摘要：本應用筆記介紹了用于便攜式計算機的傳統2.1聲道音頻設計，以及該方案針對衛星通信系統和低音揚聲器不同輸出功率要求的設計。本文詳細說明了Maxim的高效率、低成本2.1聲道解決方案，在5V單電源供電時該方案可提供2 × 2W和1 × 9W輸出功率。

序言

便攜式計算機的音頻設計人員致力于持續改善系統音頻效果。在空間受限的設計中，比較好的解決方案是采用2.1聲道配置，即采用2個立體聲衛星揚聲器處理中頻和高頻(典型值為150Hz及更高頻率)以及1個低音揚聲器處理低頻(典型值為150Hz及更低頻率)。本應用筆記提出了采用Maxim的專業音頻和電源IC實現5V單電源供電、具有2 × 2W和1 × 9W輸出功率的2.1聲道音頻功放系統。

傳統解決方案

音頻系統設計人員面臨的主要問題是衛星揚聲器和低音揚聲器具有不同的輸出功率要求。典型情況下，低音揚聲器需要比衛星揚聲器多4至5倍的輸出功率，以達到合適的聲響平衡。采用單5V電源供電時，可用的音頻功放解決方案有很多，但均有缺陷。

1. 最常用的解決方案是采用兩組具有相同輸出功率的立體聲功放。其中一組用于驅動衛星揚聲器，另一個用于驅動低音揚聲器。衛星揚聲器采用8Ω揚聲器，而低音揚聲器為4Ω揚聲器。這可構成2 × 1W衛星和1 × 2W低音揚聲器的2.1聲道解決方案。盡管該方案很簡便，但不能為低音揚聲器提供足夠的功率來產生真實的低音效果。另外，采用8Ω衛星揚聲器不能使衛星揚聲器的聲壓等級(SPL)最大。因此，這種方案的整體音響效果非常有限。
2. 通過更換上述方案中的揚聲器，使用4Ω衛星揚聲器和2Ω低音揚聲器，可構成2 × 2W衛星揚聲器和1 × 4W低音揚聲器的2.1方案。該方案使輸出功率加倍，提高了聲壓等級。但是，采購2Ω揚聲器以及驅動這種揚聲器的功率放大器非常困難，而且成本很高。另外，電源電流需求大概會加一倍，這會降低該解決方案的效率，特別是在電路板空間限制的系統中，可能會帶來散熱問題。
3. 比上述兩種解決方案更好的是采用2 × 2W放大器用于衛星揚聲器、1 × 9W放大器用于低音揚聲器。在該配置中，衛星揚聲器為4Ω，并且充分利用5V電源電壓；同時低音揚聲器為8Ω，在9W功率時可產生足夠的低音效果。但是，9W低音揚聲器放大器需要一路12V電源，增加了解決方案的復雜程度。對于僅能提供一路5V電源的系統，需要產生一路12V電源。

傳統方案分析

采用2.1聲道揚聲器系統的優點是可以從很小的空間產生出“震撼”的音響效果。為達到該目的，低音揚聲器放大器的功率至少要比衛星揚聲器放大器的功率大4至5倍。對于2W的衛星揚聲器放大器，低音揚聲器放大器的輸出功率至少要8W至10W。

上面提到的解決方案#1和#2易于實現，因為只需一路5V單電源。但是，這兩種方案無法解決問題，因為都缺乏足夠的功率來驅動低音揚聲器。

解決方案#3比較理想，但前提是可以方便的得到額外的12V電源。


圖1. Maxim用于2.1聲道揚聲器系統的完整解決方案

Maxim的解決方案及其優勢

圖1所示為Maxim用于2.1聲道揚聲器系統的完整解決方案。該方案使用兼容Windows Vista?、帶有立體聲耳機驅動器的2 × 2W立體聲放大器MAX9789、1 × 10W單聲道D類放大器MAX9768以及低噪聲升壓DC-DC轉換器MAX8740。

MAX9789在單個器件內整合了驅動2.1聲道系統中衛星揚聲器的立體聲2W AB類揚聲器放大器和100mW立體聲DirectDrive?耳機放大器。MAX9789設計用于采用Windows Vista操作系統的便攜式計算機系統，完全兼容Windows Vista規范。耳機放大器具有Maxim專利的DirectDrive結構，能夠從單電源產生以地為基準的輸出，無需輸出隔直電容。1 這種DirectDrive結構可以節約成本、減少電路板空間、降低器件高度，并省去了消除咔嗒和噼噗聲所需的輸出隔直電容。另外，MAX9789還集成一個1.21V至4.75V輸出可調的LDO，可為音頻codec或其它模擬電路提供干凈的電源。

MAX9768為無需濾波輸出的D類放大器，在12V電源供電時能以10%的THD+N向8Ω負載提供9W輸出功率。其D類調制方式無需輸出濾波器，可降低成本，并可向2.1聲道系統中的低音揚聲器提供足夠的9W功率。MAX9768具有87%的效率，無需散熱器。另外，其擴譜調制模式允許器件在使用0.5m電纜時只需低成本的鐵氧體磁珠和每路輸出上的電容即可通過FCC EMI限制。2 (下面的圖2給出了MAX9768用戶評估板輸出粉紅噪聲并采用1m電纜時的FCC輻射掃描圖。) 請注意：如果系統中的低音揚聲器無需較大功率，MAX9768的輸出功率可以降低。


圖2. 使用1m揚聲器電纜時的MAX9768無濾波EMI測量

MAX8740為固定頻率、脈寬調制(PWM)升壓型DC-DC轉換器，內置n溝道MOSFET。該器件設計用于各種DC-DC轉換應用。對于我們的解決方案，該器件用來作為具有5V輸入電壓的升壓DC-DC轉換器，產生12V直流電壓為MAX9768供電。MAX8740易于使用，只需少量外部元件，并提供μMAX?封裝。MAX8740的轉換效率為90%、關斷電流低于0.1μA，非常適合于電池供電的便攜式系統應用。

結論

2.1聲道整體解決方案充分利用了Maxim在音頻和電源IC領域的專業技術。MAX9789為運行Windows Vista操作系統的便攜式計算機提供完全集成的音頻解決方案。MAX9768提供高效、大輸出功率，可完全驅動便攜式2.1聲道系統中的低音揚聲器。MAX8740提供一種簡便的方法將5V電源轉換成12V以使系統完整，并能以90%的效率為低音揚聲器放大器供電。

1有關Maxim擁有專利的DirectDrive架構的更多信息，請參考應用筆記3979："DirectDrive技術"。
2有關MAX9768擴譜調制模式的更多信息，請參考應用筆記3881："擴譜調制模式使D類放大器的電磁干擾降至最低"。

μMAX是Maxim Integrated Products, Inc.的注冊商標。