利用CP2296实现全差分型替换传统型AB类音频功率放大器

手持媒体播放设备中的扬声器音频功率放大器多为AB 类放大器，分为传统型和全差分型两种架构。全差分型架构表现出更优异的噪声抑制能力，因此受到了越来越多用户的欢迎。本文将给出一种全差分型替换传统型AB 类放大器的解决方案。

AB 类扬声器放大器

AB 类扬声器音频功率放大器因其技术成熟，音频性能优异，应用简单，价格较低等
优势，一直在小功率音频放大器市场中占据主流。手持设备中的扬声器放大器，最大输出功率在1W 左右（8. 负载），此类放大器大都是BTL 桥接负载输出，即无须耦合电容，输出可直接与扬声器连接。目前市场上的BTL 输出的AB 类音频放大器主要有传统型和全差分型两种架构。

传统型架构

将同相输出端VO+引回经过一级反相放大，得到反相输出端VO-，一起作为BTL 输出。

全差分型架构（Full differential）

完全对称的电路架构，输入级、输出级采用真正意义上的差分电路实现。

图1 传统型AB 类放大器

图2 全差分型AB 类放大器

手机中的音频噪声

越来越多的手机具有音乐播放器的功能，相对其他音乐播放设备，手机应用对音频放大器有着更严格的要求，这主要是因为手机中电磁环境复杂，有可能产生各种音频噪声，影响用户使用。

手机主板上，显示屏、摄像头、存储器等设备的高速数据线，地址线纵横交错，再加上各种射频信号线，都有可能对音频放大器产生干扰，一旦音频放大器拾取到这类噪声，经过放大就有可能达到用户能听到的程度。另一方面GSM 手机在与基站通信时，按分配的时隙发送数据，时隙间隔频率为217Hz 。 由于射频功率放大器在功率发射瞬间，要从电池上抽取很大的电流（峰值电流可达安培级），导致电源上出现很大的纹波，此纹波干扰（频率为217Hz 左右）就会从电源进入音频放大器并在输出上体现（多数应用中音频放大器是电池直接供电的）。若此电源干扰达到一定程度，人耳将明显察觉到 “嗡嗡”的噪音，此即所谓的TDD Noise（TDMA 的时隙噪声）。

当手机发射功率等级（PCL）较高时，射频功率放大器抽取的峰值电流更大，导致的
干扰也就更明显。而在一些特定场合，“嗡嗡”噪声可能会更容易被用户听到。情况1：客户选择前奏舒缓的音乐作为来电铃声，且手机处于较高的PCL 等级（比如PCL=5，GSM900），恰巧某时刻有电话打入，铃声按最大音量播放，由于此时铃声响度低，“嗡嗡”噪声就会相对明显。情况2： 收取短信时的提示音由于发声时间很短，很容易暴露背景“嗡嗡”噪声。情况3：用户在安静环境中进行免提通话，“嗡嗡”声将显得特别明显，这种声音引起用户的反感，严重的甚至影响通话的正常进行！

 出于手机外形结构的限制，扬声器可能被放置在距离手机天线很近的位置；或者扬声器距离音频放大器很远，中间通过较长的引线或者FPC 进行连接；或者手机PCB 布局太紧凑，无法对音频电路进行较好的布线保护，以及放置噪声抑制滤波元件。这些实际产品设计中很常见的限制都可能导致出现严重的射频干扰，增加出现“嗡嗡”噪声的可能性。

全差分型架构提供优异的抗干扰能力

全差分结构的放大器，从输入同相端和反相端望进去的电路是完全对称的，因此提供了优异的CMRR，PSRR，Click-POP 音抑制能力。PSRR 指标反映了放大器对电源噪声的抑制能力，传统架构的AB 类放大器的PSRR 通常在-62dB 左右，而全差分型放大器则很容易的做到-80dB 或更优的性能。可见，全差分型放大器对射频噪音抑制能力明显优于传统AB 类放大器。

