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目前市场上许多耳机放大器的设计遵循class AB、class D及class G等拓扑结构，并被放置在DAC和CODEC等输出端IC。选用放大器的首要原则包括成本因素，以及所涉及设备的物理尺寸、相连的外接器件、音频性能、所需电源电压，以及功耗和效率等。对于以电池作为动力驱动的手持设备（例如便携式媒体播放器和移动通信终端等）来说，在设计与耳机相连的放大器及其输出端IC时，系统设计师则必须仔细权衡这些选用原则中的每一条来作为工作的指导。
Class AB耳机放大器
Class AB是较常见的放大器类型，其效率随被放大信号的性质而发生变化；晶体管的非理想特性、偏压电流、电源效率以及负载端阻抗的电抗性元件等造成的损失决定了class AB放大器的最大效率约为70%。然而，典型的音频信号水平变化十分显著，经常出现平均振幅较低的极端波峰。在较低的信号输出水平上，通过放大器输出端电路的平均电压落差会相应增加；因此功率的耗散也会增加，造成效率降低。
许多便携式音频IC通常在1.8V～5V之间的非极性电压下工作。这意味着class AB放大器的输出会产生相当于供电电压一半左右的DC偏压，其通常被称为中间轨参考电压 (VMID)。由于音频信号经常在位于VMID的水平上下波动，放大器的输出则通过电容与耳机负载相耦合（图1）。这种通过一个电容实现AC耦合的方法避免了DC偏压放大器在耳机负载（通常接地）端造成的DC电压下降沿。移除该偏压则避免了放大器端的电流离开其均衡状态。这些DC偏压阻挡电容通常为容量100μF～200μF的钽〔Ta〕电容，尺寸大约1mm厚，不太适合于便携式应用所需要的较紧凑的空间。AC耦合电容也实际上相当于一个带有耳机负载的高通滤波器，可对系统的低音响应做出限制。这些电容的缺点在于与包含放大器的整个电路相比价格较高，而且性能会随着时间的推移而降低，出现可靠性方面的风险。
通过把耳机负载的一端偏置至VMID（图2），就可以把DC偏压阻挡电容从系统中移除。该原理是通过使用一个额外的放大器来产生中间轨DC参考电压，同时主要输出放大器将音频信号输出至负载。这种设计的好处在于可以去除尺寸较大而且有时并不十分稳定的电容；当然额外的放大器也需要更高的电流，增加了电源功耗，最终导致电池寿命的缩短。此外，在这种配置下，由于负的耳机负载终端同时共享一个共同的DC回路（而非共地），通道分离性也因此降低。其VMID参考拓扑结构同样存在缺陷：耳机套筒在接地以上的电位被偏置到VMID，这样，如果耳机插头被接到另一个以接地端作为参考的系统上，就会引起许多问题，因为将VMID发大器短路至接地端会损坏整个电路。
Class D耳机放大器
最近，许多class D耳机放大器开始进入市场。Class D音频放大器在更高的输出电压上（在32Ω负载上高于5mW的功率）具有比class AB放大器更高的效率，因此最大的好处体现在电池寿命的显著延长。然而，class D音频放大器在其静默状态和较低功率水平（在32Ω负载上低于1mW的功率）状态的效率并不十分出色。这是因为由于输出端需要一个较高的时钟频率来驱动模拟比较电路，而且即使在静默状态，输出晶体管仍然在进行切换。此类放大器在连接至负载之前，高频PWM（脉宽调制）的信号输出经常需要进行滤波来对音频信号进行重组。而输出端电路也需要一个AC耦合电容来去除中间轨DC偏置电压（图3）。
Class D放大器的配置在较高输出电压水平上保持了比class AB放大器更高的效率。然而，由于耳机信号最大动态余量的原因，耳机放大器所驱动的电压却通常只在很低的水平之上。因为考虑到用户收听时的舒适度，在32Ω耳机负载上的功率通常仅为2mW，而这正是class D放大器工作效率最低的情况。
考虑到一些小型设备的应用，为了节省PCB空间和BOM成本，class D放大器每通道还需要额外的两个元件（通常为电感-电容LC滤波器）来构成一个低通滤波器。
接地的耳机放大器
接地的耳机放大器无需DC阻断输出电容，其为耳机放大器提供了双轨电压供电，也就是说，放大器输出的中间轨参考电压是真正的接地级（图4）。
在以电池为电源的应用中，为放大器提供双轨电压供电可通过许多方式实现，包括使用分立器件。当然，许多现代的便携式音频IC多由单极电压操控，其典型的双轨电压供电一般由一个集成的充电泵来产生。
