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电声知识

改善音质与系统性能:D类放大器发展趋势

时间:2012-5-25 13:53:04  作者:www.fsdiansheng.com  来源:丰顺网  查看:56  评论:0
内容摘要: 传统的D类放大器在通过功率MOSFET进行放大前,需使用一个控制器将模拟或数字音频转换为脉宽调制(PWM)信号,这个控制器一般集成在一个功率后端器件当中。这类放大器拥有高效率的优点,可采用小型(或不使用)散热器,并降低电源输出的功率要求。然而,与传统的A类和B类放大器相比,这类...

      传统的D类放大器在通过功率MOSFET进行放大前,需使用一个控制器将模拟或数字音频转换为脉宽调制(PWM)信号,这个控制器一般集成在一个功率后端器件当中。这类放大器拥有高效率的优点,可采用小型(或不使用)散热器,并降低电源输出的功率要求。然而,与传统的A类和B类放大器相比,这类放大器在成本、性能和电磁干扰(EMI)等 方面的存在着固有的系统问题。今后D类放大器将朝着解决这些问题的方向发展。

      降低辐射EMI

      自从D类放大器诞生以来,放大器轨对轨交换所带来的高强度辐射EMI问题就一直困扰着系统设计人员。这将导致设备无法获得所需 的FCC和CISPR认证。在D类调制器内,通过将音频波形和一个高频恒定波形进行比较,并在固定载波频率的基础上对比较结果进行调制,

    使数字音频信号转换为PWM信号。产生的信号有多种脉宽,但只有一个固定载波频率(通常是几百千赫)。然后由一组高压功率MOSFET对这个PWM信号进行放大。在通过低通滤波器时,放大后的PWM信号的载波频率被消除并代之以原基带音频信号。

      扩频调制机制常应用在带宽较宽的PMW信号交换中,它能够扩频能量。传统的PWM调制器通过改变PWM信号交换边界来校正过高的EMI。

    虽然信号集中于载波频率,但每条边界却是周期到周期重复的。尽管这种机制有益于维持常恒定的载波频率,但由于边界并不总以恒定的速率交换,因此载波频率的辐射能量(和相关结果)都被大大降低了。

      改善音质

      当人们将D类放大器和A、B类放大器对比时,通常认为D类放大器的音质较差(高失真率和低动态范围)。殊不知D类放大器的设计人员目前也正在为改善音频质量而努力。新的解决方案中集成了高性能取样率转换器(SRC)和Δ-Σ处理,能够降低失真率(THD+N)并将动态范围提高100多个dB。

      音频取样时钟内的抖动是目前D类放大器的噪声源之一。这类时钟通常是由SOC(如MPEG解码器、DSP等)产生的。由于调制器的输出是通过音频时钟计时的,因此哪怕只有少量抖动也会极大地影响音质,

    SRC正是针对这个问题的解决方案。SRC运用本地稳定时钟源(如石英振荡器)对数字音频重计时,因此调制器输出实际上独立于任意一个音频时钟上的抖动。SRC的另一个好处在于,无论输入音频取样率如何,它都拥有固定的交换率,这一点区别于那些采用PLL的调制器。

    通过消除音频源改变和输入时钟丢失对音响造成的负面影响,SRC还改善了系统的耐用性。

      降低系统成本

      消费电子产品设计人员在功率级正在采用半桥放大器拓扑结构,简化了器件结构,降低了材料成本,从而解决了D类放大器成本偏高

    的问题。从名称上就能看出,半桥的输出仅为普通全桥输出的一半,功率MOSFET和外接滤波器件的数目也减少了1/2。器件数目的减少不仅有利于降低成本,而且有利于节省器件的占板空间,简化设计的复杂性,减少每个功率后端器件的通道数目。但半桥放大器输出时需要一个隔直流电容器,而且极容易受到交流电源轨的影响而产生噪声。

      电源抑制反馈

      由于半桥是一个单端点拓扑结构,因此它没有各种全桥拓扑结构 中常规的模式抑制。在全桥放大器中,放大器的各类输出都通过同一

    个电源供电,共用电源噪声将影响所有输出效果。在半桥中,任何源 于电源的交流电波噪声都会耦合到输出中。半桥对电源噪声的敏感性

    决定了采用电源抑制反馈(PRS)的必要性。

      虽然模拟D类放大器内置了若干PRS,但数字D类放大器却没有。目前,数字PSR应用外接模/数转换器(ADC)来监测放大器电源。调制器数字部分负责反馈和噪声消除处理。有些厂商只将这种反馈用于补偿PWM输出的电源轨的交流电噪声,降低了系统的整体性能。而另一些厂商还将它作为对直流电源级改变(衰减)的补偿手段,这种变化通常是使用低频率音频(超重低音喇叭)或电力线波动所造成的快速电流浪涌引起的。

      经过了以上技术进步,D类放大器的性能表现也可与传统的直线 放大器旗鼓相当。数字信号处理已克服了声音处理中历史性的模拟难 题。有了性能更好的数字放大器解决方案,工程师们将能够更便捷地 将其集成到日益成为主流的数字系统当中。

 

 


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