ZHDA097 March   2026 INA1650-Q1

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1简介
  5. 2汽车 Hi-Fi 耳机音频系统概述
    1. 2.1 汽车 Hi-Fi 音频系统的主要技术规格
    2. 2.2 汽车 Hi-Fi 耳机音频系统的设计要求
  6. 3汽车 Hi-Fi 耳机音频系统的工作原理与电路设计
    1. 3.1 DAC 电路设计
    2. 3.2 差分转单端电路设计
  7. 4仿真
    1. 4.1 瞬态响应仿真
    2. 4.2 噪声分析
    3. 4.3 功耗仿真和热计算
  8. 5实验测试
  9. 6总结
  10. 7参考资料

汽车 Hi-Fi 耳机音频系统的设计要求

对于汽车应用,Hi-Fi 耳机音频系统的设计要求如下:

表 2-1 设计目标
电源电压 <12v
THD+N (1kHz/32Ω) <0.001%
最大输出功率 100mW

为了确保低灵敏度耳机具有足够音量,耳机放大器需要在全负载范围内提供高输出功率。这带来了一个设计挑战:要向高阻抗耳机负载提供特定功率,需要放大器具有更高的输出电压(进而需要更高的电源电压),而要向低阻抗耳机输出相同功率,需要放大器具有更高的输出电流。

输出功率限制

运算放大器的输出功率受多种因素限制。对于高阻抗负载,运算放大器的转换率和全功率带宽是主要的限制因素。全功率带宽是指运算放大器能够在不产生明显失真的前提下输出最大功率的频率范围。对于低阻抗负载,运算放大器的输出电流限制则成为主要限制因素。此外,电流限制还受热效应影响:运算放大器内部的高功耗会导致其结温升高,进而降低电流限制,最终增大音频失真。

在以相对较高的电源电压驱动低阻抗负载时,这一问题尤其明显,因为低阻抗负载所需的高输出电流会迅速导致过高的功耗,从而显著限制可用的输出功率。

输出功率增强

使用较低的电源电压可以增加输送到低阻抗耳机的功率,能够降低运算放大器的功耗。然而,在某些应用中这可能并非可行的设计,因为降低电源电压会显著降低高阻抗耳机的功率输出。选用额定功率更高的车规级运算放大器可以减轻功率耗散带来的影响,但 INA1650-Q1 这类低功耗运算放大器的卓越性能却能让许多应用显著受益。在这种情况下,通过将运算放大器的两个通道并联,可提供所需的输出功率。

大多数普通消费级耳机的功率需求在 10mW 至 100mW 之间,该范围可满足大多数用户的日常聆听需求。该设计针对 100mW 的最大功率需求进行了优化,这一数值足以驱动众多的耳机型号。设计中选用了 32Ω 的耳机阻抗 RHP,因为这是便携式音频耳机的标准阻抗值。因此,32Ω 耳机所需的输出电压可计算如下:

方程式 4. V o = P I N × R H P = 100 m W × 32 = 1.789 V R M S