平衡，而无需在机箱内设计很大的散热器。可以想象，如果你家里的液晶电视有一个巨大的散热片消耗着扬声器音频放大器的功率，那么液晶电视的超薄外型将难以实现。
不过，多种类别产品也带来了选型的困难。吴彦翔指出：“在今天的市场中，许多不同的供应商正专注于在扬声器输出领域提供D类音频放大器。对于耳机技术来说，有多种放大器技术如G类、H类实现方式。每一类实现方式都有其各自的优势和劣势，因此作为一家音频解决方案供应商，在决定使用哪一类实现方式之前，我们需要考虑的是我们客户的应用、对音频性能的需求以及对价格的期望值。”
NXP：D类技术还需完善
恩智浦(NXP)半导体多重市场产品部大中华区高级市场经理张秋明认为，目前音频放大器的发展趋势有两方面：
一是由AB类逐渐向D类过渡。与AB类放大器相比，D类放大器最大的优点是效率高：一般AB类放大器的效率不超过40%，而D类放大器通常可以达到80%以上，最高可以到90%以上。由于其高效率，D类放大器体积可以做得很小，便于采用较小的封装，在中小功率产品中，基本上不需要外加散热器。目前同等功率的D类放大器单颗芯片价格要比AB类贵，但是由于不需要散热片，在一些大功率应用比如组合音响，家庭影院上，D类和AB类总成本比较接近。另外，采用D类放大器还可以节省电源成本和能源消耗。
二是D类放大器需要进一步降低成本、提高性能及改善EMI(电磁干扰)。
与传统的AB类放大器相比，D类功放由于架构原因芯片成本还相对较高，另外外部通常还需要加滤波电路，成本阻碍了一部分用户使用D类功放。另外 EMI是一直困扰D类放大器发展的一个重要问题;所以如何更好地解决成本和EMI等问题，是D类放大器一个必然的发展趋势。
NXP指出需要引起重视的技术有：提高采样时钟的稳定度、提高动态范围和改善谐波失真;EMI性能改善;在不改变成本前提下的全内置封装技术等。
不过，众多厂商把焦点定位在EMI是D类放大器性能进一步提高的难点之一。
例如，ADI注重的就是抑制EMI和提高音质，采用专有的扩频脉冲密度调制技术(PDM)，包含了集成的Σ-Δ调制技术，用来接收模拟输入信号并且产生开关脉冲输出信号，直接驱动扬声器。一般的D类放大器采用PWM调制输出，会有一个很大的单频分量，在这个频率上的辐射量就很大，而采用ADI的专有技术，使得ADI的D类放大器输出的是一个广谱，本身的能量比较分散，单从这个技术本身来讲，对EMI就有所抑制。在ADI的各种D类放大器产品中，包括已经量产的和即将发布的产品里，在专有技术基础之上又加了一些新的技术，尽量把EMI降到最低。”最低的EMI，是ADI可以在面对任何的竞争对手时，都有优势的一方面，这是我们最有竞争力的一个优点。”
音频放大器应用中的难点
少用或不用滤波器
ADI公司指出，由于D类放大器它本身是开关输出，就会有高频分量和辐射，就要外加滤波器，用滤波器把这个辐射滤掉。而外加滤波器，就要占用电路板空间，还要增加耗电。以往在大功率的应用中，这个问题不明显。但是在手机，或者便携式产品的应用中，由于本身的电路板空间有限，又要最大限度省电，不希望在使用放大器后再去加一个很好的滤波器，所以这就成为一个很大的应用问题。如何把D类放大器做到能够应用到便携式产品上，厂家在这个上面花了很大的力气。ADI所做的工作，就是让用户如何在不用外接滤波器下来使用D类放大器。现在很多D类放大器已做到可以不用滤波器，同时也解决了EMI问题。这样就解决了D类放大器在便携式应用中最大的使用障碍。ADI的D类放大器产品在这两方面都有优势。
NXP公司也有同感。恩智浦采用了多项专利来改善EMI问题，比如跳频技术。无LC滤波器的D类放大器主要用在小功率部分，当功率较大或放大器和扬声器的连线比较长时，仍需要加滤波器;独有零死区技术，极大地改善了音频的失真;开环全数字PWM技术提高了放大器的性能和音频的音质。
提高音频质量
