D类放大器走俏，消费类电子应用是幕后推手

　　近几年，随着能源日益紧张，业界对于能源效率的要求也逐步提高，尤其是对电池供电系统的功耗要求更为苛刻。相比AB类放大器，D类放大器凭借其高效，小体积，并且在大功率输出时无需散热器等特点，在一些电池供电的便携式产品如手机、MP4、GPS、DVD，空间受限的大功率输出产品如液晶电视，需要省电节能的特大功率输出产品如汽车音响、家庭影院等消费类电子产品中获得大量应用。

　　市场调研机构Gartner的一份报告显示，全球D类音频放大器市场销售收入将从2006年的3.34亿美元增长到2011年的6.88亿美元，年复合增长率(CAGR)达到15.6%。报告指出，D类放大器市场的增长主要受到音频播放产品节省能源和节约空间的需要所推动。由于没有足够空间放置散热片，等离子和液晶电视中已经使用了数百万个10W的D类放大器。而家庭影院系统和立体声收音机所用的D类音频放大器增长会更快，将从2006年的2100万美元增长到2011年的9500万美元，年复合增长率高达34.6%。受其影响，D类放大器市场将迎来一个新的发展高峰。

　　除了一些老牌模拟厂商，如德州仪器(TI)、美国国家半导体(NS)等在D类音频放大器产品领域颇有建树之外，国内本土IC设计公司也看到了该市场的增长潜力，积极投身于新产品的开发中。正如Gartner的报告所言，“该市场的增长将会让D类放大器吸引众多的新创公司和投资者”。

　　龙鼎微电子(PowerAnalog)在去年3月发布了一款具有自主知识产权的无滤波器D类放大器PAM8803。龙鼎微电子首席科学家茅于海表示，D类放大器虽然效率比较高，但也有一个很大的缺点，即在输出端要采用低通滤波器。这些滤波器不仅增加了系统成本，还导致电路板面积增加。而此前，无滤波器D类放大器的专利一直只为TI所有。龙鼎微电子自主开发的解决方案不但回避了TI已有的专利，免去了数目可观的专利费用，而且还减小了芯片面积，降低了EMI干扰。此外，该产品还集成了64级数字音量控制，省去了外部音量控制芯片，进一步降低了成本。

　　另一家本土设计公司埃派克森(Apexone)自涉足D类放大器产品市场以来，推出了两款产品，双通道12W A7003和单通道2.5W A7013。据了解，A7003采用两极负反馈，即除了芯片内部输出级负反馈以外，在外围滤波器输出处又增加了一级负反馈到芯片内部，组成一个双闭环电路，从而降低了因外围元器件的非线性而造成的失真。A7013采用了该公司拥有自主专利EFS架构，优化了前级比较电路，同时比一般Class D架构多一级反馈电路，对外界的EMI干扰非常小，因此，在实际应用中无需磁珠和其他特别设计。

　　埃派克森高级产品市场工程师徐小林表示，近几年，市场对更高音质，更低失真，更高效率的D类放大器需求越来越明显。“这个趋势在手机和液晶电视里尤为明显”，他说道。手机需要更长的待机时间。AB类放大器效率很低，使得音频功放成为手机中的用电大户。而D类放大器的效率可达90%以上，极大地降低了损耗。在液晶电视中，如果采用传统的AB类放大器，热损耗很难解决。同时AB类放大器体积比较大，与液晶电视的外形设计及散热空间形成矛盾。因此，液晶电视也将成为D类放大器市场的一个主要推动力”。他指出，由于液晶电视屏幕尺寸不断增大，市场对20~30W的大功率放大器需求将逐步增加。

　　茅于海对上述观点也表示赞同，但他同时对国内市场的发展环境表现出了深深的担忧。“目前几乎所有的国内生产厂家一切都基于降低成本的考虑，甚至以牺牲产品性能为代价。因而，在国际上造成了一种误解，中国制造成为低劣产品的代名词，导致我们在向客户推荐产品时，客户很难认同”。他强调，“价格战并非长久发展之计。中国的产品要真正进入国际市场，必须提高产品质量。同时，还要坚持创新，建立自主知识产权，加速新产品上市时间”。

　　相比国内本土IC设计公司，美国芯源系统股份有限公司(Monolithic Power Systems，MPS)面临的市场竞争环境或许会好一些。MPS自2002年起已经推出了四代D类放大器产品。MPS亚洲区市场总监袁文林表示，“我们在工艺和技术方面都有了长足的进步。以MP7740为例，为了简化系统电源设计，我们将工艺从26V 提高至40V，降低了交直流电源设计的难度，此外，由于耗电电流的降低，产品发热与信赖度都获得了有效的改善”，他同时表示， 2007年，液晶以及等离子电视的出货量达到6千万，预计今后每年将以30%的速度增长，在2010年将突破一亿台。因此，MPS已经将该市场作为重要的目标市场之一。他还指出，为了加强抗干扰性以及降低设计难度，音频放大器的输入接口将从模拟输入转向数字输入，并且还将集成前端音频信号处理器。

