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创新音频解决方案:类比半导体的国产中大功率功放技术

时间:2024-06-05 作者:类比半导体 阅读:
类比半导体作为国内领先的模拟及数模混合芯片设计商,正通过其创新的中大功率模拟/数字功放技术,重塑消费电子市场中高端音频产品的技术标准。

摘要

上海类比半导体技术有限公司(以下简称“类比半导体”或“类比”)作为国内领先的模拟及数模混合芯片设计商,正通过其创新的中大功率模拟/数字功放技术,重塑消费电子市场中高端音频产品的技术标准。随着国产半导体业的快速崛起,类比半导体基于其17年功放研发经验团队另辟赛道专注中大功率模拟/数字功放领域。其高端音频产品设计不仅在功率输出和效率上超越了同类竞品,更以其卓越的散热性能和集成的高阶算法,满足了市场对高品质音频体验的不断追求。

类比半导体将持续提供与市面通用产品兼容、软件设计简便、调音友好的功放产品,确保在音箱、电视、投影仪等产品上实现卓越的音频性能。

一、数字功放

AU68x5系列产品是类比推出的首个带DSP的中功率数字功放,专门为高端电视、中功率音箱、高端投影仪的应用设计。

表1 数字功放

1.1优异的基本指标

相比国际大厂同类功放,类比数字功放Rdson要小几十mΩ,有更大不失真功率和更高的效率(12V,1SPW,>90%)。对于音箱、soundbar产品,常见18V供电、4Ω负载下,1%失真可以达到2*30W的大功率输出,轻松满足常见的2*20W的功率输出要求。对于电视投影仪产品,常见的12V、6Ω负载下,1%失真能够输出2*11W,满足6Ω8W/10W的功率要求。

图1 AU681x供电VS功率

得益于精心设计的低导通电阻(Rdson为110mΩ典型值),类比半导体的演示板在12V供电、4Ω负载条件下,采用BD模式并设置768kHz的调制频率进行了一项细致的温升对比测试。

测试结果显示,在2*1W输出功率时,AU6815芯片的温度与市场上的竞争产品相当。然而,随着功率的提升,AU6815的优势逐渐显现。在2*10W输出时,AU6815的芯片表面温度显著低于竞品,分别低了22℃和37.9℃。当输出功率增至2*20W时,竞品芯片因温度过高触发了过温保护(OTP),而AU6815依然稳定运行。这表明,在相同功率条件下,AU6815的温升控制更为出色,从而为客户在设计时对PCB板层数、散热片规格以及铜皮厚度的选择提供了更大的灵活性和便利性。

类比半导体的功放产品采用了先进的闭环架构,这一设计相较于传统开环架构显著降低了底噪(35uVrms typ)和失真水平(≤ 0.03%@1k,1W)。得益于此,即便在静音或小信号条件下,输出的声音依然纯净无瑕,信噪比更是高达110dB,确保了卓越的音质体验。

在全音频范围内(20Hz至20kHz),BD模式下的总谐波失真加噪声(THD+N)低于0.15%,这一性能达到了业界领先水平,充分展现了类比功放在音质保真方面的卓越表现。而1SPW模式在20~20kHZ测试下,THD+N也控制在0.3%以内,这一模式在保持高效率和低功耗的同时,依然维持了优异的失真性能,满足了市场对高端音频产品设计的严格要求。

图2 AU68x5的THD+N

1.2支持高阶算法

类比半导体的数字功放产品系列集成了先进的DPEQ动态低音增强算法,提供了精细的频率响应调节能力。该算法能够针对用户设定的阈值和特定频段进行动态调整,优化小音量时的低音表现,同时在大音量播放条件下,通过智能控制防止声音失真和破音现象。

具体而言,在低音量播放环境中,DPEQ算法通过设定的低频增强参数,实现了对低频信号的增益提升,增强了音频的深度和力度。而在高音量状态下,算法则自动调整EQ参数,确保输出信号不会超出设备处理能力,从而避免了因音量过大而引起的失真问题。

通过这种动态调整机制,类比半导体的数字功放不仅在小音量下提供了强化的低音体验,而且在大音量播放时也能维持音频信号的完整性和清晰度,满足了音频工程师和音响爱好者对于高保真音质的严格要求。

图3 DPEQ算法

1.3创新响应:聆听客户需求直击客户痛点

在传统功放产品中,缺乏对电源电压(PVDD)的监测和温度感应功能是常见问题。针对这一挑战,类比半导体的功放产品内建了一系列创新功能,以满足市场需求并提升用户体验。

