等信號輸出單端差分音頻放大器設計

　　便攜式設備的數量發生爆炸性的增長，且新增諸多功能，帶有外置揚聲器音頻播放功能的便攜式設備日益增加，例如MP3播放器、帶MP3功能或揚聲器的手機以及便攜式CD播放器等。這些系統的輸出根據配置和驅動的不同而各異。 但這些系統的輸出在配置和驅動上都有所不同。作者在本文中探討了可以檢測并部署可將輸入信號放大到輸出相等信號的單端/差分音頻放大器的幾種方法。

　　MP3播放器或手機的輸出是單端信號，可驅動32Ω的耳機揚聲器。典型外置揚聲器系統的揚聲器阻抗是4至8Ω，每個聲道可能會有多個揚聲器。不過32Ω的驅動器難以驅動這些低阻抗揚聲器，無法為終端用戶提供足夠的音量。

　　外部揚聲器系統因品質、音量及揚聲器數目的不同而有所區別，因此通用放大器不適于驅動這些揚聲器。例如，MP3播放器的揚聲器系統具有耳機插孔輸入端，并能支持單端輸出的立體聲信號。而某些新型高端揚聲器系統則可支持差分信號，為了后向兼容，這些新系統也必須能支持單端信號。

　　由于差分信號是單端信號的兩倍，因而單端信號和差分信號將產生不同的音量。由于人的聽力和聲音大小的關系符合對數曲線規律，因此不能采用線性的控制方式（圖1）。

　　圖1：音量與音頻系統的輸出功率之間不是線性關系。

　　對于可將輸入信號放大到與輸出相等信號的單端/差分音頻放大器，有幾種方法可以對其進行檢測和實現。系統之間的接口連接器應至少有5個引腳才能提供差分信號。需要注意的是，兩個器件之間的共地連接非常重要。表面上看，由于信號是直流隔離的，因而交流耦合電容無需接地，但實際經驗證明接地是提供理想噪聲性能所必需的。

　　第一個要解決的問題是檢測輸入是單端還是差分信號。在許多電路中，有兩種電路采用連接器的一個外部引腳來測試輸入信號的直流電平。指定連接器的一個外部引腳很容易，但對于空間狹小的應用而言就不可行。源器件或使引腳開路或使其短接至地。

　　檢測差分信號的第二種方法，是利用比較器來檢測信號的直流電平，或是接地或是差分信號。以上兩種方法的輸入信號都必須通過低通濾波器。原始信號必須分離為其直流電平的50%至25%，如果系統在低頻、高峰峰值交流信號的差分模式下，將導致錯誤的檢測結果。若原始信號的直流電平是地電平的話，這種技術也不能使用。圖2所示此類電路的實例。

　　電路的第二個部分是音頻放大器。該電路的解決方案和所需的聲音質量有關。真正的差分輸入比進入一個放大器的差分信號能提供更高的聲音質量，實際的差分放大器需要一個附加電路將單端信號轉換為差分輸入信號。

　　音頻放大器最容易的實現方法是將信號輸入到一個放大器中（圖3）。在單端模式下，該差分輸入不產生信號，允許正相輸入設置為0.5Vcc，這是標準的單端輸入配置。模擬開關保持在斷開狀態，以使放大器輸出2倍的增益。在差分模式下，模擬開關閉合，增益變為1。因此對于不同的輸入模式，這兩種輸入信號都會產生相同的輸出信號幅度。