出色的音频功能已是手机的重要特征，尤其是在多媒体手机中，高质量的音频技术是不可或缺的部分。在音乐手机这类中高档多媒体手机中，D类音频放大器是最合适的方案，具有效率高、发热少、功耗低，电池使用寿命长等优点。线性的AB类放大器拥有低成本优势。但是不论是D类功放，还是AB类功放都需要贴近手机的实际应用。但随着客户应用，出现了很多需要解决的问题，而只有解决了这些问题才能真正使得D类功放得以大量推广。本文给出了手机上常用的单声道D类功放容易出现的问题和埃派克森小功率D类功放A7013在解决这些问题上的出色表现。

      1.增益变化过高损坏喇叭问题

      手机上常用的单声道D类功放采用外接输出电阻（如图1）调节增益，由于增益误差引起损坏喇叭问题，逐渐引起了手机厂商的关注。近期，国内多家知名手机制造商均有反馈，在手机设计中采用大增益单声道D类功率放大器，终端客户大音量播放声音，长期使用有损坏喇叭现象，后来即使更换包括国外大厂芯片，均没有明显改善。

      据深圳几家国内知名品牌的手机厂商统计，其采用上述D类功放大批量出货的手机，喇叭返修率为将近0.5％，这笔费用对于需要维持客户服务的品牌客户是很大一笔开支。深究其原因，该厂商认为是由于应用D类功较大增益工作引发的，而其选择的也是国外各大知名品牌的功放厂商。后来改用埃派克森微电子的D类功放A7013，返修现象大幅下降近８０％，对于此手机厂商感到无比欣慰，从而最近引起一股使用的高峰。

      为了惠及更多的厂商客户，我们特别从增益控制的基本技术原理上给出相应解释。

      众所周知半导体工艺很难获得绝对值准确的电阻，通常使用的多晶硅电阻的绝对值变化率为±20％，而外部电阻相对来说绝对值可较为精准。因此当客户使用大增益工作的时候，增益容易偏移出喇叭的最大功率范围，从而引起喇叭损坏，导致返修率问题。

      而半导体工艺中很容易获得电阻相对值匹配的精准，刻意匹配布局的可以很容易达到0.1％匹配精度，我们可以利用这一点来避免由于内部电阻偏移引起的增益偏移，具体方案如下：

      方案一：如图2所示，在保证外部增益可控的同时，片内保留10k输入电阻。

图1 传统增益设置                                图2改进后的增益设置

      具体解释：（以下假设片外电阻不会有绝对值偏差）

      假设如图1中300k芯片内部电阻偏移20％，则增益会偏移20％，正常15倍的增益从12到18倍，因此功率会超过额定功率。

      Gainmax＝300×120％/20＝18＝15×（1＋20％）

      Gainmin＝300×80％/20＝12＝15×（1－20％）

      如果采用如图2改进后的增益设置，同样假设300k电阻偏移20％，则内部10k电阻也会同比例偏移20%（由于匹配精度可以达到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％）

      所以改进后的方案中，增益最大值偏移9.1％，增益最小值偏移11.1％，远远低于改进前20％的偏移水平。

      方案二：

      通过牺牲芯片成品率的方式，将芯片筛选到电阻漂移10％，同样改进后的方法也会获得更精准的增益上限，从而避免了手机厂商增益往大的方向偏移引起的喇叭损坏。

      方案三：

      产品也可以通过AGC（自动增益控制）来实现，大功率时避免烧坏喇叭。但是通常成本大大提高。

      由此可见，方案一方法对于D类功放的IC设计公司来说不增加成本，并且手机生产厂商则在应用时，也可以避免喇叭由于增益偏移而频频损坏的现象。我公司产品A7013采用此方案一和方案二的结合，牺牲芯片成品率获得精准增益的同时采用第一方案，从而大大降低了喇叭损坏的几率。在同类产品中唯一一个给出成功而成熟方案的。

      此外，针对喇叭损坏的问题，通过研究了手机喇叭的响应频段，可以发现而手机喇叭只能响应300HZ以上的频段，导致300HZ以下作为热损耗掉了。而改变输入电容可以改变输入信号带宽，滤除不能被喇叭的频段功率，从而在降低了峰值功率，从而对喇叭的可靠性也有一定影响。

      2. 改善外部噪声干扰

      图2 中给出的方案对于改善噪声干扰，也有一定的优势。

      如图1中如果客户布局不慎，在运放输入端耦合微弱噪声，则该噪声会被以运放开环增益（上万倍）的倍数放大，在喇叭中出现听得到的耦合噪声。

      采用如图2中给出的方案，只要芯片内部在运放输入端做相应考虑，在外部输入Pin脚引入的微弱噪声只能会几十倍的放大，从而大大方便了客户在这部分的布局。

      3. 改善功放音效：

      近年来人们对于D类功放的通常印象就是，高的电源效率和较差的音质，针对D类功放的音质，业界一直有争论，埃派克森A7013采用自主专利EFS（增强反馈架构）改善D类功放的音质。做到高电源效率的同时，极大的改善了D类功放的失真，从而使得D类功放在音质和效率方面都取得了极大的优势。

      如图3和表1，我们可以看出EFS技术改善D类功放失真的作用，在整个功率范围内采用EFS技术的A7013失真均做到了最低；同时由于高功率THD＋N的改善，从而在1％以下失真的最大功率方面，A7013也有突出表现。

图3 采用EFS方案对THD＋N的改善（图中所引用数据均来自产品数据手册）

表1 采用EFS方案其他性能的改善（表中所引用数据均来自相应产品数据手册）

      结论：

      从上面的分析我们可以看出，随着D类音频功放的大规模应用，客户反馈必将使得这类产品越来越成熟，只有紧贴客户需求才能够和客户一起创造价值。埃派克森D类功放A7013在保持其高效率、低失真的同时，考虑了客户具体应用中的问题，在可靠性和性能提供了完善的解决方案，在这方面埃派克森独家给出了相应的解决方案，包含该方案的A7013 具有WCSP9和DFN8两种封装，已经在手机设计厂和品牌客户中大量应用，已经在国内大多数品牌的手机中大量被应用，每月出货稳居国内品牌第一位。