创新音频解决方案：类比半导体的国产中大功率功放技术

作者：类比半导体

摘要

上海类比半导体技术有限公司（以下简称“类比半导体”或“类比”）作为国内领先的模拟及数模混合芯片设计商，正通过其创新的中大功率模拟/数字功放技术，重塑消费电子市场中高端音频产品的技术标准。随着国产半导体产业的快速崛起，类比半导体基于其17年功放研发经验的团队，另辟赛道，专注中大功率模拟/数字功放领域。其高端音频产品设计不仅在功率输出和效率上超越了同类竞品，更以其卓越的散热性能和集成的高阶算法，满足了市场对高品质音频体验的不断追求。

类比半导体将持续提供与市面通用产品兼容、软件设计简便、调音友好的功放产品，确保在音箱、电视、投影仪等产品上实现卓越的音频性能。

一、        数字功放

AU68x5系列产品是类比推出的首个带DSP的中功率数字功放，专门为高端电视、中功率音箱、高端投影仪的应用设计。

表 1  数字功放


1.1        优异的基本指标

相比国际大厂同类功放，类比数字功放Rdson要小几十mΩ，有更大不失真功率和更高的效率（12V，1SPW，>90%）。对于音箱、soundbar产品，常见18V供电、4Ω负载下，1%失真可以达到2*30W的大功率输出，轻松满足常见的2*20W的功率输出要求。对于电视投影仪产品，常见的12V、6Ω负载下，1%失真能够输出2*11W，满足6Ω8W/10W的功率要求。
         

图 1  AU681x供电VS功率

得益于精心设计的低导通电阻（Rdson为110mΩ典型值），类比半导体的演示板在12V供电、4Ω负载条件下，采用BD模式并设置768kHz的调制频率进行了一项细致的温升对比测试。

测试结果显示，在2*1W输出功率时，AU6815芯片的温度与市场上的竞争产品相当。然而，随着功率的提升，AU6815的优势逐渐显现。在2*10W输出时，AU6815的芯片表面温度显著低于竞品，分别低了22℃和37.9℃。当输出功率增至2*20W时，竞品芯片因温度过高触发了过温保护（OTP），而AU6815依然稳定运行。这表明，在相同功率条件下，AU6815的温升控制更为出色，从而为客户在设计时对PCB板层数、散热片规格以及铜皮厚度的选择提供了更大的灵活性和便利性。



类比半导体的功放产品采用了先进的闭环架构，这一设计相较于传统开环架构显著降低了底噪(35uVrms typ）和失真水平（≤ 0.03%@1k，1W）。得益于此，即便在静音或小信号条件下，输出的声音依然纯净无瑕，信噪比更是高达110dB，确保了卓越的音质体验。

在全音频范围内（20Hz至20kHz），BD模式下的总谐波失真加噪声（THD+N）低于0.15%，这一性能达到了业界领先水平，充分展现了类比功放在音质保真方面的卓越表现。而1SPW模式在20~20kHZ测试下，THD+N也控制在0.3%以内，这一模式在保持高效率和低功耗的同时，依然维持了优异的失真性能，满足了市场对高端音频产品设计的严格要求。


图 2  AU68x5的THD+N

1.2        支持高阶算法

类比半导体的数字功放产品系列集成了先进的DPEQ动态低音增强算法，提供了精细的频率响应调节能力。该算法能够针对用户设定的阈值和特定频段进行动态调整，优化小音量时的低音表现，同时在大音量播放条件下，通过智能控制防止声音失真和破音现象。

具体而言，在低音量播放环境中，DPEQ算法通过设定的低频增强参数，实现了对低频信号的增益提升，增强了音频的深度和力度。而在高音量状态下，算法则自动调整EQ参数，确保输出信号不会超出设备处理能力，从而避免了因音量过大而引起的失真问题。

通过这种动态调整机制，类比半导体的数字功放不仅在小音量下提供了强化的低音体验，而且在大音量播放时也能维持音频信号的完整性和清晰度，满足了音频工程师和音响爱好者对于高保真音质的严格要求。


