耳机放大器架构设置全新解决方案

　　伴随DVD、MP3、MP4、智能手机等越来越多的便携式音频设备的出现，这些设备的电路板设计空间越来越不足。现今，根据特定功能设计解决方案的尺寸，在预期功能的条件下将需要的组件数量降到最低，显得越来越重要。将音频信号传输到耳机，一直以来都使用DC 阻隔电容，除此之外，其他替代的解决方案，不是有先天的限制，就是过于简单化而不切实际需求，不被市场认可与接受。

　　本文特别着重在耳机放大器架构，除了说明其优缺点，也介绍全新的解决方案，该解决方案可解决某些耳机放大器架构所造成的问题。

　　不同的耳机放大器配置

　　不采用大型 DC 阻隔电容驱动耳机的其中一种传统方法，是将连接器的接地接脚偏移到中轨，也就是 VDD/2 （VBIAS）。由于大多数消费性耳机放大器都是单一供应电源，因此，要达到良好的动态范围，唯一的方法是以 DC 将音频偏移到 VDD/2，使信号能摆荡到接地及 VDD。由于接地接脚连接 VDD/2，因此其中主要的缺点是，只要连接 到Hi-Fi 放大器或以电源驱动的喇叭等接地为真实接地 （亦即 0V） 的外部设备，就会造成接地回路问题，并引发不必要的噪声或设计问题。

　　

　　图 1. 含偏移接地套管的输出单端耳机放大器

　　如图 1 所示，最传统的耳机放大器架构是含 DC 阻隔电容的单端放大器。

　　

　　图 2. 含 DC 阻隔电容的单端耳机放大器

　　从中可看出，耳机驱动的输出偏移到 VDD/2 （VOUT），而音频从 VDD 摆荡到接地。其中需要 DC 阻隔电容，才能将移除此偏压，让讯号在接地周围有效摆荡，也就是在 –VDD/2 至 +VDD/2 之间摆荡。此架构的优点是能够使用标准的耳机接孔，然而，这类方法的主要问题在于低频率响应。耳机阻抗一般是 16Ω 或 32Ω，而输出电容及耳机喇叭阻抗两者会形成高通滤波，其截止频率为 3dB，如等式 1 所示：

　　

　　（等式 1）

　　截止频率必须在耳机的音频频带范围内，此频带会因制造商的不同而有所差异，但一般的范围是 20Hz 至 20kHz 之间。为了不使低音频频率衰减，高通滤波的截止频率至少必须大约是 500Hz 以下。

　　将等式 1 改写为等式 2，即得出：

　　

　　（等式 2）

　　对于 100Hz 的截止频率及 16Ω 的耳机喇叭阻抗，电容必须是 110μF。对于需要小体积尺寸的情况而言，这会造成电容值及实体尺寸过大，而且使得成本过高。许多工程人员只能改用 22μF 的较小电容，不过这会影响耳机的低频率传真度，而导致低音响应不佳。

　　各种执行都有其优缺点，不过，对于需要较佳音频并避免潜在接地回路问题或大型 DC 阻隔电容的设计人员而言，一种称为接地置中或「无电容」的较新架构开始备受瞩目。