消费应用立体声耳机放大器设计挑战暨“真实接地”方案

　　相比较而言，真实接地输出设计体现出更多的应用优势，如支持立体声耳机，无需大解耦电容，从而节省电路板空间及避免大电容可能较贵的成本，改善低频响应性能，并提高电源抑制比(PSSR)。此外，包括音频和直流偏置在内的所有信号的参考电平相同，将串扰减至最小，并支持带4点插孔(4 points jack)的标准附件。特别是采用这种设计的放大器更易于实现静电放电(ESD)/电磁干扰(EMI)保护。当然，采用真实接地也会付出占位面积方面的代价，这种立体声放大器会比常规立体声放大器尺寸大50%。但综合来看，真实接地立体声耳机放大器为客户提供更多的应用优势，成为客户理所当然的选择。

　　“真实接地”输出段设计的挑战及解决方案

　　不过，对设计人员而言，立体声耳机音频放大器输出段真实接地设计并不容易。因为与虚拟接地等其它设计支持单电源工作不同，真实接地设计中，放大器需要采用双电源工作，即同时需要正电源电压和负电源电压，而负电源电压的产生并非易事。

　　可以考虑两种方案来产生负电压。一是利用电感式降压转换器，二是利用电荷泵。电感式降压转换器采用电感作为储能及传递能量的介质(见图2a)。这种方案中，MOSFET导通时，电感充电，充电电流方向如红色线条所示，此时肖特基二极管截止;MOSFET关闭时，肖特基二极管导通，电感放电，放电电流方向如蓝色线条所示，同时给电容充电。由于电容正极接地，故给电容的充的电压为负电压，即输出为负电压。这种产生负电压的方案效率极高，且能提供大电流，但其问题在于所采用的电感跟在输出段移除的电容尺寸一样大、价格一样贵，即不能体现出减小电路板占用空间和降低成本的优势。

　　电荷泵式转换器常用于反压型直流-直流(DC-DC)转换，即输入正电压，输出负电压，电路中采用电容作为储能及传递能量的介质。这种方案中包含4个开关及2个电容(C1和C2)，见图2b。如图所示，C1左侧的两个开关导通时，右侧的两个开关关闭，C1充电(见红色线条);下一个时序时，C1左侧的两个开关关闭，右侧的两个开关导通，C1放电，并给电容C2充电。由于C2正极接地，故C2上充的电压是负电压，即输出负电压。如今便携电子产品中电荷泵电路的开关频率越来越高，故不需要使用尺寸大、价格贵的大电容。这便是电荷泵方案的一大优势，其它优势还包括在产生负电压时效率极高，这些优势让其在产生负电压

　　方面备受青睐。不过，在实际应用中，还要注意一些问题，如要使用隔离晶体管，防止结二极管导电;且需要其它功能来恰当偏置隔离晶体管，确保结二极管反向偏置。

　　从电源架构来看，“真实接地”立体声耳机音频放大器采用“稳压器(如电荷泵式转换器)+放大器”架构(见图3)，这种架构的电源抑制比(PSSR)比音频放大器直接连接在电池正极电压(Vbat)与电池负极电压(-Vbat)之间的系统高。而对便携消费类产品而言，音频放大器必须具有较高的PSSR，从而避免受到电源与布线噪声的干扰。

　　图2：两种负电压产生方案的电路原理图。