图 3  DPEQ算法

1.3        创新响应：聆听客户需求，直击客户痛点

在传统功放产品中，缺乏对电源电压（PVDD）的监测和温度感应功能是常见问题。针对这一挑战，类比半导体的功放产品内建了一系列创新功能，以满足市场需求并提升用户体验。
•        增强的电源管理：集成的掉电检测机制有效避免了额外的欠压检测电路，同时优化了异常掉电情况下的瞬态噪声（pop noise）问题。
•        动态电流控制：CBC功能通过喇叭端的电流限制，不仅保护了喇叭单元，还防止了前端电源的异常拉降，有效避免了过流保护（OCP）引发的断音现象。
•        实时温度监控：功放芯片的温度可实时读取，并通过多级温度报警系统，及时响应过热情况，从而防止了因温度过高引发的保护性断音。
•        精准声场同步：多芯片同步技术确保了声场的精确还原，为用户带来了一致性和高保真的听觉体验。

通过这些创新应用，类比半导体的功放产品不仅解决了客户的技术痛点，还提供了更为稳定和高效的音频解决方案。


图 4  CBC限流功能防止OCP断音


图 5  同步功能准确还原声场

二、        模拟功放

为满足低成本音箱市场的需求，类比半导体推出了具备3.5V至14.5V宽电压适用范围的模拟功放AU3138S（20/26dB）和AU3138T（32/36dB）。这些型号通过外部电阻配置，提供两档增益调节，全面覆盖了20/26/32/36dB的增益需求，确保了从单节电池到多节电池供电，乃至12V产品的广泛应用。

对于低成本电视和投影仪等产品，我们设计了8~14.5V输入电压范围的模拟功放AU3138M（20/26dB）和AU3138P（32/36dB）。这些型号同样支持外部调节增益，满足多样化的增益配置需求。特别地，7.4V的欠压设计有效控制了掉电时的瞬态噪声（pop noise），提升了音质表现。

针对对成本效益有极致追求的应用场景，类比半导体推出了16pin封装的AU3107M和AU3108M功放，分别支持BD和1SPW调制模式。与传统的28pin产品相比，在保持相同功率输出的同时，提供了更高的性价比，为成本敏感型产品提供了理想的解决方案。

表 2  模拟功放


2.1        优异的基本指标

类比半导体的模拟功放产品全面支持BD和1SPW两种工作模式。在BD模式下，功放展现出卓越的THD+N性能，指标低于0.05%，确保了音频信号的纯净度和音质的细腻度。而即便在1SPW模式下，THD+N的性能指标也小于0.1%，同时静态功耗降至16mA（12V），显著提升了能效比。同时，结合典型值为140mΩ的极低导通电阻（Rdson），与1SPW模式的协同作用，实现了超过85%的高效率（在12V供电、4Ω负载条件下）。


图 6  AU3138极低失真率（<0.05%）

2.2        闭环架构，Plimit精准

我们的28pin产品系列均支持先进的Plimit功能，这一特性得益于闭环架构的精准设计。类比功放采用的功率限制值计算方法不受电源电压（PVDD）波动的影响，确保了功率限制值（Plimit）的稳定性和精确度。相较于传统的开环架构，闭环架构下的功率限制更为精确，提供了更为可靠的性能保障。



•        POUT (10% THD) = 1.25 × POUT (未削波)
•        RL 是负载电阻。
•        RS 是总串联电阻，包括 RDS(on) 和输出滤波器电阻。
•        VP 是峰值幅度，受“虚拟”电压轨限制。

2.3        卓越的EMC性能与内置高阶展频技术

电磁兼容性（EMC）是消费电子产品设计中的一个关键挑战，而类比半导体凭借深厚的EMC调试经验，已在这一领域取得显著成就。我们不仅通过精心设计的外部电路来优化EMC性能，还在产品内部集成了高阶展频技术。从设计阶段开始，我们就专注于解决EMC问题，确保产品能够在各种电磁环境下稳定运行。
得益于这种综合方法，即使在采用磁珠方案的情况下，我们的功放产品也能轻松通过EN55013和EN55022等严格的EMC标准测试，展现出类比半导体在电磁兼容性方面的卓越性能和可靠性。

三、        总结

类比半导体的功放产品系列在设计上实现了与市面通用产品的BOM兼容性，确保了软件设计的简便性和调音软件的用户友好性。在性能上，我们的产品不仅在基本指标上超越了传统竞争对手，更通过深入洞察客户需求，引入了创新功能，有效解决了客户的痛点。

我们的数字功放产品，凭借其丰富的算法支持、低底噪和低失真特性，完美满足了市场对高品质音频产品设计的需求。与此同时，模拟功放产品则以其卓越的成本效益，满足了客户对成本敏感型应用的需求，尤其适合音箱、电视、投影仪等消费电子产品。