类比半导体的国产中大功率功放技术痴人说梦

发布时间：2024-10-12 15:59:35 来源：吕布梳（新泰市）文化艺术有限公司 作者：情深

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摘要

上海类比半导体技术有限公司（以下简称“类比半导体”或“类比”）作为国内领先的类比模拟及数模混合芯片设计商，正通过其创新的半导中大功率模拟/数字功放技术，重塑消费电子市场中高端音频产品的国产功率功放技术标准。随着国产半导体产业的技术快速崛起，类比半导体基于其17年功放研发经验的类比团队，另辟赛道，半导痴人说梦专注中大功率模拟/数字功放领域。国产功率功放其高端音频产品设计不仅在功率输出和效率上超越了同类竞品，技术更以其卓越的类比散热性能和集成的高阶算法，满足了市场对高品质音频体验的半导不断追求。

类比半导体将持续提供与市面通用产品兼容、国产功率功放软件设计简便、技术调音友好的类比功放产品，确保在音箱、半导电视、国产功率功放投影仪等产品上实现卓越的音频性能。

一、数字功放

AU68x5系列产品是类比推出的首个带DSP的中功率数字功放，专门为高端电视、中功率音箱、高端投影仪的孤魂野鬼应用设计。

1.1 优异的基本指标

相比国际大厂同类功放，类比数字功放Rdson要小几十mΩ，有更大不失真功率和更高的效率（12V，1SPW，>90%）。对于音箱、soundbar产品，常见18V供电、4Ω负载下，1%失真可以达到2*30W的大功率输出，轻松满足常见的2*20W的功率输出要求。对于电视投影仪产品，常见的12V、6Ω负载下，1%失真能够输出2*11W，满足6Ω8W/10W的功率要求。

得益于精心设计的低导通电阻（Rdson为110mΩ典型值），类比半导体的演示板在12V供电、4Ω负载条件下，采用BD模式并设置768kHz的改弦更张调制频率进行了一项细致的温升对比测试。

测试结果显示，在2*1W输出功率时，AU6815芯片的温度与市场上的竞争产品相当。然而，随着功率的提升，AU6815的优势逐渐显现。在2*10W输出时，AU6815的芯片表面温度显著低于竞品，分别低了22℃和37.9℃。当输出功率增至2*20W时，竞品芯片因温度过高触发了过温保护（OTP），而AU6815依然稳定运行。这表明，在相同功率条件下，AU6815的温升控制更为出色，从而为客户在设计时对PCB板层数、散热片规格以及铜皮厚度的选择提供了更大的灵活性和便利性。

类比半导体的功放产品采用了先进的闭环架构，这一设计相较于传统开环架构显著降低了底噪(35uVrms typ）和失真水平（≤ 0.03%@1k，1W）。扶老携幼得益于此，即便在静音或小信号条件下，输出的声音依然纯净无瑕，信噪比更是高达110dB，确保了卓越的音质体验。

在全音频范围内（20Hz至20kHz），BD模式下的总谐波失真加噪声（THD+N）低于0.15%，这一性能达到了业界领先水平，充分展现了类比功放在音质保真方面的卓越表现。而1SPW模式在20~20kHZ测试下，THD+N也控制在0.3%以内，这一模式在保持高效率和低功耗的同时，依然维持了优异的失真性能，满足了市场对高端音频产品设计的严格要求。

1.2 支持高阶算法

类比半导体的数字功放产品系列集成了先进的DPEQ动态低音增强算法，提供了精细的频率响应调节能力。该算法能够针对用户设定的阈值和特定频段进行动态调整，优化小音量时的低音表现，同时在大音量播放条件下，通过智能控制防止声音失真和破音现象。倔头倔脑

具体而言，在低音量播放环境中，DPEQ算法通过设定的低频增强参数，实现了对低频信号的增益提升，增强了音频的深度和力度。而在高音量状态下，算法则自动调整EQ参数，确保输出信号不会超出设备处理能力，从而避免了因音量过大而引起的失真问题。

通过这种动态调整机制，类比半导体的数字功放不仅在小音量下提供了强化的低音体验，而且在大音量播放时也能维持音频信号的完整性和清晰度，满足了音频工程师和音响爱好者对于高保真音质的严格要求。

1.3 创新响应：聆听客户需求，直击客户痛点

在传统功放产品中，缺乏对电源电压（PVDD）的监测和温度感应功能是常见问题。针对这一挑战，类比半导体的功放产品内建了一系列创新功能，以满足市场需求并提升用户体验。

