D类放大器将迎来新的应用高潮——专访美国PAM首席科学家茅于海

美国PAM首席科学家茅于海

      听觉是人类所有感觉中最基本的一种，很多电子设备的开发都围绕满足人类的听觉享受而展开，随着便携式设备的普及，人们需要电子设备的续航时间更长，音质表现更完美，于是，一种高效率的放大器技术——D类音频放大器技术终于在诞生几十年后吸引了产业的瞩目，仅在2007年，就有TI、ADI、NSC、IR、Maxim以及美国PAM（Power Analog Microelectronics，龙鼎科技）公司、启攀微电子等推出了多款D类音频放大器芯片，将该技术的应用推向高潮。调研公司更是推波助澜，Gartner预测，到2011年D类音频放大器的销售额将增长到6.88亿美元，复合年增率为15.6%。 
      与普通的AB类放大器相比，D类放大器的效率可以高出3倍以上。所以，D类音频放大器技术将会成为未来持续的热点之一，随着人们居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起，而D类音频放大器技术也将从便携式设备应用向大型设备应用发展。目前，困扰D类放大器应用的主要障碍是其PWM信号产生的EMI问题以及降低的音频性能问题，一些公司通过扩频技术解决EMI问题，一些公司通过新型调制技术和滤波器降低EMI，相信，随着这些问题的逐渐解决，D类放大器技术一定会迎来新的应用高潮！

“无滤波器”D类功率放大器
      美国PAM（Power Analog Microelectronics，龙鼎科技）公司自主研发的“无滤波器”D类功率放大器，很好的规避了D类放大器的一个主要缺点——需要外加低通滤波器以滤去高频的开关方波。外加低通滤波器不但增加了成本还加大了PCB板的面积，同时增大了电磁干扰。PAM推出的无滤波器D类音频功率放大器PAM8803是该公司拥有完全自主知识产权的一款产品，无滤波器情况下其静点电流只有5-6mA每路。由于该放大器输出无需低通滤波器，因此节省了4个电感、4个电容，减小了75%的PCB面积，降低约30%的成本。在5V电源电压时，可以输出3W音频功率，当电源电压低至2V时还可以输出足够大的功率，这一特点使其十分适合电池供电的产品。在输出功率为1-2W时，其THD+N低至0.3%。PAM8803的EMI极低，符合美国FCC Class B标准。此外，该产品集成了64级数字音量控制，省去外部音量控制芯片，从而进一步降低了成本。 
      PAM公司2004年10月在美国硅谷成立，由多位具有25年以上经验的精英组成。考虑到中国不但具有很大的市场，而且还正在成为全球电子产品的制造大国。中国的集成电路市场规模占全球的27.8％，但是中国的国产集成电路销售额只有1251.3亿元，而进口额则有1284亿美元（8988亿人民币），也就是中国的自给率只有12％不到。PAM决定要在提高中国集成电路的自给率上做出一点贡献，所以2005年1月又在上海成立分公司。同时PAM还在深圳和台北设有办事处，提供技术支援和售后服务。
      PAM 首席科学家茅于海表示：“D类放大器的最大优点就是效率远比普通AB类要高，而唯一的缺点是需要输出滤波器，如何取消输出滤波器一直是所有从事D类放大器科技人员日以继夜为之努力的一个目标。美国德州仪器公司（TI）于2001年提出了一个专利，可以取消这个输出滤波器。以后几乎所有生产D类放大器的公司都采用了德州仪器公司的这个专利。而我们公司的技术人员经过多年的钻研，提出了和TI完全不同的实现方法，也申请了自己的专利。和TI的专利相比，我们的实现方法具有更大的输出功率，更低的电磁干扰，更好的性能。这些都已经被我们的客户测试所证实。所以我们正在逐渐成为客户所欢迎的生产厂商。”