  • 增强的电源管理:集成的掉电检测机制有效避免了额外的欠压检测电路,同时优化了异常掉电情况下的瞬态噪声(pop noise)问题。
  • 动态电流控制:CBC功能通过喇叭端的电流限制,不仅保护了喇叭单元,还防止了前端电源的异常拉降,有效避免了过流保护(OCP)引发的断音现象。
  • 实时温度监控:功放芯片的温度可实时读取,并通过多级温度报警系统,及时响应过热情况,从而防止了因温度过高引发的保护性断音。
  • 精准声场同步:多芯片同步技术确保了声场的精确还原,为用户带来了一致性和高保真的听觉体验。

通过这些创新应用,类比半导体的功放产品不仅解决了客户的技术痛点,还提供了更为稳定和高效的音频解决方案。

图4 CBC限流功能防止OCP断音

图5 同步功能准确还原声场

二、模拟功放

为满足低成本音箱市场的需求,类比半导体推出了具备3.5V至14.5V宽电压适用范围的模拟功放AU3138S(20/26dB)和AU3138T(32/36dB)。这些型号通过外部电阻配置,提供两档增益调节,全面覆盖了20/26/32/36dB的增益需求,确保了从单节电池到多节电池供电,乃至12V产品的广泛应用。

对于低成本电视和投影仪等产品,我们设计了8~14.5V输入电压范围的模拟功放AU3138M(20/26dB)和AU3138P(32/36dB)。这些型号同样支持外部调节增益,满足多样化的增益配置需求。特别地,7.4V的欠压设计有效控制了掉电时的瞬态噪声(pop noise),提升了音质表现。

针对对成本效益有极致追求的应用场景,类比半导体推出了16pin封装的AU3107M和AU3108M功放,分别支持BD和1SPW调制模式。与传统的28pin产品相比,在保持相同功率输出的同时,提供了更高的性价比,为成本敏感型产品提供了理想的解决方案。

表2 模拟功放

2.1优异的基本指标

类比半导体的模拟功放产品全面支持BD和1SPW两种工作模式。在BD模式下,功放展现出卓越的THD+N性能,指标低于0.05%,确保了音频信号的纯净度和音质的细腻度。而即便在1SPW模式下,THD+N的性能指标也小于0.1%,同时静态功耗降至16mA(12V),显著提升了能效比。同时,结合典型值为140mΩ的极低导通电阻(Rdson),与1SPW模式的协同作用,实现了超过85%的高效率(在12V供电、4Ω负载条件下)。

图6 AU3138极低失真率(<0.05%)

2.2闭环架构,Plimit精准

我们的28pin产品系列均支持先进的Plimit功能,这一特性得益于闭环架构的精准设计。类比功放采用的功率限制值计算方法不受电源电压(PVDD)波动的影响,确保了功率限制值(Plimit)的稳定性和精确度。相较于传统的开环架构,闭环架构下的功率限制更为精确,提供了更为可靠的性能保障。

  • POUT (10% THD) = 1.25 × POUT (未削波) 
  • RL 是负载电阻。 
  • RS 是总串联电阻,包括 RDS(on) 和输出滤波器电阻。 
  • VP 是峰值幅度,受“虚拟”电压轨限制。

2.3卓越的EMC性能与内置高阶展频技术

电磁兼容性(EMC)是消费电子产品设计中的一个关键挑战,而类比半导体凭借深厚的EMC调试经验,已在这一领域取得显著成就。我们不仅通过精心设计的外部电路来优化EMC性能,还在产品内部集成了高阶展频技术。从设计阶段开始,我们就专注于解决EMC问题,确保产品能够在各种电磁环境下稳定运行。

得益于这种综合方法,即使在采用磁珠方案的情况下,我们的功放产品也能轻松通过EN55013和EN55022等严格的EMC标准测试,展现出类比半导体在电磁兼容性方面的卓越性能和可靠性。

三、总结

类比半导体的功放产品系列在设计上实现了与市面通用产品的BOM兼容性,确保了软件设计的简便性和调音软件的用户友好性。在性能上,我们的产品不仅在基本指标上超越了传统竞争对手,更通过深入洞察客户需求,引入了创新功能,有效解决了客户的痛点。

我们的数字功放产品,凭借其丰富的算法支持、低底噪和低失真特性,完美满足了市场对高品质音频产品设计的需求。与此同时,模拟功放产品则以其卓越的成本效益,满足了客户对成本敏感型应用的需求,尤其适合音箱、电视、投影仪等消费电子产品。

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关于类比半导体

类比半导体是一家模拟及数模混合芯片和解决方案供应商,公司成立于2018年,由一批来自于国际顶尖半导体公司的本土工程师创建。公司总部位于上海,在上海张江、临港、苏州、深圳、西安、北京分别设有研发和技术支持中心。公司专注于汽车智能驱动、信号链、电源管理、MCU/DSP等领域的芯片设计,产品主要面向汽车、工业、通讯、医疗等市场。类比致力于为客户提供高品质芯片,为世界科技化和智能化发展提供最底层的芯片支持。

更多信息请搜索“类比半导体”微信公众号关注我们。

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