功放在穿戴設(shè)備上面的應(yīng)用

英銳芯

AD8107

PART1

可穿戴設(shè)備功放選擇遇到的煩惱

01?功率不夠足

市場(chǎng)上面很多應(yīng)用在可穿戴設(shè)備上面的功放芯片，他們的規(guī)格書(shū)上面標(biāo)的是3W或5W，實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)3W的功放也就1W左右，5W的有就也就2W左右。這些虛的信息給硬件工程師帶來(lái)很大困擾。大大延長(zhǎng)了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期。

02芯片封裝太大

可穿戴設(shè)備內(nèi)部空間小，而普通SOP8封裝的功放芯片會(huì)比較大，會(huì)占用比較大的PCB面積，導(dǎo)致PCB在設(shè)計(jì)的時(shí)候很難再做小。

03芯片關(guān)機(jī)功耗不夠低

可穿戴設(shè)備的內(nèi)部空間小，所以只能用小容量的鋰電池，如果功放的關(guān)機(jī)功耗大，就會(huì)大大減小穿戴設(shè)備的待機(jī)時(shí)間。

04芯片抗干擾不強(qiáng)，音質(zhì)差

可穿戴設(shè)備里面的PCB板子比較小，抗干擾不強(qiáng)的功放芯片會(huì)受到高頻信號(hào)干擾而產(chǎn)生雜音，導(dǎo)致音質(zhì)差體驗(yàn)效果不佳。

PART2

AD8107幫你解決一切煩惱

√ AD8107研發(fā)的契機(jī)

遵循公司產(chǎn)品研發(fā)不忘初心，立足腳下，實(shí)事求是，解決客戶痛點(diǎn)的理念，我們?cè)O(shè)計(jì)出了AD8107,該芯片主要應(yīng)用在智能穿戴設(shè)備、兒童輔助學(xué)習(xí)機(jī)上面。

√ AD8107有哪些特點(diǎn)

AD8107功率高(3Ω負(fù)載，1KHz頻率，THD+N<10%(3W),THD+N<1%(2W)

AD8107應(yīng)用電路簡(jiǎn)單，只需3個(gè)電容2個(gè)電阻就可以完成應(yīng)用電路設(shè)計(jì)。

AD8107封裝小(DFN8L_2*2封裝)，并且芯片還帶過(guò)熱保護(hù)。

AD8107工作電壓范圍廣(2.0V-5.5V),關(guān)機(jī)電流小于1uA。

AD8107抗干擾能力強(qiáng)，針對(duì)高頻無(wú)線應(yīng)用做了特別優(yōu)化布局處理。

PART3

AD8107芯片介紹

產(chǎn)品概述：

AD8107是一款A(yù)B類，單聲道帶關(guān)斷模式，橋式音頻功率放大器。在輸入1KHz,5V工作電壓時(shí)，最大驅(qū)動(dòng)功率為：3W（3Ω負(fù)載，THD<10%，2W（3Ω負(fù)載，THD<1%）；音頻范圍內(nèi)總諧波失真噪音小于1%（20Hz-20KHz）;

AD8107應(yīng)用電路簡(jiǎn)單，只需要極少數(shù)外圍器件，就能提供高品質(zhì)的輸出功率。AD8107輸出不需要外接耦合電容或上舉電容、緩沖網(wǎng)絡(luò)、反饋電阻。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：

1.功率足,失真度小

2.抗干擾強(qiáng)

3.供電電壓范圍廣，關(guān)斷電流小

4.應(yīng)用簡(jiǎn)單,外圍元器件少

5.封裝小DFN8,帶過(guò)熱保護(hù)功能

產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域：

1.智能穿戴設(shè)備

2.兒童智能學(xué)習(xí)機(jī)，學(xué)習(xí)筆

3.平板電腦

4. 家用安防監(jiān)控設(shè)備

一、內(nèi)部原理框圖

二、引腳定義

三、引腳描述

四、芯片典型應(yīng)用電路

應(yīng)用電路元器件參數(shù)說(shuō)明：

Ri ：與Rf一起設(shè)置閉環(huán)增益的輸入電阻，同時(shí)還與Ci形成了高通濾波器，且fC＝1/(2πRiCi)。

Ci ：輸入耦合電容，主要用于隔離運(yùn)放輸入端的直流電壓，同時(shí)還與輸入電阻Ri構(gòu)成高通濾波器，fC＝1/(2πRiCi)。

Rf ：與Ri共同設(shè)置閉環(huán)增益的反饋電阻。

Cs ：提供電源濾波器的電源旁路電容

CB ：VDD /2 參考電壓Bypass引腳的濾波電容。

PART4

AD8107芯片應(yīng)用說(shuō)明

1.橋式輸出結(jié)構(gòu)說(shuō)明：

由內(nèi)部原理框圖可知，AD8107芯片內(nèi)部有兩對(duì)放大器組成，且其結(jié)構(gòu)有稍微的差異。前級(jí)輸入運(yùn)放的增益可在芯片外部進(jìn)行設(shè)置，而后級(jí)輸出運(yùn)放在芯片內(nèi)部已經(jīng)設(shè)置了反向的單位增益。芯片輸入運(yùn)放的閉環(huán)增益由Rf和Ri進(jìn)行設(shè)置，而輸出運(yùn)放的增益則由芯片內(nèi)部的兩個(gè)電阻所固定。圖1所示前級(jí)運(yùn)放的輸出作為下級(jí)運(yùn)放的輸入，導(dǎo)致兩級(jí)運(yùn)放的輸出信號(hào)大小保持一致，僅相位相差180°。因此，芯片的增益應(yīng)為：AVD=2*(Rf/Ri)。