采用传统型架构的AB 类放大器的产品中一旦出现了射频噪声（干扰的频段可能为GSM900 ，也可能为DCS1800），在不更改布局布线的情况下，仅靠调节外部的几个PF级电容元件电容元件，是很难抑制住噪声的。因此越来越多的用户从传统AB 类放大器转而使用全差分型AB 类放大器。依据很多用户的使用经验，如果使用全差分型放大器，

遵循通常的音频电路布局布线规则，通常无须再担心干扰（包括射频干扰）带来的各种可听见的噪声。这大大简化了系统设计，降低了风险。

CP2296 兼容传统架构AB 类放大器

启攀微电子（Chiphomer ）推出了一系列的全差分型AB 类放大器产品，满足不同的应用需求。CP2296 是启攀微电子（Chiphomer ）的特色全差分型AB 类放大器产品产品，其PSRR 可达－85dB 。CP2296 还提供CSP9 封装，该封装的产品可兼容替换市场上主流的传统型架构的AB 类功放。当用户对传统AB 类放大器性能不满意时，就有了一种崭新的选择——CP2296，无需重新设计PCB，即可享受全差分型AB 类放大器的优越性能。

图3 CP2296 优异的PSRR 抑制能力

CP2290 是启攀微电子（Chiphomer ）设计的一款传统型架构AB 类放大器，完全兼容 市场上主流的同类厂商产品。以下给出CP2290 和CP2296 的兼容设计方案，该方案也 适用于与其他厂商的传统型架构AB 类放大器产品进行兼容设计。 

 差分输入模式兼容设计
当音源提供差分信号时，CP2290/96 工作在差分输入模式，可按图4 来设计电路。
当使用CP2296 时，将图中两个Rf 电阻NC，（CP2296 已经内置了反馈电阻40Ω）。

当使用CP2290 时，在图中两个Rf 电阻处贴上20k Ω电阻。在使用CP2290 时，建议固定Rf 为20k Ω，通过调节Ri来改变增益。这样将CP2290替换为CP2296 时，增益仍然保持一致（无须更改Ri），软件音量设置可以兼容。可见，在此种工作模式下，可直接替换CP2290 为CP2296 ，无需重新设计PCB。

图4 CP2296 差分模式兼容传统AB 类设计

单端输入模式兼容设计

当音源只能提供单端信号时，CP2290/96 工作在单端输入模式下，可按图5 设计电
路。需要指出的是，即便在单端输入模式下，全差分型仍然能提供比传统AB 类放大器更优异的性能。当使用CP2296 时，将图中RS， Rf 两电阻NC。当使用CP2290 时，在图中Rf 处贴上20k Ω电阻，RS处贴上0Ω电阻，同时将同相端IN+ 处的Ri和Ci两元件NC（图5 中红圈处）。同上原因，固定Rf 为20k Ω，通过调节IN-端的Ri来改变增益。

可见，在单端输入模式下，只需要在原CP2290 设计中增加一个用于选择的0Ω电
阻RS，即可实现CP2290 和CP2296 的兼容设计，所带来的改动极小。

图5 CP2296 单端模式兼容传统AB 类设计

由以上两种工作模式下的替换方案可以看出，CP2296 可以非常方便的替换传统AB 类放大器产品，采用的兼容替代方案十分简单，所带来的改动极小（差分输入模式下甚至无需改动），却能方便的让用户从传统AB 类放大器切换为全差分型AB 类放大器。 

小结

笔者建议用户在新项目设计时使用全差分型AB 类音频放大器，因为其提供更优越的
抗干扰性能，大大降低了出现各类射频噪音的可能性，降低设计难度和风险。如果出于其他考虑，仍然需要使用传统AB 类音频放大器。笔者建议仔细分析评估新产品中可能存在的种种干扰，特别是射频干扰。在必要情况下，应该考虑采用全差分型与传统AB 类放大器的兼容设计方案（如本文提到的CP2296），规避风险。