摘要
耗電大的顯示器并不是給電池供電的便攜式、可穿戴和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接的最有效 媒介。因此, 低功耗音頻正迅速成為一種更受歡迎的替代方案。在此設(shè)計解決方 案中, 此文回顧了 D 類數(shù)字音頻放大器并討論了當(dāng)前一些解決方案的局限性, 然后介紹了一種巧妙封裝的 IC , 該 IC 只需最少的配置即可快速為這些應(yīng)用提供 高質(zhì)量音頻。
介紹
"Video Killed the Radio star" ——o979 年 Buggles 樂隊的熱門唱片講述了音頻 娛樂的消亡, 當(dāng)時音頻通過無線 AM/FM 收音機(jī)接收器提供 (圖 1) , 而視頻 (以 電視的形式) 開始占據(jù)優(yōu)勢。那時, 樂隊無法想象一個便攜式電子設(shè)備可以讓我們立即播放任何電影, 或者讓我們用接近電影制片廠質(zhì)量的視頻記錄我們的日常 生活。然而, 高質(zhì)量的視頻需伴隨著同樣高質(zhì)量的音頻時才能得到最好的欣賞, 可以說在這中間的幾年里, 用戶的音頻體驗被忽視了, 這是不可原諒的。音頻已 成為可穿戴設(shè)備、AR/VR 和緊湊型物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品等便攜式電子設(shè)備上可實現(xiàn)無數(shù) 復(fù)雜功能的"弱關(guān)系"。用戶已經(jīng)習(xí)慣于對來自這些設(shè)備的音頻沒有太高的期望�！爱吘�, 它只是一款手機(jī),”這是一句被反復(fù)重復(fù)的口頭禪, 而且已經(jīng)變得太熟悉了。
圖 1.無線電接收器。
然而, 隨著可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的激增, 一個可喜的變化正在發(fā)生。用戶和設(shè)計師都意識到大而耗電的屏幕不適用于電池供電的移動設(shè)備。因此, 語音和音 頻正迅速成為控制和接收來自這些設(shè)備信息的首選媒體。用戶需要比目前更好的 音頻體驗。是的, 設(shè)計師很容易將責(zé)任歸咎于便攜式設(shè)備的緊湊外形因素限制了 揚(yáng)聲器的尺寸。然而, 在許多情況下, 導(dǎo)致音頻質(zhì)量差的不是揚(yáng)聲器, 而是驅(qū)動 它的放大器。在此設(shè)計解決方案中, 我們研究了集成和配置在許多便攜式電子設(shè)備的數(shù)字 D 類放大器的一些困難。然后, 我們展示了一款微型、低功耗、D 類 數(shù)字音頻放大器, 它可以無縫集成, 為用戶提供無與倫比的感官體驗, 這樣做證 明了音頻復(fù)興的合理性, 它已成為便攜式電子設(shè)備接口的首選媒介。
數(shù)字 D 類放大器
由于其高效率和出色的 EM1 性能, 無濾波器、數(shù)字輸入 D 類放大器已成為消費(fèi) 電子設(shè)備中驅(qū)動揚(yáng)聲器的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。這是因為它們不受與其模擬對應(yīng)物相關(guān)的電路板設(shè)計問題的影響, 尤其是信號完整性。單通道數(shù)字 D 類放大器可以放置在 電路板上的遠(yuǎn)程位置, 以最大限度地減少大電流電池和揚(yáng)聲器負(fù)載連接的布線。
這些放大器不需要模擬輸入 D 類設(shè)計所需的 DAc 和線路驅(qū)動器。因此, 空間和 系統(tǒng)成本下降, 設(shè)計變得更簡單。許多 D 類放大器接受脈沖編碼調(diào)制 PCM( 或 I 1 s 數(shù)據(jù), 這需要三根線: BCLK 、LRCLK 和 DIN (圖 1) 。PCM 數(shù)據(jù)格式不需要 對調(diào)制器或應(yīng)用處理器上的數(shù)據(jù)上采樣來提供立體聲數(shù)據(jù)。
圖 2. 使用三根線的 PCM 輸入 D 類。
然而, 數(shù)字輸入放大器的某些傳統(tǒng)實現(xiàn)方式存在一些缺點。其中一個限制是需要 一個單獨(dú)的、干凈的主時鐘( MCLK) 來導(dǎo)出無抖動的采樣時鐘。其他放大器提供 可調(diào)采樣率和/或位深度, 但這可能需要復(fù)雜的編程。此外, 大多數(shù)數(shù)字輸入放 大器需要兩個電源電壓——低數(shù)字電源電壓 (1.8V) 和高揚(yáng)聲器電源電壓 (2.5V 至 5.5V()。與它們的使用相關(guān)的另一個問題是 EMI。對于高質(zhì)量音頻應(yīng)用, 許多 D 類放大器需要額外的濾波來限制 EMI 的影響, 從而進(jìn)一步增加電路板尺寸/成 本。當(dāng)選擇連接到觸覺驅(qū)動器的放大器時, 快速的連接時間 (少于幾毫秒) 是重 要的, 否則該部分必須保持永久通電, 導(dǎo)致便攜式設(shè)備的電池更快地耗盡。
