音频功放芯片M3110应用头戴式耳机降噪方案可替换TPA3110D2/TPA3110？

	产品名称	M3110/TPA3110/TPA3110D2/AD52068（国产价格货期好）
	封装形式	HSSOP-28
	产品功能	2X15W/16V/8Ω或30W/16V/4Ω
	资料下载	M3110
	应用领域	高保真真音响，蓝牙音箱，拉杆音响，TV功放，便携式音频设备，车载音频设备，多媒体音频系统
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	兼容型号	TPA3110/TPA3110D2 /AD52068/CSC3110

当我们打算为头戴式耳机应用创建一个运算放大器时（最后选用的是M3110运算放大器），我们需要解决的第一个问题就是确定头戴式耳机需要的功率。    将头戴式耳机和扬声器想象为把输入电气功率转换为可闻输出功率的变换器。与所有处理相类似，这个将电声转换过程具有一个与之相关的效率问题。

正如你有可能已经想到的那样，不同头戴式耳机类型的效率也是不一样的。

总的说来，包耳式耳机的效率要低于入耳式耳机。   

头戴式耳机厂商通常以特定输入功率下（通常为1mW）的声压级（[SPL]，单位为分贝）来表示他们产品的效率。

例如，一个耳机厂商也许将他们耳机的效率标明为100dB/wM，你应该将这个值读为“1mW时为100dB”。

通过使用厂商给出的基准效率，你能够用方程式1计算出其它功率级别下产生的SPL：    在方程式1中，PIN 代表到耳机的输入功率，而η为1mW基准功率级别下的效率。

图1显示的是，对于一定范围内的常见耳机效率，在输入功率不断增加时，提供的输出SPL。   

图1：对于不同耳机效率，产生的SPL与输入功率之间的关系    方程式1和图1中的曲线还包括一个假设，那就是耳机内驱动器的运行方式是线性的。当然，你不能一直增加耳机的输入功率，并且希望输出SPL不断地增加（可千万不要这么干）。在高输入功率下，驱动器本身内的非线性效应将会限制最大SPL。

   一旦你已经建立起来了一个SPL目标，确定信号电平就只需要某些基本电气工程方程式了（方程式2和方程式3）：    这两个方程式均包含标称耳机阻抗，RHP，它也由耳机厂商指定。

为便携式电子设备设计的耳机具有低阻抗（低至16Ω），这是因为耳机上的低压信号将仍能提供足够的功率。对于那些非便携式应用中使用的耳机，比如说专业录音工作室中用到的耳机，它们的阻抗最高有可能达到600Ω。    让我们将所有这些信息应用于一个设计示例，针对一对常见的平板磁性包耳式耳机，计算出达到一个特定SPL所需要的信号电压和电流。    表2：针对设计示例的技术规格目标值   

使用方程式1，

首先确定达到SPL目标值所需的输入功率：    下一步，计算将这个功率量提供给耳机所需要的电压和电流：   

在这个示例中，低阻抗耳机与低效率和非常响亮的最大SPL目标值之间的组合使我们的设计团队认识到了M3110设计中所面临的挑战。很明显，我们的放大器需要给某些耳机传送的电流量将是十分巨大的（以运算放大器标准来衡量的话）。在这一前提下，我们将注意力转向了M3110的输出电路。

在不产生失真的情况下，这个电路需要能够传送大量电流。

    选择用于D类音频放大器的输出滤波器的电感值始终是一个关键的设计决定。

随着新一代超低失真D类放大器的问世，选择电气性能较差的电感会严重限制音频性能。

我的同事Brian在其12月的博文中谈到高清晰度音频如何改变我们的聆听方式。在这篇博文中，

选择合适电感器的重要考虑因素，以确保您的设备能够具有高清晰度潜力。 

在较高功率的D类放大器中，（通常高于输出功率10W），无源输出滤波器通常在每个输出端具有一个电感器和一个电容（LC），并因此被称为LC滤波器。

LC滤波器的目的是将D类放大器的不连续脉宽调制（PWM）脉冲串输出转换成连续平稳的模拟正弦波。LC滤波器从音频信号的PWM表示提取所述音频信号。 此滤波过程很关键，

原因如下：    （EMI）降低电磁干扰。D类放大器的PWM输出是一种高振幅电压信号，通常等于输出级或PVDD电源电压。使用LC滤波器滤掉这些脉冲的同时，也滤掉与PWM脉冲相关的高频容量，从而降低恼人的EMI辐射。将LC滤波器尽可能靠近放大器，扬声器的长期运行也不会在整个系统辐射EMI辐射。 

  降低纹波电流。对于具有AD调制方案但没有LC滤波器的D类放大器来讲，有一个纹波电流叠加在音频信号。凭借LC滤波器，尤其当LC滤波器的截止频率相对于放大器的PWM开关频率降低时，纹波电流也会降低，如此以来仅有少量剩余纹波将随LC滤波器呈现。LC滤波器的电抗滤掉波纹的其余部分，理想情况下不会消耗任何功率。

  让我们使用M3

音频M3110作为一个示例。它是一个36W D类音频放大器，带总谐波失真及噪声（THD + N），可在中功率带接近0.001％。对于

，电感器的线性度在提取最高水平的音频性能方面变得非常关键。  对于这个讨论，电感线性被定义为电感对电流。  一个理想的电感不管通过它的是何种电流都能保持指定的电感值。

然而，现实世界的感应器的电感总是随电流的增加而降低。某些时候，电流电平将使得电感器饱和，而电感会严重下降。这通常被指定为的Isat。

  请记住，不同厂家提供的Isat额定电流的电感变化有所不同，甚至电感类型也有所不同。有些厂家指定Isat在电感中处于30％或变化更大。对于LC D类滤波器，若您期望使用此电感器时额定一直保持在Isat，您观察到的音频性能将非常差。

  表1所示为针对高性能D类音频放大器，从具备良好线性度的四种不同规格的电感器所收集的数据。我在1A电流条件下，并再次以20A电流（600千赫测试信号）条件下测定了电感，其为

放大器的标称PWM开关频率。为每个电感器的10个样品计算电感的平均值变化。 从M3110EVM收集的数据来看，生产商A的10μH电感器优于制造商B的10μH和7μH电感器。若我选择制造商B的10μH电感器，放大器的THD性能将在10W条件下限制在0.0045％，相比之下，制造商A的10μH电感器将限制在0.0017％。 还要注意的是，在20W条件下，总谐波失真与频率性能显著改善。若您在可接受较高THD性能的放大器周围设计LC滤波器，

或者若放大器固有的THD较高，制造商B的10μH电感器可作为一个合适的候选对象。结束时，系统的设计者必须在电感器的线性度、成本和尺寸之间做出选择。 其它因素，如高输出功率电平条件下开关损耗或欧姆损耗，将确定哪种电感器最适用于一个给定的系统。然而，通过选择一个线性度更大的一个电感器，您可显著提高D类放大器的THD性能，这可通过M3110的超低THD得以证明

M3110在超低频。音控方面，相对与TPA3110/TPA3110D2,有着卓越的抗磁效果，

*由于晶圆厂家原因。此类方案需特殊定做。如果影响到合作伙伴的生产工艺，请垂询相应工程师改进。

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