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資訊技術
SUPPORT
(需特殊定做)音頻功放芯片M3110應用頭戴式耳機降噪方案可替換TPA3110D2/TPA3110
發表于:2019-03-14

    音頻功放芯片M3110應用頭戴式耳機降噪方案可替換TPA3110D2/TPA3110?

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產品名稱
M3110/TPA3110/TPA3110D2/AD52068(國產價格貨期好)
封裝形式
HSSOP-28
產品功能
2X15W/16V/8Ω或30W/16V/4Ω
資料下載
M3110
應用領域
高保真真音響,藍牙音箱,拉桿音響,TV功放,便攜式音頻設備,車載音頻設備,多媒體音頻系統
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兼容型號

TPA3110/TPA3110D2

/AD52068/CSC3110

 

當我們打算為頭戴式耳機應用創建一個運算放大器時(最后選用的是M3110運算放大器),我們需要解決的第一個問題就是確定頭戴式耳機需要的功率。    將頭戴式耳機和揚聲器想象為把輸入電氣功率轉換為可聞輸出功率的變換器。與所有處理相類似,這個將電聲轉換過程具有一個與之相關的效率問題。

正如你有可能已經想到的那樣,不同頭戴式耳機類型的效率也是不一樣的。

總的說來,包耳式耳機的效率要低于入耳式耳機。   

頭戴式耳機廠商通常以特定輸入功率下(通常為1mW)的聲壓級([SPL],單位為分貝)來表示他們產品的效率。

例如,一個耳機廠商也許將他們耳機的效率標明為100dB/wM,你應該將這個值讀為“1mW時為100dB”。

通過使用廠商給出的基準效率,你能夠用方程式1計算出其它功率級別下產生的SPL:    在方程式1中,PIN 代表到耳機的輸入功率,而η為1mW基準功率級別下的效率。

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圖1顯示的是,對于一定范圍內的常見耳機效率,在輸入功率不斷增加時,提供的輸出SPL。   

圖1:對于不同耳機效率,產生的SPL與輸入功率之間的關系    方程式1和圖1中的曲線還包括一個假設,那就是耳機內驅動器的運行方式是線性的。當然,你不能一直增加耳機的輸入功率,并且希望輸出SPL不斷地增加(可千萬不要這么干)。在高輸入功率下,驅動器本身內的非線性效應將會限制最大SPL。

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   一旦你已經建立起來了一個SPL目標,確定信號電平就只需要某些基本電氣工程方程式了(方程式2和方程式3):    這兩個方程式均包含標稱耳機阻抗,RHP,它也由耳機廠商指定。

為便攜式電子設備設計的耳機具有低阻抗(低至16Ω),這是因為耳機上的低壓信號將仍能提供足夠的功率。對于那些非便攜式應用中使用的耳機,比如說專業錄音工作室中用到的耳機,它們的阻抗最高有可能達到600Ω。    讓我們將所有這些信息應用于一個設計示例,針對一對常見的平板磁性包耳式耳機,計算出達到一個特定SPL所需要的信號電壓和電流。    表2:針對設計示例的技術規格目標值   

使用方程式1,1325.b1.jpg-550x0.jpg

首先確定達到SPL目標值所需的輸入功率:    下一步,計算將這個功率量提供給耳機所需要的電壓和電流:   

在這個示例中,低阻抗耳機與低效率和非常響亮的最大SPL目標值之間的組合使我們的設計團隊認識到了M3110設計中所面臨的挑戰。很明顯,我們的放大器需要給某些耳機傳送的電流量將是十分巨大的(以運算放大器標準來衡量的話)。在這一前提下,我們將注意力轉向了M3110的輸出電路。

