增益變化過高導(dǎo)致喇叭損壞

手機(jī)上常用的單聲道D類功放采用外接輸出電阻(如圖1)調(diào)節(jié)增益，由于增益誤差引起喇叭損壞，這個(gè)問題已逐漸引起手機(jī)廠商的關(guān)注。近期，國內(nèi)多家知名手機(jī)制造商均有反饋，在手機(jī)設(shè)計(jì)中采用大增益單聲道D類功放，終端客戶大音量播放聲音，長期使用有損壞喇叭的現(xiàn)象，即使更換了包括國外大廠在內(nèi)的其他芯片，問題仍沒有得到明顯改善。后來改用埃派克森微電子的D類功放A7013，返修現(xiàn)象大幅下降近８０％。

眾所周知，半導(dǎo)體工藝很難獲得絕對(duì)值準(zhǔn)確的電阻，通常使用的多晶硅電阻的絕對(duì)值變化率為±20％，而外部電阻相對(duì)來說絕對(duì)值較為精準(zhǔn)。因此當(dāng)客戶使用大增益工作的時(shí)候，增益容易偏移出喇叭的最大功率范圍，從而引起喇叭損壞。而半導(dǎo)體工藝中很容易獲得電阻相對(duì)值匹配的精準(zhǔn)，刻意匹配布局就能很容易達(dá)到0.1％的匹配精度，我們可以利用這一點(diǎn)來避免由于內(nèi)部電阻偏移引起的增益偏移，具體方案如下：

圖1 傳統(tǒng)增益設(shè)置, 圖2 改進(jìn)后的增益設(shè)置

方案一：如圖2所示，在保證外部增益可控的同時(shí)，片內(nèi)保留10k輸入電阻。(以下假設(shè)片外電阻不會(huì)有絕對(duì)值偏差)

假設(shè)如圖1中300k芯片內(nèi)部電阻偏移20％，則增益會(huì)偏移20％，正常15倍的增益會(huì)偏移12到18倍，因此功率會(huì)超過額定功率。

Gainmax＝300×120％/20＝18＝15×(1＋20％)

Gainmin＝300×80％/20＝12＝15×(1－20％)

如果采用如圖2改進(jìn)后的增益設(shè)置，同樣假設(shè)300k電阻偏移20％，則內(nèi)部10k電阻也會(huì)同比例偏移20%(由于匹配精度可以達(dá)到0.1％)。

Gainmax＝300×120％/(10+10×120％)＝16.36＝15×(1＋9.1％)

Gainmin＝300×80％/(10＋10×80％)＝13.33＝15×(1－11.1％)

所以改進(jìn)后的方案中，增益最大值偏移9.1％，增益最小值偏移11.1％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于改進(jìn)前20％的偏移水平。

方案二：

通過犧牲芯片成品率的方式，將芯片篩選到電阻漂移10％，同樣改進(jìn)后的方法也會(huì)獲得更精準(zhǔn)的增益上限，從而避免了手機(jī)廠商增益向大偏移而引起的喇叭損壞。

方案三：

產(chǎn)品也可以通過自動(dòng)增益控制(AGC)來實(shí)現(xiàn)，大功率時(shí)避免燒壞喇叭。但這種方案通常成本大大提高。

由此可見，對(duì)于D類功放IC設(shè)計(jì)公司來說，方案一不會(huì)增加成本，并且手機(jī)生產(chǎn)廠商在應(yīng)用時(shí)，也可以避免由于增益偏移而使喇叭頻頻被損壞的現(xiàn)象。A7013結(jié)合了方案一和方案二的優(yōu)點(diǎn)，在同類產(chǎn)品中唯一實(shí)現(xiàn)了成功而成熟的方案。

此外，針對(duì)喇叭損壞的問題，通過研究手機(jī)喇叭的響應(yīng)頻段可以發(fā)現(xiàn)，手機(jī)喇叭只能響應(yīng)300Hz以上的頻段，這就導(dǎo)致300Hz以下頻段的功率都作為熱損耗掉了。改變輸入電容可以改變輸入信號(hào)帶寬，濾除不能被喇叭響應(yīng)的頻段功率，從而降低了峰值功率，對(duì)喇叭的可靠性也有一定影響。