●   增强的各持己见电源管理：集成的掉电检测机制有效避免了额外的欠压检测电路，同时优化了异常掉电情况下的瞬态噪声（pop noise）问题。

●   动态电流控制：CBC功能通过喇叭端的电流限制，不仅保护了喇叭单元，还防止了前端电源的异常拉降，有效避免了过流保护（OCP）引发的断音现象。

●   实时温度监控：功放芯片的温度可实时读取，并通过多级温度报警系统，及时响应过热情况，从而防止了因温度过高引发的保护性断音。

●   精准声场同步：多芯片同步技术确保了声场的精确还原，为用户带来了一致性和高保真的听觉体验。

通过这些创新应用，类比半导体的功放产品不仅解决了客户的技术痛点，还提供了更为稳定和高效的音频解决方案。

二、模拟功放

为满足低成本音箱市场的需求，类比半导体推出了具备3.5V至14.5V宽电压适用范围的模拟功放AU3138S（20/26dB）和AU3138T（32/36dB）。这些型号通过外部电阻配置，提供两档增益调节，全面覆盖了20/26/32/36dB的独具慧眼增益需求，确保了从单节电池到多节电池供电，乃至12V产品的广泛应用。

对于低成本电视和投影仪等产品，我们设计了8~14.5V输入电压范围的模拟功放AU3138M（20/26dB）和AU3138P（32/36dB）。这些型号同样支持外部调节增益，满足多样化的增益配置需求。特别地，7.4V的欠压设计有效控制了掉电时的瞬态噪声（pop noise），提升了音质表现。

针对对成本效益有极致追求的应用场景，类比半导体推出了16pin封装的AU3107M和AU3108M功放，分别支持BD和1SPW调制模式。与传统的28pin产品相比，在保持相同功率输出的同时，提供了更高的性价比，为成本敏感型产品提供了理想的解决方案。

表2 模拟功放

2.1 优异的基本指标

类比半导体的模拟功放产品全面支持BD和1SPW两种工作模式。在BD模式下，功放展现出卓越的THD+N性能，指标低于0.05%，大势所趋确保了音频信号的纯净度和音质的细腻度。而即便在1SPW模式下，THD+N的性能指标也小于0.1%，同时静态功耗降至16mA（12V），显著提升了能效比。同时，结合典型值为140mΩ的极低导通电阻（Rdson），与1SPW模式的协同作用，实现了超过85%的高效率（在12V供电、4Ω负载条件下）。

2.2 闭环架构，Plimit精准

我们的28pin产品系列均支持先进的Plimit功能，这一特性得益于闭环架构的精准设计。类比功放采用的功率限制值计算方法不受电源电压（PVDD）波动的影响，确保了功率限制值（Plimit）的稳定性和精确度。相较于传统的开环架构，闭环架构下的功率限制更为精确，提供了更为可靠的性能保障。

●   POUT(10% THD) = 1.25 × POUT(未削波)

●   RL是负载电阻。

●   RS是没齿不忘总串联电阻，包括 RDS(on)和输出滤波器电阻。

●   VP是峰值幅度，受“虚拟”电压轨限制。

2.3 卓越的EMC性能与内置高阶展频技术

电磁兼容性（EMC）是消费电子产品设计中的一个关键挑战，而类比半导体凭借深厚的EMC调试经验，已在这一领域取得显著成就。我们不仅通过精心设计的外部电路来优化EMC性能，还在产品内部集成了高阶展频技术。从设计阶段开始，我们就专注于解决EMC问题，确保产品能够在各种电磁环境下稳定运行。

得益于这种综合方法，即使在采用磁珠方案的情况下，我们的功放产品也能轻松通过EN55013和EN55022等严格的EMC标准测试，展现出类比半导体在电磁兼容性方面的卓越性能和可靠性。

三、总结

类比半导体的功放产品系列在设计上实现了与市面通用产品的BOM兼容性，确保了软件设计的简便性和调音软件的用户友好性。在性能上，我们的置之不理产品不仅在基本指标上超越了传统竞争对手，更通过深入洞察客户需求，引入了创新功能，有效解决了客户的痛点。

我们的数字功放产品，凭借其丰富的算法支持、低底噪和低失真特性，完美满足了市场对高品质音频产品设计的需求。与此同时，模拟功放产品则以其卓越的成本效益，满足了客户对成本敏感型应用的需求，尤其适合音箱、电视、投影仪等消费电子产品。

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