功放在穿戴設備上面的應用

英銳芯

AD8107

PART1

可穿戴設備功放選擇遇到的煩惱

01?功率不夠足

市場上面很多應用在可穿戴設備上面的功放芯片，他們的規格書上面標的是3W或5W，實際測量發現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很大困擾。大大延長了項目開發周期。

02芯片封裝太大

可穿戴設備內部空間小，而普通SOP8封裝的功放芯片會比較大，會占用比較大的PCB面積，導致PCB在設計的時候很難再做小。

03芯片關機功耗不夠低

可穿戴設備的內部空間小，所以只能用小容量的鋰電池，如果功放的關機功耗大，就會大大減小穿戴設備的待機時間。

04芯片抗干擾不強，音質差

可穿戴設備里面的PCB板子比較小，抗干擾不強的功放芯片會受到高頻信號干擾而產生雜音，導致音質差體驗效果不佳。

PART2

AD8107幫你解決一切煩惱

√ AD8107研發的契機

遵循公司產品研發不忘初心，立足腳下，實事求是，解決客戶痛點的理念，我們設計出了AD8107,該芯片主要應用在智能穿戴設備、兒童輔助學習機上面。

√ AD8107有哪些特點

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

AD8107應用電路簡單，只需3個電容2個電阻就可以完成應用電路設計。

AD8107封裝小(DFN8L_2*2封裝)，并且芯片還帶過熱保護。

AD8107工作電壓范圍廣(2.0V-5.5V),關機電流小于1uA。

AD8107抗干擾能力強，針對高頻無線應用做了特別優化布局處理。

PART3

AD8107芯片介紹

產品概述：

AD8107是一款AB類，單聲道帶關斷模式，橋式音頻功率放大器。在輸入1KHz,5V工作電壓時，最大驅動功率為：3W（3Ω負載，THD<10%，2W（3Ω負載，THD<1%）；音頻范圍內總諧波失真噪音小于1%（20Hz-20KHz）;

AD8107應用電路簡單，只需要極少數外圍器件，就能提供高品質的輸出功率。AD8107輸出不需要外接耦合電容或上舉電容、緩沖網絡、反饋電阻。

產品優勢：

1.功率足,失真度小

2.抗干擾強

3.供電電壓范圍廣，關斷電流小

4.應用簡單,外圍元器件少

5.封裝小DFN8,帶過熱保護功能

產品應用領域：

1.智能穿戴設備

2.兒童智能學習機，學習筆

3.平板電腦

4. 家用安防監控設備

一、內部原理框圖

二、引腳定義

三、引腳描述

四、芯片典型應用電路

應用電路元器件參數說明：

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

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

Rf ：與Ri共同設置閉環增益的反饋電阻。

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芯片應用說明

1.橋式輸出結構說明：

由內部原理框圖可知，AD8107芯片內部有兩對放大器組成，且其結構有稍微的差異。前級輸入運放的增益可在芯片外部進行設置，而后級輸出運放在芯片內部已經設置了反向的單位增益。芯片輸入運放的閉環增益由Rf和Ri進行設置，而輸出運放的增益則由芯片內部的兩個電阻所固定。圖1所示前級運放的輸出作為下級運放的輸入，導致兩級運放的輸出信號大小保持一致，僅相位相差180°。因此，芯片的增益應為：AVD=2*(Rf/Ri)。

當在輸出端VO1和VO2之間接上不同的負載時，運放就建立了“橋式模式”。橋式模式工作方式與通常應用時負載一端接地的單端模式不同。橋式運放在設計上也與單端模式有所差異，例如在對負載提供驅動能力上，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音清晰的情況下提高了輸出功率。

應用與耳機音頻功放中的橋式結構，同樣優于單端運放。因為不同的輸出信號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）模式結構中需要的輸出耦合電容。如果在單端輸出運放中不加入輸出耦合電容，其VDD/2電壓就直接通過負載到將導致芯片內部功耗增大，同時還會損喇叭。較大輸出耦合電容（如470μF）與負載 (8Ω）構成了一個高通濾波器來防止低頻響應。這種結構不會對小于20Hz以下的信號產生響應，但是要在PCB板的尺寸和系統成本，低頻響應之間進行折中考慮。

2.電源旁路

對于任何功放，恰當的電源旁路選擇是低噪聲性能和過高電源過濾至關重要的。Bypass和電源管腳電容的位置應盡量接近芯片。大的電源旁路電容的增加可以提升低頻時的THD+N，這也應歸咎于電容的增加提高了電源的穩定性。典型應用10μF和0.1μF的旁路電容于5V電源，來提高電源的穩定性，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，系統成本和尺寸的折中考慮。

3.關斷功能

為了在不使用芯片時降低功耗，AD8107帶有 SD 引腳來關斷運放的偏置電路。當邏輯高電平加于SD 引腳上時，SD 就啟動使運放關斷，內部電源開關斷開給運放供電，輸入腳跟輸出腳還有內部偏置輸出腳都為0V,當電源電壓作用于SD引腳上時，典型的關斷靜態電流為1μA。在多數應用中，外部輸入信號一般通過一個微處理器的管腳控制，它可以提供一個快速平滑的轉換。另外一個方法是通過單極點、單向開關和一個上拉電阻實現，當開關閉合后，信號SD腳接地，芯片可以正常工作,內部電源開關閉合給運放供電，運放進入待機模式。對于AD8107的SD腳內部沒有上拉和下拉電阻，故SD引腳電壓由外部設置，如果該引腳懸空，可能會導致該輸入腳的邏輯電平處于不穩定狀態，從而影響功放的正常工作。所以我們設計應用電路時不要把這個腳懸空。

4.功放偏置電容CB的選擇

通過功放內部的原理框圖我們可以知道，內部兩個運放公用了一個1/2VDD 直流偏置電路，而這個CB電容的大小會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間，正常這個電容越小這個CB電容越快充電到1/2VDD，內部運放也越快進入正常工作模式。但是這個電容不能太小，CB電容太小對于電源電壓紋波比較的大時候，參考電壓也跟著同步變動而參數噪音，從而影響音質。這個CB電容不能太大，太大CB電容充電直接會延長，導致內部運放進入正常工作的時間也加長了，如果我們把SD腳拉低，馬上輸入音頻信號，那就會出現有部分音源播放不出來的情況。所以CB電容參數選擇很重要。

審核編輯：湯梓紅