高帶寬因特網(wǎng)聯(lián)機(jī)、深度學(xué)習(xí)算法及高質(zhì)量音頻的完美結(jié)合，為用戶接口帶來全新典范，那就是語音。透過自然語言與家電及云端服務(wù)進(jìn)行互動(dòng)的能力，是人機(jī)互動(dòng)方式的巨大變革。

目前的數(shù)字助理看來像是達(dá)到現(xiàn)今技術(shù)的巔峰，但實(shí)際上只是新世代用戶接口的起點(diǎn)。語音識(shí)別是一項(xiàng)已存在多年的技術(shù)，例如現(xiàn)在已有許多軟件c9200446619921FFCa4b252220c1fe2a可將語音轉(zhuǎn)換為文字。不同之處在于軟件解譯文字的方式。目前為止，軟件只是單純轉(zhuǎn)播文字到屏幕上，但最近機(jī)器似乎能理解意圖及詞匯。這種人工智能技術(shù)將在未來幾年內(nèi)普及，這代表能更容易取得技術(shù)，并整合至日常用品中。

制造商未來將面臨的挑戰(zhàn)，是如何為更小的電子裝置加入高水平的音頻質(zhì)量。穿戴式技術(shù)的趨勢(shì)是與 AI 及自然語言接口同步發(fā)展，因此結(jié)合兩者需要更高的整合度以維持保真度。

音訊保真度

音訊保真度的關(guān)鍵部分在于放大器的選擇。大多數(shù)放大器的性質(zhì)為線性，包括?A?類、B?類或AB?類?(請(qǐng)參閱圖?1?以比較三者)。雖然所有線性放大器都能以最小噪聲提供良好的增益，但由于接收器?(人耳)?非常善于分辨兩者的差異，因此訊噪比?(SNR)?在音訊應(yīng)用中變得更為重要。上述各類放大器在功耗與效能方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此需要不同的偏壓類別。



圖?1a：A?類放大器




圖?1b：B?類放大器




圖?1c：AB?類放大器


在目前新出現(xiàn)的應(yīng)用中，音頻清晰度與功耗方面的效率都非常重要。所有線性放大器都有一定程度的偏壓，以提供良好的線性度，但電源效率較差。例如，A?類放大器使用偏壓單晶體管，即使輸入訊號(hào)為零也會(huì)導(dǎo)通。B?類放大器使用兩個(gè)晶體管，每半個(gè)周期一個(gè)晶體管，因此理論上，任何時(shí)間皆只有一個(gè)晶體管導(dǎo)通。如此可提升電源效率，但通常會(huì)造成交越失真。而?AB?類放大器藉由稍微改變偏壓，降低交越失真。盡管?AB?類在大多數(shù)情況下是理想的折衷方案，但仍僅提供約?80%?的效率，對(duì)于某些電池供電及攜帶式應(yīng)用而言，可能還是不夠理想。

D?類放大器與正規(guī)放大器拓?fù)溆袠O大的差異，其并非線性放大輸入，而是將訊號(hào)數(shù)字化，轉(zhuǎn)換為脈波寬度調(diào)變(PWM)?方波以呈現(xiàn)輸入訊號(hào)。上述「全開/全關(guān)」的方法可提供?90%?以上的高效率，但仍需過濾輸出以恢復(fù)訊號(hào)的模擬成分，這可能會(huì)帶來額外的設(shè)計(jì)困難。盡管如此，由于具備多項(xiàng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，?PAM8014免濾波?D?類放大器仍在其領(lǐng)域展現(xiàn)長遠(yuǎn)的進(jìn)步。其提供?3.2 W?單聲道輸出功率及超過?90%的效率，具有高電源供應(yīng)抑制比與差分設(shè)計(jì)，可大幅降低噪聲與RF?反射的影響。

制作更好的?D?類放大器

D?類拓?fù)渫ǔ＠?a target="_blank">比較器來實(shí)現(xiàn)，將輸入訊號(hào)與參考訊號(hào)進(jìn)行比較，建立實(shí)際的?1-bit ADC；如圖?2?所示，當(dāng)輸入訊號(hào)大于參考訊號(hào)時(shí)，比較器的輸出為高，當(dāng)輸入低于參考時(shí)，輸出訊號(hào)為低。



圖?2：D?類放大器利用比較器將模擬訊號(hào)轉(zhuǎn)換為一系列脈沖，建立?PWM?輸出，通常須經(jīng)由低通濾波器才能恢復(fù)模擬訊號(hào)

輸出被饋送至由兩個(gè)或四個(gè)切換?FET?組成的切換級(jí)。雙?FET?輸出級(jí)通常由互補(bǔ)?FET (PNP?與NPN)?組成，并做為半橋運(yùn)作。此設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是即使輸出不變，電流也會(huì)通過負(fù)載，因?yàn)檩敵銎珘簽?VDD/2。使用全橋輸出級(jí)可克服上述問題，全橋?qū)嵶魇褂盟膫€(gè)由兩個(gè)半橋級(jí)組成的FET。如此可在輸出電流中產(chǎn)生雙向擺動(dòng)，稱為橋接式負(fù)載?(BTL)。盡管此種設(shè)計(jì)使用兩倍數(shù)量的?FET，其亦提供顯著的優(yōu)勢(shì)，特別是因?yàn)閷⑵铺子弥霖?fù)載的兩端，從而消除與半橋設(shè)計(jì)的高靜態(tài)電流相關(guān)的損耗。圖?3?顯示?PAM8014?D?類放大器的區(qū)塊圖，采用全橋?BTL?設(shè)計(jì)。