更簡單和小巧
圖 2 中所示的 IC 解決了這些設(shè)計問題的所有方面, 并具有更簡單和小巧以及 更低功耗解決方案的附加優(yōu)勢。
圖 3. MAX98360 數(shù)字 D 類放大器。
與舊的 D 類放大器不同, 該IC使用自動采樣率和位深度配置, 無需復(fù)雜的編程 并提供簡單、有效的 "即插即用" 音頻解決方案。它具有靈活的音頻接口, 支持I 1 s 、左對齊和 8 通道時分復(fù)用( TDM) 數(shù)據(jù)格式。它接受 8kHz 、16kHz 、32kHz、 44.1kHz、48kHz、88.2kHz 和 96kHz 采樣率, 數(shù)據(jù)在 I 1 s 和左對齊模式下可以是16 位、24 位或32 位, 以及 TDM 模式下的 16 位或 32位。其 10μV RMS 輸出噪聲、 80dB PSRR 和 110dB 動態(tài)范圍規(guī)格保證了高質(zhì)量音頻, 這對揚(yáng)聲器靠近耳朵的設(shè) 備 (例如 AR/VR 和可穿戴設(shè)備) 以及在安靜的環(huán)境中使用的設(shè)備 (睡眠輔助設(shè) 備) 尤為重要
與其他 D 類放大器相比, 該放大器具有多項功率優(yōu)勢。它可以僅使用一種電源 電壓 (2.5V 至 5.5V) 工作。它可以接受低至 1.2V 的輸入邏輯電壓電平 (這意 味著不需要電平轉(zhuǎn)換器) , 但足夠穩(wěn)健可承受高達(dá) 5.5V 的輸入電壓。它還以高 達(dá) 92% 的效率運(yùn)行, 減少了電池消耗。
另一個有益的特性是, 如果 DAIn 引腳保持低電平, IC 會自動進(jìn)入超低功耗模式, 在該模式下消耗 1.5μA 的微小待機(jī)電流。這極大地降低了功耗, 并且在沒有可用于控制 EN 引腳的主機(jī) GPIO 的應(yīng)用中極為有益。然而, 需要注意的是, 通過 將 IC 置于關(guān)斷模式, EN 引腳可用于實現(xiàn)額外的省電效果, 在該模式下它僅消耗 15nA 的電流。
方便的是, 它還有非�？斓� 1ms 啟動時間 (比類似的 D 類放大器快 4 倍) , 這 允許它在超低功耗 1.5μA 待機(jī)模式下等待, 即使在連接到 LRA 觸覺驅(qū)動器時也 是如此。
該 IC 具有其他一些顯著優(yōu)勢, 有助于最大限度地減小電路板尺寸/成本。首先, 它采用微型 1.9mm1 9 針WLP , 具有巧妙的針腳布局, 旨在消除對昂貴的電路板 過孔的需求。如圖 4 所示, GA1N sLpT 引腳 (位于封裝的中央) 可以方便地連 接到 V DD 或 GND (直接連接或使用電阻) 或懸空, 以提供如表1 所示的 I 1 s/左 對齊增益設(shè)置。
圖 4. 將 GAIN_SLOT 連接到 VDD 或 GND 以獲得所需的增益設(shè)置。
表 1. MAX98360 的 I2S/左對齊增益設(shè)置。
其次, 該部件無需額外的 D 類濾波即可實現(xiàn)圖5 所示的卓越 EMI 性能。因為它 只需要一個外部旁路電容器, 所以整體解決方案尺寸僅為 3.69mm2 。
圖 5. 使用12英寸的 MAX98360 EMI 性能。帶狀線負(fù)載。
總結(jié)
隨著音頻接口迅速成為電池供電的可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和其他類型的小型便 攜式電子設(shè)備的普遍特征, 設(shè)計人員正在尋找更簡單、更具成本效益的方法來為 他們的設(shè)備添加高質(zhì)量音頻。在此設(shè)計解決方案中, 我們回顧了將某些 D 類放 大器集成到空間受限應(yīng)用中的困難。我們可以得出結(jié)論, 新型靈活的低功耗數(shù)字 輸入 D 類音頻放大器為將音頻集成到任何類型的電子設(shè)備中的任務(wù)產(chǎn)生了 "即 插即用"的簡便性, 使其成為便攜式設(shè)備、可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的理想選擇。除了采用 9 引腳 WLP 封裝外, MAX98360 還提供 10引腳 FC2QFN 封裝。 |