与此同时，提高D类放大器的音频质量，也是一个很重要的应用需求。
整体解决方案最优化
欧胜吴彦翔认为，放大器设计的基本法则是如何将负载的输出功率最大化，而不浪费放大器的有效功率，简而言之就是如何确保耳机或扬声器获得最大驱动，同时保持音频保真度。在市场或终端客户应用中，以手机为例，有些扬声器驱动器设计得非常糟糕，音频输出过大同时严重失真。因此，作为音频放大器的供应商，这是一种在提供最佳输出性能的音量和将电池供电产品的功耗降至最低之间的一种平衡。
对于高功率音频放大器来说，由于考虑到那些受空间限制应用(如平板液晶电视)的散热，因此音频放大器芯片的功耗也成为一个重要的考虑因素。因此即使是高功率音频放大器，设计和使用功耗最低的实现方式也依然重要。更低功耗、更小散热器或对热问题的考虑使得终端产品如液晶电视、音频视频接收设备以及其他家用音频设备的设计实现更加简单。例如，让我们将目光转向如今的家用音频设备，许多名牌产品已经实现了非常简洁小巧的外型，同时扬声器的输出驱动性能有时可高达50W/通道。这主要是通过D类扬声器放大器技术的应用来实现。
比如现在在家庭音响应用领域，几乎全部是用D类放大器。虽然在手机上，很大部份尤其是在低端的手机上，还是用AB类多，但我们会看到越来越多的D类去取代AB类，尽管不会完完全全的取代。原因在于，在很多低端的产品设计上，是延用旧的设计，或者说设计者不想花力气去改变，所以对于D类放大器省电的优势不去考虑。在这种情况下，我们不会指望某一天D类会全部取代AB类，但是在相当程度上，我们相信比例会越来越大。同时，ADI也尽力来宣传D类放大器省电和高效率的好处。
欧胜：D类、H类和W类，选型需考量
作为专业音响芯片供应商，欧胜(Wolfson)微电子有限公司地区市场经理吴彦翔把市场更加细化，他指出，就音频放大器来说，欧胜将这一市场划分为两个细分市场：一是输出功率低于1W的低功率型，另一类是10W以上的高功率音频放大器，这两个部分针对两种完全不同的市场。低功率通常专门针对采用电池供电的设备，如移动电话、PMP、便携DVD等。而高功率应用覆盖了液晶电视、音视频接收设备以及汽车主单元等消费产品。而它们的技术趋势是将主要集中在通过使用如D类、H类等各种驱动技术将功耗降至最低。
欧胜提供的W类技术在降低功耗方面进一步优化了其低功率驱动技术。例如，通过欧胜的W类放大器技术可使编解码器(CODEC)回放功耗可低于5mW。
针对更高功率音频放大器，欧胜提供了各种D类运算放大器技术。在高功率音频放大器内，保持了设计上尽可能高的音频保真度和优化扬声器最高输出功率的平衡，而无需在机箱内设计很大的散热器。可以想象，如果你家里的液晶电视有一个巨大的散热片消耗着扬声器音频放大器的功率，那么液晶电视的超薄外型将难以实现。
不过，多种类别产品也带来了选型的困难。吴彦翔指出：“在今天的市场中，许多不同的供应商正专注于在扬声器输出领域提供D类音频放大器。对于耳机技术来说，有多种放大器技术如G类、H类实现方式。每一类实现方式都有其各自的优势和劣势，因此作为一家音频解决方案供应商，在决定使用哪一类实现方式之前，我们需要考虑的是我们客户的应用、对音频性能的需求以及对价格的期望值。”
NXP：D类技术还需完善
恩智浦(NXP)半导体多重市场产品部大中华区高级市场经理张秋明认为，目前音频放大器的发展趋势有两方面：
一是由AB类逐渐向D类过渡。与AB类放大器相比，D类放大器最大的优点是效率高：一般AB类放大器的效率不超过40%，而D类放大器通常可以达到80%以上，最高可以到90%以上。由于其高效率，D类放大器体积可以做得很小，便于采用较小的封装，在中小功率产品中，基本上不需要外加散热器。目前同等功率的D类放大器单颗芯片价格要比AB类贵，但是由于不需要散热片，在一些大功率应用比如组合音响，家庭影院上，D类和AB类总成本比较接近。另外，采用D类放大器还可以节省电源成本和能源消耗。