當(dāng)在輸出端VO1和VO2之間接上不同的負(fù)載時(shí)，運(yùn)放就建立了“橋式模式”。橋式模式工作方式與通常應(yīng)用時(shí)負(fù)載一端接地的單端模式不同。橋式運(yùn)放在設(shè)計(jì)上也與單端模式有所差異，例如在對(duì)負(fù)載提供驅(qū)動(dòng)能力上，其輸出幅度是輸入電壓的兩倍。從而，在相同條件下與單端模式相比可提供四倍的輸出功率。這就在不限制電流和發(fā)音清晰的情況下提高了輸出功率。

應(yīng)用與耳機(jī)音頻功放中的橋式結(jié)構(gòu)，同樣優(yōu)于單端運(yùn)放。因?yàn)椴煌妮敵鲂盘?hào)VO1和VO2的中心電平為VDD/2，不存在與地之間的直流電壓。還省掉了在單端單電源（單端輸出）模式結(jié)構(gòu)中需要的輸出耦合電容。如果在單端輸出運(yùn)放中不加入輸出耦合電容，其VDD/2電壓就直接通過(guò)負(fù)載到將導(dǎo)致芯片內(nèi)部功耗增大，同時(shí)還會(huì)損喇叭。較大輸出耦合電容（如470μF）與負(fù)載 (8Ω）構(gòu)成了一個(gè)高通濾波器來(lái)防止低頻響應(yīng)。這種結(jié)構(gòu)不會(huì)對(duì)小于20Hz以下的信號(hào)產(chǎn)生響應(yīng)，但是要在PCB板的尺寸和系統(tǒng)成本，低頻響應(yīng)之間進(jìn)行折中考慮。

2.電源旁路

對(duì)于任何功放，恰當(dāng)?shù)碾娫磁月愤x擇是低噪聲性能和過(guò)高電源過(guò)濾至關(guān)重要的。Bypass和電源管腳電容的位置應(yīng)盡量接近芯片。大的電源旁路電容的增加可以提升低頻時(shí)的THD+N，這也應(yīng)歸咎于電容的增加提高了電源的穩(wěn)定性。典型應(yīng)用10μF和0.1μF的旁路電容于5V電源，來(lái)提高電源的穩(wěn)定性，但不僅僅局限于AD8107的電源旁路。旁路電容尤其是C的選擇，依賴于低頻 THD+N，系統(tǒng)成本和尺寸的折中考慮。

3.關(guān)斷功能

為了在不使用芯片時(shí)降低功耗，AD8107帶有 SD 引腳來(lái)關(guān)斷運(yùn)放的偏置電路。當(dāng)邏輯高電平加于SD 引腳上時(shí)，SD 就啟動(dòng)使運(yùn)放關(guān)斷，內(nèi)部電源開(kāi)關(guān)斷開(kāi)給運(yùn)放供電，輸入腳跟輸出腳還有內(nèi)部偏置輸出腳都為0V,當(dāng)電源電壓作用于SD引腳上時(shí)，典型的關(guān)斷靜態(tài)電流為1μA。在多數(shù)應(yīng)用中，外部輸入信號(hào)一般通過(guò)一個(gè)微處理器的管腳控制，它可以提供一個(gè)快速平滑的轉(zhuǎn)換。另外一個(gè)方法是通過(guò)單極點(diǎn)、單向開(kāi)關(guān)和一個(gè)上拉電阻實(shí)現(xiàn)，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后，信號(hào)SD腳接地，芯片可以正常工作,內(nèi)部電源開(kāi)關(guān)閉合給運(yùn)放供電，運(yùn)放進(jìn)入待機(jī)模式。對(duì)于AD8107的SD腳內(nèi)部沒(méi)有上拉和下拉電阻，故SD引腳電壓由外部設(shè)置，如果該引腳懸空，可能會(huì)導(dǎo)致該輸入腳的邏輯電平處于不穩(wěn)定狀態(tài)，從而影響功放的正常工作。所以我們?cè)O(shè)計(jì)應(yīng)用電路時(shí)不要把這個(gè)腳懸空。

4.功放偏置電容CB的選擇

通過(guò)功放內(nèi)部的原理框圖我們可以知道，內(nèi)部?jī)蓚€(gè)運(yùn)放公用了一個(gè)1/2VDD 直流偏置電路，而這個(gè)CB電容的大小會(huì)直接影響功放瞬間上電或者SD腳從高電平切換到低電平的上電時(shí)間，正常這個(gè)電容越小這個(gè)CB電容越快充電到1/2VDD，內(nèi)部運(yùn)放也越快進(jìn)入正常工作模式。但是這個(gè)電容不能太小，CB電容太小對(duì)于電源電壓紋波比較的大時(shí)候，參考電壓也跟著同步變動(dòng)而參數(shù)噪音，從而影響音質(zhì)。這個(gè)CB電容不能太大，太大CB電容充電直接會(huì)延長(zhǎng)，導(dǎo)致內(nèi)部運(yùn)放進(jìn)入正常工作的時(shí)間也加長(zhǎng)了，如果我們把SD腳拉低，馬上輸入音頻信號(hào)，那就會(huì)出現(xiàn)有部分音源播放不出來(lái)的情況。所以CB電容參數(shù)選擇很重要。

審核編輯：湯梓紅