我們都知道類比音源的取樣頻率越高,音樂在D類放大器的輸出解析度會越高,隨著電晶體高頻切換技術發展,它確實為音樂帶來更高的音質解析度。而數位音源更透過電晶體高頻切換的幫忙,來實現高品質的音樂。

數位音源完整性的取得,也一直以來是傳輸效率的研究方向。

今天智慧音箱的崛起,透過雲端數位音源,讓我們知道它是可行且有實際的市場需求。消費者在智慧音箱的使用心得,也與日俱增。其中,智慧音箱的可攜帶性和省電性,越來越被大家所重視。

例如,英飛凌科技(Infineon Technologies)於2018年2月收購Merus Audio公司,取得其技術以及節能小功率放大器的產品。為原有的大功率放大器產品,提供更省電的音訊放大器系列產品。

透過Merus的技術,提供高解析度的聲音效果、減少EMI問題以及更長時間的電池播放。

以下圖類比聲音弦波來解釋(Fig. A)。清楚知道傳統Class D利用固定頻率(通常是透過三角震盪頻率)去對類比聲音旋波取樣,而產生寬度不一的脈衝寬度調變(PWM)。再利用PWM去推動半橋兩顆MOS (Fig. B),最後透過LC 的諧振和頻寬限制來得到適當放大效果和EMI效果。

Merus 則是對類比聲音弦波高頻取樣,透過相位差異來推動四個MOS (Fig. C, 3階輸出電壓準位),再利用fly cap (Cfly)支撐輸出電壓,最後透過小的Chip ferrite bead (積層晶片磁珠)。這樣的做法就能在短距離的喇叭接線,除了高解析的放大效果之外,還能得到極佳的EMI效果。

20190919_TA71P1    Merus可以做150KHz、300KHz 和600KHz 的MOSFET 切換頻率調整,再搭配3階或 5 階的不同電壓準位,來達成喇叭輸出端1.2MHz或600KHz切換頻率的高解析度音質效果。它在合理接線範圍內,更不需要設計特別頻寬的L/C低通率波器。

Merus如何達到省電?

Merus開放Power Mode給客戶設定,它是讓IC針對低/中/高音量來自行調變切換頻率和電壓準位的設定。讓MOSFET操作在150KHz 低頻,以減小切換功率損耗,和讓MOSFET操作在較小的DS跨電壓,減少導通功率損耗,藉由減少功率損耗來達到省電效果。

透過電腦繪圖介面(GUI)輕鬆操作5種POWER MODE (PMP0~PMP4)的設定,讓IC可以達到較低的電力損耗,較高的重載效率,或是較低的干擾失真等,三種特性(如Fig. E)。每一種POWER MODE都有它強調的特性。針對干擾失真,參考如下Fig. D和Fig. E

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參考 Fig. G,中低音量的低電力損耗特性,讓 IC在電池電力供應下,可播放的時間大幅加長.

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為了解決客戶的疑惑,英飛凌並提供測試板(如下圖),以確認特性是否符合客戶開發設計的要求。

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