充电泵电路一般需要一个小型的外部反激式（Fly-back）电容（通常容量为10μF），以及在其产生的正负双轨上安置去耦（Decoupling）电容。因此，接地的耳机放大器就需要３个外部元件。现代的充电泵设计可在为放大器提供电压时，避免产生与充电泵相关的高频切换噪音及其对音频电路的干扰；也就是说，充电泵的使用不是以牺牲音频性能为代价的。大多数接地的耳机放大器都应用class AB放大器的构架，因为其对小型外部元件的使用十分有利。
Class G放大器
Class G放大器可为class AB型放大器提供可量化的电压，这样可优化放大器的供电，为输入信号的提供了足够的动态余量以避免失真。当一个较弱的输入信号被放大时，信号的动态余量可被压缩。因此只需要相对较小的动态余量来实现令收听者较舒适的音量，以便其长时间的收听；通过使用class G的架构，通常为了产生足够的动态余量而造成的功率耗散和低效率将被最小化。
Class G放大器通过调节VDD和VSS来实现，调节VDD和VSS的目的是为了放大器可工作在最优化的电源供应范围内；降低VDD和VSS的电压范围也可提高放大器处理小幅度信号时的效率。在音频应用中，最重要的是该设置不能造成信号的失真。
图5显示了一个简化的class G配置方案。为了响应信号幅度的变化，VDD和VSS被置于不同的水平上（LEVEL 1和LEVEL 2）。通过调制VDD和VSS的水平，放大器的效率相对class AB的配置可有显著提高。
为了显示在耳机放大器应用中使用class G和class AB/D的对比情况，欧胜（Wolfson）对３个类似的集成了立体声耳机的音频CODEC的音频性能、DAC至耳机端的功耗、效率、及对外部元件的要求等进行了对比；其中DAC至耳机的输出模式选择了目前最常见的便携式音频应用中的配置方案。
总结
表1所示的接地方案的耳机输出显示了比class D耳机放大器更优秀的外部元件性能，节省PCB占板空间约40%。而如果使用class AB，则占板空间会增加15%左右；此外，其所需要的外部元件的价格也通常较低且尺寸较小，能实现更小的PCB尺寸和更低的BOM成本。
如图6所示，接地方案的class G耳机放大器的DAC至耳机输出功率在通常的收听电平下（32Ω耳机负载上的功率为2mW）可比class AB节省20%的功耗；比class D节省40%。节省的功耗可使电池延长20%～40%的使用时间。在通常收听状况下，接地方案的class G耳机放大器在DAC至耳机负载的效率上也同时比class AB/D提升2％～8%（如图7所示）。由此可看出，接地方案的class G耳机放大器在成本、空间、电源功率方面都有很大提升，而且不必以牺牲音频性能为代价。
Class AB耳机放大器
Class AB是较常见的放大器类型，其效率随被放大信号的性质而发生变化；晶体管的非理想特性、偏压电流、电源效率以及负载端阻抗的电抗性元件等造成的损失决定了class AB放大器的最大效率约为70%。然而，典型的音频信号水平变化十分显著，经常出现平均振幅较低的极端波峰。在较低的信号输出水平上，通过放大器输出端电路的平均电压落差会相应增加；因此功率的耗散也会增加，造成效率降低。
许多便携式音频IC通常在1.8V～5V之间的非极性电压下工作。这意味着class AB放大器的输出会产生相当于供电电压一半左右的DC偏压，其通常被称为中间轨参考电压 (VMID)。由于音频信号经常在位于VMID的水平上下波动，放大器的输出则通过电容与耳机负载相耦合（图1）。这种通过一个电容实现AC耦合的方法避免了DC偏压放大器在耳机负载（通常接地）端造成的DC电压下降沿。移除该偏压则避免了放大器端的电流离开其均衡状态。这些DC偏压阻挡电容通常为容量100μF～200μF的钽〔Ta〕电容，尺寸大约1mm厚，不太适合于便携式应用所需要的较紧凑的空间。AC耦合电容也实际上相当于一个带有耳机负载的高通滤波器，可对系统的低音响应做出限制。这些电容的缺点在于与包含放大器的整个电路相比价格较高，而且性能会随着时间的推移而降低，出现可靠性方面的风险。
通过把耳机负载的一端偏置至VMID（图2），就可以把DC偏压阻挡电容从系统中移除。该原理是通过使用一个额外的放大器来产生中间轨DC参考电压，同时主要输出放大器将音频信号输出至负载。这种设计的好处在于可以去除尺寸较大而且有时并不十分稳定的电容；当然额外的放大器也需要更高的电流，增加了电源功耗，最终导致电池寿命的缩短。此外，在这种配置下，由于负的耳机负载终端同时共享一个共同的DC回路（而非共地），通道分离性也因此降低。其VMID参考拓扑结构同样存在缺陷：耳机套筒在接地以上的电位被偏置到VMID，这样，如果耳机插头被接到另一个以接地端作为参考的系统上，就会引起许多问题，因为将VMID发大器短路至接地端会损坏整个电路。