　　虽然D类放大器市场涨势喜人，但TI模拟器件事业部业务拓展经理周翔也指出，D类放大器并不会完全取代线性放大器。由于线性放大器具有高保真度的特点，在顶级音响领域，线性放大器产品仍为主流产品。而在出货量很大的中低端市场，D类放大器则有着广阔的前景。

　　运算放大器性能不断优化

　　相比较D类放大器市场近几年的活跃，运算放大器市场的发展则一直比较稳健。事实上，由于面临越来越多的系统设计要求，以及多样的电路配置，选择一款合适的运算放大器产品变得日趋复杂。因为不存在理想的运算放大器，这就需要在各种性能参数之间做出折衷。但总体来看，运算放大器正在朝向更高的带宽，更低的工作电压、更小的耗电电流，占用更小的PCB面积以及更低的成本等方面发展。并且，随着家用电器以及工业设备对运算放大器信噪比要求的不断提高，这种趋势将一直持续下去。厂商也在致力于提供新的工艺、更多的封装选择来满足不断提高的市场要求。

　　Brian Black：业界将继续开发超越基本运算放大器功能范畴的产品，满足特殊应用所需要的特性和功能。

　　凌力尔特公司(Linear)信号调理产品部产品市场经理Brian Black指出，“没有哪一款完美的放大器可以适合所有应用。你需要根据不同的应用，选择不同规格指标组合，如高速度+低噪声+低输入偏置电流等来优化产品性能”。例如，手持式和电池供电型应用要求低静态电流。输入信号幅度很小的一些应用，低输入失调电压和失调电压漂移至关重要。而对于采用高阻抗传感器的应用低偏置电流产品则是必须的。其他需要均衡考虑的性能指标还包括CMRR、电压噪声、带宽和转换速率等。

　　Black表示，除了需要在性能指标之间做出权衡之外，业界还将继续开发超越基本运算放大器功能范畴的产品，来满足特殊应用所需要的特性和功能。如专用高压侧电流检测放大器和用于驱动ADC的高速全差分放大器。

　　“随着模数转换器转换速度和分辨率的持续攀升，找到一个可以实现产品数据表规定性能的驱动器电路变得愈发困难重重。但我们找到了解决办法”，他说道，“在过去的几个月时间里，凌力尔特推出了多款创新型全差分ADC驱动器产品，包括LTC6400-x、LTC6401-x、LTC6404、LTC6406和LTC6410-6。这些产品把创新型架构与高速锗化硅(SiGe)工艺技术结合起来，解决了上述问题”。

　　LTC6400实现了-73dB失真和低于6.5dB的噪声系数(在140MHz输入频率条件下)，能够替代先前在通信和高速仪表应用中所使用的高功耗单端RF放大器。除了全差分放大器以外，LTC6400-x还集成了内置增益设定电阻器，可以产生一个固定增益输。Black指出，把增益设定电阻器内置于封装之中有三大优势：1.简化了电路板布局。大大缩减了元件数目和板级空间；2.RF稳定性问题减少。内置反馈电阻器消除了因外部增益电路产生的杂散电容所带来的麻烦；3.实现了性能的最大化。每个器件均专门针对其特殊的增益值进行了补偿，器件的带宽和失真性能得到优化。在很宽的带宽范围内实现了增益平坦度的最大化，并且最大限度地减小了群延迟偏差。

　　市场应用要求不断提高，放大器的性能也不断优化，而工艺技术的进步也使得业界开发高性能放大器成为可能。周翔指出，放大器产品的飞速发展得益于几个方面的因素，1.新工艺新技术的发展；2.放大器产品在电子系统中的作用越来越重要，不可替代；3.“定制化”需求，这也是放大器产品种类不断增加的主要推动力之一。他表示，TI已经推出了各种不同的工艺来满足不同产品的要求。如，针对高速度模拟产品而开发的BiCom3，其高电压版本BiCom3HV为36V Bipolar SiGe工艺，在兼顾速度的同时也可实现高电压的应用。此外，还有用于高精度模拟产品的HPA07，用于高电压大功率产品的LBC以及用于高密度器件的A035等。

　　TI推出的高精度运算放大器OPA211就是采用BiCom3HV工艺开发。OPA211可提供100μV的失调电压，0.2μV/℃失调电压漂移以及不足1μs的建立时间，并且具有很宽的供电电压，适合驱动数据采集系统中的高精度模数转换器。此外，OPA211还是一款双极输入运算放大器，在降低失调电压误差方面表现出色，适合信号源阻抗较低的应用。

　　NS则非常重视系统设计的能源转换效率。“我们推出了3款能源转换效率极高的全新高速差分放大器LMH6552、LMH6515以及LMH6555，尤其适用于无线通信基础设备、测试和测量仪表以及国防和航天设备应用。这3款放大器是PowerWise高能效模拟芯片系列的最新型号”，NS放大器产品亚太区经理Kevin Kung说道。

　　他指出，LMH6552正在申请注册专利的内置电路可进一步提高增益，但不会影响带宽、谐波失真或输出噪声等性能参数，因此可以减少多个增益级，有助于减少元件数目以及系统功耗。这款芯片还可以驱动输入频率高达70MHz的14位模拟/数字转换器。