超等电容提高移动电话的音频质量和电源性能
作者：本站 宣布时间：2019-03-26 11:11:01 浏览：5011
本文将讨论有关为带音乐功效的手机提供大功率和高质量音频的问题， ，，，，，，，并先容超等电容(supercapacitor)怎样能战胜这些问题。。 。 。 。。。。这种超等电容还可以在不牺牲手机超薄形状的优势条件下实现大功率LED闪光摄影功效。。 。 。 。。。。
在问题睁开讨论之前， ，，，，，，，先先容一下超等电容及其在电源治理中饰演的角色。。 。 。 。。。。超等电容填补了电池和通俗电容之间的功率逍遥， ，，，，，，，它能提供比电池更高的触发功率， ，，，，，，，并能比通俗电容存储更多的能量。。 。 。 。。。。超等电容可以为峰值功率事务(如GSM/GPRS射频突发发送、GPS数据读取、音乐播放、闪光照相和视频播放)提供所需的触发功率， ，，，，，，，然后接受电池的再充电。。 。 。 。。。。其利益包括延伸通话时间、延伸电池寿命、闪光更亮以及音乐质量更佳。。 。 。 。。。。设计师还可以藉此节约空间和本钱， ，，，，，，，由于他们只需要思量知足平均功耗的电池和电源电路即可， ，，，，，，，不必关注峰值负载。。 。 。 。。。。
现在音乐手机设计中的音频质量和功率问题
现在的移动电话通常使用D类音频放大器。。 。 。 。。。。这些放大器在一个H桥电路中接纳了两对FET来控制扬声器线圈。。 。 。 。。。。设置如图1所示。。 。 。 。。。。Q1&Q4导通和Q2&Q3关断时向一个偏向驱动扬声器线圈， ，，，，，，，Q1&Q4关断和Q2&Q3导通
时向相反偏向驱动线圈。。 。 。 。。。。该电路的电源一样平常是3.6V的电池。。 。 。 。。。。带立体声音频的手机有一对放大器和扬声器。。 。 。 。。。。对8Ω的扬声器来说， ，，，，，，，最大音频功率= 3.6V2/8Ω = 1.6W， ，，，，，，，或立体声时为3.2W。。 。 。 。。。。在峰值立体声音频功率下的电池电流=3.2W/3.6V = 0.9A。。 。 。 。。。。因此这种情形下的音频播放可能会受到功率限制、失真和滋扰的影响。。 。 。 。。。。
问题1：电池无法同时知足无线数据发送和音频放大器爆发的峰值功率要求， ，，，，，，，效果将导致失真。。 。 。 。。。。
当用户用GSM/GPRS/EDGE手机浏览音乐时， ，，，，，，，手机电池将无法同时提供峰值音频电流和峰值射频发射功率来响应网络会见。。 。 。 。。。。网络会周期性地会见手机以跟踪手机位于哪个蜂窝， ，，，，，，，并确定手机应该使用的发射功率。。 。 。 。。。。这种网络会见时代， ，，，，，，，在手机响应时音频放大器供电可能会下降， ，，，，，，，此时用户会听到一声“喀哒声”。。 。 。 。。。。不过， ，，，，，，，电池能够轻松提供约100mA到200mA的平均音频电流。。 。 。 。。。。
问题2：当峰值电池电流凌驾1A时会爆发音频噪声/嗡嗡声， ，，，，，，，这将在音频放大器电源电压上爆发显着的纹波。。 。 。 。。。。
若是电池组+毗连器+PCB走线的总阻抗即是150mΩ， ，，，，，，，那么1A的峰值电流将在电源电压上爆发150mV的纹波,1.8A的峰值电流爆发270mV的纹波。。 。 。 。。。。电源电压中的这种纹波将给听者带来音频噪声。。 。 。 。。。。GSM/GPRS/EDGE发射时的峰值电流高达1.8A， ，，，，，，，因此也会爆发音频噪声， ，，，，，，，在通话时用户会听到217Hz的嗡嗡声。。 。 。 。。。。
