基于∑△調制的D類放大器系統設計與仿真

摘要 針對傳統D類放大器脈寬調制技術引起的電磁干擾問題，將一個5階低通∑△調制器應用于一種帶反饋閉環結構的D類放大器中。通過建立∑△調制D類放大器的非理想模型，考察輸出信號的功率譜特性。仿真分析表明，該模型能夠有效抑制低頻段的噪聲和諧波失真，在基帶內實現較高的信噪比，應用于D類功放，與傳統脈寬調制方式相比，有效地改善電磁干擾性能。
關鍵詞 D類放大器；∑△調制；電磁干擾；功率譜密度

傳統的D類放大器調制方式主要采用脈寬調制技術(PWM)，在信號的頻譜中，除基頻信號外，還含有大量位于開關頻率倍頻處諧波分量，這些諧波幅值很大，是產生電磁干擾輻射的主要原因。∑△調制器具有獨特的過采樣技術和噪聲整形技術，所謂過采樣技術就是以遠高于奈奎斯特采樣頻率的頻率對模擬信號進行采樣，噪聲整形就是將低頻段的量化噪聲轉移到高頻段，從而減小信號基帶內的量化噪聲，提高輸出信噪比，高頻噪聲可通過低通濾波器濾除，應用于音頻D類功放可以有效改善電磁干擾性能。目前∑△調制在音頻D類放大器中已得到深入研究和廣泛應用。
∑△調制應用于D類放大器可以采用開環結構，但是采用開環結構功率輸出級的噪聲和非線性失真無法得到有效抑制，因此，設計了一種帶負反饋的D類放大器結構，如圖1所示。

這種帶負反饋結構的D類放大器，將功率輸出級的噪聲和非線性失真通過反饋接入到∑△調制器的輸入端，構成一個閉環系統，通過∑△調制器的噪聲整形技術以及閉環反饋結構達到抑制功率輸出級噪聲和失真的目的。

1 系統建模
在該∑△調制的D類放大器系統建模中，可以考慮將功率輸出級的噪聲和非線性失真用圖2所示的功率輸出級噪聲模型來表示。隨機噪聲分布可以用一個高斯分布函數表示，輸出級的非線性失真可以用二倍輸入信號頻率處的諧波分量表示，這里不考慮更高次諧波分量的影響。

根據以上建立的輸出級噪聲和失真模型，在Matlab的Simulink環境下分別建立一個開環和閉環D類放大器非理想模型如圖3和圖4所示。