在不產生失真的情況下,這個電路需要能夠傳送大量電流。

    選擇用于D類音頻放大器的輸出濾波器的電感值始終是一個關鍵的設計決定。

隨著新一代超低失真D類放大器的問世,選擇電氣性能較差的電感會嚴重限制音頻性能。

我的同事Brian在其12月的博文中談到高清晰度音頻如何改變我們的聆聽方式。在這篇博文中,

選擇合適電感器的重要考慮因素,以確保您的設備能夠具有高清晰度潛力。 

在較高功率的D類放大器中,(通常高于輸出功率10W),無源輸出濾波器通常在每個輸出端具有一個電感器和一個電容(LC),并因此被稱為LC濾波器。

LC濾波器的目的是將D類放大器的不連續脈寬調制(PWM)脈沖串輸出轉換成連續平穩的模擬正弦波。LC濾波器從音頻信號的PWM表示提取所述音頻信號。 此濾波過程很關鍵,

原因如下:    (EMI)降低電磁干擾。D類放大器的PWM輸出是一種高振幅電壓信號,通常等于輸出級或PVDD電源電壓。使用LC濾波器濾掉這些脈沖的同時,也濾掉與PWM脈沖相關的高頻容量,從而降低惱人的EMI輻射。將LC濾波器盡可能靠近放大器,揚聲器的長期運行也不會在整個系統輻射EMI輻射。 

  降低紋波電流。對于具有AD調制方案但沒有LC濾波器的D類放大器來講,有一個紋波電流疊加在音頻信號。憑借LC濾波器,尤其當LC濾波器的截止頻率相對于放大器的PWM開關頻率降低時,紋波電流也會降低,如此以來僅有少量剩余紋波將隨LC濾波器呈現。LC濾波器的電抗濾掉波紋的其余部分,理想情況下不會消耗任何功率。

  讓我們使用M3

音頻M3110作為一個示例。它是一個36W D類音頻放大器,帶總諧波失真及噪聲(THD + N),可在中功率帶接近0.001%。對于

,電感器的線性度在提取最高水平的音頻性能方面變得非常關鍵。  對于這個討論,電感線性被定義為電感對電流。  一個理想的電感不管通過它的是何種電流都能保持指定的電感值。

然而,現實世界的感應器的電感總是隨電流的增加而降低。某些時候,電流電平將使得電感器飽和,而電感會嚴重下降。這通常被指定為的Isat。

  請記住,不同廠家提供的Isat額定電流的電感變化有所不同,甚至電感類型也有所不同。有些廠家指定Isat在電感中處于30%或變化更大。對于LC D類濾波器,若您期望使用此電感器時額定一直保持在Isat,您觀察到的音頻性能將非常差。

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  表1所示為針對高性能D類音頻放大器,從具備良好線性度的四種不同規格的電感器所收集的數據。我在1A電流條件下,并再次以20A電流(600千赫測試信號)條件下測定了電感,其為

放大器的標稱PWM開關頻率。為每個電感器的10個樣品計算電感的平均值變化。 從M3110EVM收集的數據來看,生產商A的10μH電感器優于制造商B的10μH和7μH電感器。若我選擇制造商B的10μH電感器,放大器的THD性能將在10W條件下限制在0.0045%,相比之下,制造商A的10μH電感器將限制在0.0017%。 還要注意的是,在20W條件下,總諧波失真與頻率性能顯著改善。若您在可接受較高THD性能的放大器周圍設計LC濾波器,

或者若放大器固有的THD較高,制造商B的10μH電感器可作為一個合適的候選對象。結束時,系統的設計者必須在電感器的線性度、成本和尺寸之間做出選擇。 其它因素,如高輸出功率電平條件下開關損耗或歐姆損耗,將確定哪種電感器最適用于一個給定的系統。然而,通過選擇一個線性度更大的一個電感器,您可顯著提高D類放大器的THD性能,這可通過M3110的超低THD得以證明


M3110在超低頻。音控方面,相對與TPA3110/TPA3110D2,有著卓越的抗磁效果,

*由于晶圓廠家原因。此類方案需特殊定做。如果影響到合作伙伴的生產工藝,請垂詢相應工程師改進。

 

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