高性价比赢得市场
      电源管理IC业由于进入门槛低，而且容易上量，市场进入者多，厂商之间的竞争相当激烈。外有来自在技术和市场上保持优势的欧美厂商如ST、NXP、NS、TI及台资企业的竞争，内有国内同行的相互角逐，要想在这一市场上分得一杯羹，必然要有自己独特的优势。茅于海告诉本刊记者，PAM在竞争中的制胜法宝是“高性价比”。“一方面要在性能上有较大的优势，我们的D类功率放大器因为采用了我们自己的专利，最大的优点就是在同样的电源电压、负载阻抗和失真度的情况下，输出功率都要比竞争对手大很多，而且它的电磁干扰也低于同类产品；另一方面还要在价钱上也能进行竞争，我们的产品相较同类产品在成本上具有很大的优势。另外对客户提出的问题和要求一定要快速反应，要能够及时地解决客户提出来的问题，使得客户感觉到我们是真心地为他们服务的。这种和客户站在同样的立场，替客户着想是我们的事业取得成功的很重要的保证。”茅于海进一步解释道。看来，不论在什么行业，性能（品质）、价格、服务搭建的“黄金三角组合”，都是企业赢得市场的不二法宝。

瞅准LED背光和照明恒流驱动市场
      电源IC本身是一种应用领域比较广的IC，消费电子、通讯、计算机、汽车应用等，几乎只要用到电的产品都离不开电源IC。但这个市场也是风云变幻，竞争相当激烈，不少企业在这股洪流中此起彼伏。能够上量的产品，大多数是竞争比较激烈的市场，如手机市场，竞争的结果会使产品的利润降低。瞄准新的市场，又需直面可能产生的风险，而且还需承担较多的研发费用等成本。“我们看好的市场主要是LED背光和照明的恒流驱动市场，但是目前它还刚开始形成，小尺寸屏幕的背光已经形成主流，而大尺寸屏幕的LED背光则还在和CCFL进行激烈的争夺战。大功率的照明LED也正在和节能灯竞争。不过，最后的胜利一定是属于LED。只是时间问题而已。”茅于海对企业的眼光充满自信。

消费观念成D类功率放大器推广“绊脚石”
      众所周知，D类功率放大器具有功耗低、产生的热量少、节省PCB面积和成本、延长电池寿命等一系列功效。但其至今仍未能完全取代A、B、AB类功率放大器市场，这其中不仅仅有价格、认识、时间的因素，同时也存在消费观念的问题。
      茅于海认为，主要的原因是消费观念的问题。“中国的消费者往往过于重视产品的售价，而不重视产品的性能，而且还不重视产品在使用中的花费。D类放大器虽然的确要比AB类的售价要高，但是由于它的效率要比AB类高3-5倍，所以它的省电效果特别显著。对于用电池供电的便携式播放器来说，只要使用一个月，采用D类放大器系统所节省下的电池钱就已经超过它所贵出的价钱。至于大功率的D类放大器所节省的电能更是极其可观。”所以，即便存在消费观念的“绊脚石”，他对D类功率放大器的未来还是相当看好的：“我相信随着节能观念的深入人心，D类放大器一定能够成为主流产品。” 同时，他也表示，现在D类放大器相比AB类价格仍然偏高，只有产品的出货量上台阶，其成本才能降到最低。

电源管理芯片发展趋势
      电源管理芯片在经历了多年的快速发展之后，由于产品库存调整、用量增长率放缓以及产品价格下降等诸多因素的影响，市场发展在2007年有所放缓。预计2007年中国电源管理芯片的市场增长率将下降到15%左右，近些年来，增长率首次跌落到20%以下。但也有专家预言，由于2007年的市场基数处于一个较低的水平以及未来应用还将稳定增加，因此中国电源管理芯片市场有望在2008年重新回到20%的增长水平。PAM公司虽然是一家初创公司，且所有产品都是自己从头开发，但是成长的速度很快，茅于海估计，08年将会有三倍的成长。
      在谈到电源管理IC的发展趋势时，茅于海略微思量了一下，用很精练的话语概括了几个主要的点：
      1. 效率越来越高。因为电源本身就是一个消费能源的系统，所以它本身的效率也是非常重要。提高效率的关键之一就是要减小导通电阻。
      2. 可编程化。各种用途的芯片要求不同的电源电压和电流。所以电源管理芯片的输出电压最好是能够可编程的。这样，同一个电源管理芯片可以应用至不同的系统。
      3. 数字化。为了实现可编程，就要求其中部分部件要数字化。而且有些部件数字化以后可以更大地改善其性能，例如数字化的PFC（功率因素校正）。
      4. 智能化。这也是数字化后所能提供的一个新的功能。例如看门狗，可以根据用户的使用情况来自动管理电源。
      总而言之，就是使用会越来越便捷，效率会越来越高。