Class D耳机放大器
最近，许多class D耳机放大器开始进入市场。Class D音频放大器在更高的输出电压上（在32Ω负载上高于5mW的功率）具有比class AB放大器更高的效率，因此最大的好处体现在电池寿命的显著延长。然而，class D音频放大器在其静默状态和较低功率水平（在32Ω负载上低于1mW的功率）状态的效率并不十分出色。这是因为由于输出端需要一个较高的时钟频率来驱动模拟比较电路，而且即使在静默状态，输出晶体管仍然在进行切换。此类放大器在连接至负载之前，高频PWM（脉宽调制）的信号输出经常需要进行滤波来对音频信号进行重组。而输出端电路也需要一个AC耦合电容来去除中间轨DC偏置电压（图3）。
Class D放大器的配置在较高输出电压水平上保持了比class AB放大器更高的效率。然而，由于耳机信号最大动态余量的原因，耳机放大器所驱动的电压却通常只在很低的水平之上。因为考虑到用户收听时的舒适度，在32Ω耳机负载上的功率通常仅为2mW，而这正是class D放大器工作效率最低的情况。
考虑到一些小型设备的应用，为了节省PCB空间和BOM成本，class D放大器每通道还需要额外的两个元件（通常为电感-电容LC滤波器）来构成一个低通滤波器。
接地的耳机放大器
接地的耳机放大器无需DC阻断输出电容，其为耳机放大器提供了双轨电压供电，也就是说，放大器输出的中间轨参考电压是真正的接地级（图4）。
在以电池为电源的应用中，为放大器提供双轨电压供电可通过许多方式实现，包括使用分立器件。当然，许多现代的便携式音频IC多由单极电压操控，其典型的双轨电压供电一般由一个集成的充电泵来产生。
充电泵电路一般需要一个小型的外部反激式（Fly-back）电容（通常容量为10μF），以及在其产生的正负双轨上安置去耦（Decoupling）电容。因此，接地的耳机放大器就需要３个外部元件。现代的充电泵设计可在为放大器提供电压时，避免产生与充电泵相关的高频切换噪音及其对音频电路的干扰；也就是说，充电泵的使用不是以牺牲音频性能为代价的。大多数接地的耳机放大器都应用class AB放大器的构架，因为其对小型外部元件的使用十分有利。
Class G放大器
Class G放大器可为class AB型放大器提供可量化的电压，这样可优化放大器的供电，为输入信号的提供了足够的动态余量以避免失真。当一个较弱的输入信号被放大时，信号的动态余量可被压缩。因此只需要相对较小的动态余量来实现令收听者较舒适的音量，以便其长时间的收听；通过使用class G的架构，通常为了产生足够的动态余量而造成的功率耗散和低效率将被最小化。
Class G放大器通过调节VDD和VSS来实现，调节VDD和VSS的目的是为了放大器可工作在最优化的电源供应范围内；降低VDD和VSS的电压范围也可提高放大器处理小幅度信号时的效率。在音频应用中，最重要的是该设置不能造成信号的失真。
图5显示了一个简化的class G配置方案。为了响应信号幅度的变化，VDD和VSS被置于不同的水平上（LEVEL 1和LEVEL 2）。通过调制VDD和VSS的水平，放大器的效率相对class AB的配置可有显著提高。
为了显示在耳机放大器应用中使用class G和class AB/D的对比情况，欧胜（Wolfson）对３个类似的集成了立体声耳机的音频CODEC的音频性能、DAC至耳机端的功耗、效率、及对外部元件的要求等进行了对比；其中DAC至耳机的输出模式选择了目前最常见的便携式音频应用中的配置方案。
总结
表1所示的接地方案的耳机输出显示了比class D耳机放大器更优秀的外部元件性能，节省PCB占板空间约40%。而如果使用class AB，则占板空间会增加15%左右；此外，其所需要的外部元件的价格也通常较低且尺寸较小，能实现更小的PCB尺寸和更低的BOM成本。
如图6所示，接地方案的class G耳机放大器的DAC至耳机输出功率在通常的收听电平下（32Ω耳机负载上的功率为2mW）可比class AB节省20%的功耗；比class D节省40%。节省的功耗可使电池延长20%～40%的使用时间。在通常收听状况下，接地方案的class G耳机放大器在DAC至耳机负载的效率上也同时比class AB/D提升2％～8%（如图7所示）。由此可看出，接地方案的class G耳机放大器在成本、空间、电源功率方面都有很大提升，而且不必以牺牲音频性能为代价。