圖?3：PAM8014?以全橋?BTL?拓?fù)錇榛A(chǔ)，以極小型封裝提供優(yōu)異的效能

將?BTL?拓?fù)湔现?D?類放大器中需要經(jīng)過謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)，以在單一整合封裝中達(dá)到有效的輸出功率水平。在采用更先進(jìn)揚(yáng)聲器技術(shù)的音訊應(yīng)用中，這并不是問題，實(shí)際上更為攜帶式及電池供電裝置開創(chuàng)許多新的潛在應(yīng)用。

無通濾波器

如果 D 類放大器仍需要輸出級(jí)通過一個(gè)大型且成本可能很高的低通濾波器，則可能會(huì)失去上述系統(tǒng)層級(jí)的優(yōu)勢(shì)。建構(gòu)低通濾波器所需的獨(dú)立被動(dòng)組件 (例如大到足以處理輸出功率的電感器)，很可能會(huì)占用比放大器本身更多的?PCB?空間，并大幅增加成本。

移除 PWM 輸出中的高頻時(shí)，通常需要低通濾波器，是許多應(yīng)用中不可或缺的部分。低通濾波器所需的額外 PCB 空間與成本可能導(dǎo)致某些應(yīng)用無法使用 D 類放大器，但實(shí)際上這在音訊應(yīng)用中可能會(huì)帶來正面作用。

揚(yáng)聲器實(shí)際上由線圈組成，線圈本質(zhì)上是具有串聯(lián)電阻的電感器，這兩個(gè)組件是實(shí)現(xiàn)低通濾波器的關(guān)鍵。實(shí)際上，揚(yáng)聲器的內(nèi)建電感器可透過此方式加以利用，然而?BTL?輸出級(jí)的設(shè)計(jì)必須支持無濾波器的設(shè)計(jì)。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)槿舴侨绱?，可能?huì)使電流持續(xù)流過揚(yáng)聲器，這可能導(dǎo)致使用壽命縮短。另外，如果輸出有所偏壓，可能會(huì)限制揚(yáng)聲器的動(dòng)態(tài)范圍。PAM8014?D?類放大器的?BTL?輸出級(jí)設(shè)計(jì)用于無濾波器運(yùn)作，因此可避免所有上述缺陷，同時(shí)可為音訊應(yīng)用帶來?D?類運(yùn)作的優(yōu)勢(shì)。

雖然人耳是天然的高頻濾波器，但也容易接收到各種形式的噪聲。因此優(yōu)良的 D 類放大器將實(shí)作內(nèi)部反饋，以提供最佳的總諧波失真 + 噪聲 (THD + N) 數(shù)值；在此情況下，PAM8014 通常在輸出功率 0.5 W @ 1 kHz 時(shí)提供 0.14%。

PAM8014 的其他進(jìn)階功能還包括關(guān)斷模式，最多可將供電電流降至 1 μA。PAM8014 也整合了專用電路，可在開啟與關(guān)閉時(shí)或從關(guān)斷模式退出時(shí)，大幅減少瞬態(tài)可能產(chǎn)生的「啪啪聲與咔嚓聲」。特殊模式可使內(nèi)部放大器靜音，直到參考電壓穩(wěn)定為止，藉此達(dá)到上述功效；一旦穩(wěn)定之后，即恢復(fù)完全運(yùn)作模式。其他功能還包括：欠壓鎖定 (UVLO)，如果供電壓低于 2.0 V，將使 PAM8014 進(jìn)入關(guān)斷模式；短路保護(hù) (SCP)，如果輸出端相互短路或接地，此功能可保護(hù)裝置；過熱保護(hù) (OTP)，如果晶粒溫度超過 150°C，將使裝置進(jìn)入關(guān)斷模式。

PAM8014?采用?U-WLB1313-9?晶圓級(jí)?BGA?封裝?(參閱圖?4)，每一邊尺寸皆小于?1.3 mm，即使是最小的裝置也適用。



圖?4：PAM8014?采用晶圓級(jí)?BGA?封裝，每一邊尺寸皆小于?1.3 mm

PAM8014?的固定增益為?18 dB，效率高達(dá)?93%，僅需最少的外部組件，如圖?5?所示。?



圖?5：PAM8014?僅需極少的外部組件，非常適合空間有限及超低功耗的應(yīng)用

上述先進(jìn)功能讓?PAM8014?非常適用于各種應(yīng)用，包括智能型手機(jī)、VOIP、MP4/MP3?播放器，當(dāng)然還有數(shù)字助理。