二是D类放大器需要进一步降低成本、提高性能及改善EMI(电磁干扰)。
与传统的AB类放大器相比，D类功放由于架构原因芯片成本还相对较高，另外外部通常还需要加滤波电路，成本阻碍了一部分用户使用D类功放。另外 EMI是一直困扰D类放大器发展的一个重要问题;所以如何更好地解决成本和EMI等问题，是D类放大器一个必然的发展趋势。
NXP指出需要引起重视的技术有：提高采样时钟的稳定度、提高动态范围和改善谐波失真;EMI性能改善;在不改变成本前提下的全内置封装技术等。
不过，众多厂商把焦点定位在EMI是D类放大器性能进一步提高的难点之一。
例如，ADI注重的就是抑制EMI和提高音质，采用专有的扩频脉冲密度调制技术(PDM)，包含了集成的Σ-Δ调制技术，用来接收模拟输入信号并且产生开关脉冲输出信号，直接驱动扬声器。一般的D类放大器采用PWM调制输出，会有一个很大的单频分量，在这个频率上的辐射量就很大，而采用ADI的专有技术，使得ADI的D类放大器输出的是一个广谱，本身的能量比较分散，单从这个技术本身来讲，对EMI就有所抑制。在ADI的各种D类放大器产品中，包括已经量产的和即将发布的产品里，在专有技术基础之上又加了一些新的技术，尽量把EMI降到最低。”最低的EMI，是ADI可以在面对任何的竞争对手时，都有优势的一方面，这是我们最有竞争力的一个优点。”
音频放大器应用中的难点
少用或不用滤波器
ADI公司指出，由于D类放大器它本身是开关输出，就会有高频分量和辐射，就要外加滤波器，用滤波器把这个辐射滤掉。而外加滤波器，就要占用电路板空间，还要增加耗电。以往在大功率的应用中，这个问题不明显。但是在手机，或者便携式产品的应用中，由于本身的电路板空间有限，又要最大限度省电，不希望在使用放大器后再去加一个很好的滤波器，所以这就成为一个很大的应用问题。如何把D类放大器做到能够应用到便携式产品上，厂家在这个上面花了很大的力气。ADI所做的工作，就是让用户如何在不用外接滤波器下来使用D类放大器。现在很多D类放大器已做到可以不用滤波器，同时也解决了EMI问题。这样就解决了D类放大器在便携式应用中最大的使用障碍。ADI的D类放大器产品在这两方面都有优势。
NXP公司也有同感。恩智浦采用了多项专利来改善EMI问题，比如跳频技术。无LC滤波器的D类放大器主要用在小功率部分，当功率较大或放大器和扬声器的连线比较长时，仍需要加滤波器;独有零死区技术，极大地改善了音频的失真;开环全数字PWM技术提高了放大器的性能和音频的音质。
提高音频质量
与此同时，提高D类放大器的音频质量，也是一个很重要的应用需求。
整体解决方案最优化
欧胜吴彦翔认为，放大器设计的基本法则是如何将负载的输出功率最大化，而不浪费放大器的有效功率，简而言之就是如何确保耳机或扬声器获得最大驱动，同时保持音频保真度。在市场或终端客户应用中，以手机为例，有些扬声器驱动器设计得非常糟糕，音频输出过大同时严重失真。因此，作为音频放大器的供应商，这是一种在提供最佳输出性能的音量和将电池供电产品的功耗降至最低之间的一种平衡。
对于高功率音频放大器来说，由于考虑到那些受空间限制应用(如平板液晶电视)的散热，因此音频放大器芯片的功耗也成为一个重要的考虑因素。因此即使是高功率音频放大器，设计和使用功耗最低的实现方式也依然重要。更低功耗、更小散热器或对热问题的考虑使得终端产品如液晶电视、音频视频接收设备以及其他家用音频设备的设计实现更加简单。例如，让我们将目光转向如今的家用音频设备，许多名牌产品已经实现了非常简洁小巧的外型，同时扬声器的输出驱动性能有时可高达50W/通道。这主要是通过D类扬声器放大器技术的应用来实现。
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