问题3：CDMA、GSM&3G手机中有限的音频功率和最差的低音响应。。 。 。 。。。。
不管是什么型号的手机， ，，，，，，，其音频能力和质量都取决于音频放大器的输出功率和扬声器的阻抗。。 。 。 。。。。在典范的手机设置中， ，，，，，，，两个D类放大器均在电池提供的3.6V电源下驱动一对8Ω的扬声器。。 。 。 。。。。如上所述， ，，，，，，，此时的最大音频功率为3.2W， ，，，，，，，峰值电池电流为0.9A。。 。 。 。。。。效果不管是通过手机的内部扬声器照旧通过外部毗连的扬声器/耳机提供的都将是浅陋、低功率的音频性能， ，，，，，，，低音响应性能很是有限。。 。 。 。。。。
D类放大器的典范设置
使用超等电容刷新音乐手机设计
给出了另一种接纳超等电容的电路计划， ，，，，，，，它可以解决上述所有问题， ，，，，，，，并提供四倍的峰值音频功率。。 。 。 。。。。CAP-XX HS206就是一种0.55F、85mΩ的双单位超等电容， ，，，，，，，它用于提供峰值功率， ，，，，，，，电池则提供平均功率。。 。 。 。。。。升压转换器将超等电容充电至5V。。 。 。 。。。。效果体现为：
立体声手机的峰值功率提高至2 x 5V2/8Ω = 6.25W， ，，，，，，，靠近上述功率的两倍。。 。 。 。。。。另外， ，，，，，，，由于超等电容能够提供很是高的峰值电流， ，，，，，，，设计师可以使用4Ω的扬声器将峰值音频功率提高到12.5W， ，，，，，，，或4倍于最初的功率。。 。 。 。。。。
0.55F, 85mΩ的超等电容在提供一连10msec时间的12.5W峰值功率且峰值电池功率为1.8W(0.5A@3.6V)时， ，，，，，，，只爆发200mV的纹波。。 。 。 。。。。
现在只能提供150mA到300mA的平均音频电流给超等电容充电的电池， ，，，，，，，也能在响应网络会见时提供峰值射频功率， ，，，，，，，同时不牺牲音频功率， ，，，，，，，故而在响应网络会见时用户不会听到“喀哒声”。。 。 。 。。。。
别的， ，，，，，，，由于射频发射而在电池电压上爆发的纹波也不会反应到音频放大器上。。 。 。 。。。。这些纹波已被升压转换器的线路稳压电路和超等电容滤除了， ，，，，，，，从而彻底消除了217Hz的嗡嗡声。。 。 。 。。。。
带有超等电容的D类放大器架构
测试效果
为了测试超等电容带来的音频改善， ，，，，，，，我们建设测试装置。。 。 。 。。。。在该测试装置中我们建设了如图1和图2所示的电路， ，，，，，，，其中接纳一对TPA2023D1来提供立体声音频通道：
在没有超等电容的情形下， ，，，，，，，我们将音频放大器毗连到3.7V的锂离子电池上， ，，，，，，，并驱动一对8Ω扬声器。。 。 。 。。。。
在有超等电容的情形下， ，，，，，，，我们将电池毗连到降压-升压转换器的输入端， ，，，，，，，并且将输入电流限制为250mA， ，，，，，，，输出设置为5V。。 。 。 。。。。然后将0.55F、85mΩ ESR的超等电容跨接在降压-升压转换器的输出端， ，，，，，，，并毗连到图2所示音频放大器的电源输入端。。 。 。 。。。。同样驱动两对8Ω扬声器， ，，，，，，，每对扬声器跨接每个音频放大器， ，，，，，，，这样可以使输出阻抗减小一半， ，，，，，，，从而使扬声器总功率再加倍。。 。 。 。。。。在这样的装置下， ，，，，，，，我们对以下方面举行了测试：体现为低音节奏的大功率低音爆发;在听音乐时的举行网络会见， ，，，，，，，我们把它形貌为1KHz的单音， ，，，，，，，目的是使超等电容带来的改善效果越发显着。。 。 。 。。。。
