D類放大器的幾大發(fā)展趨勢

D類放大器在過去的幾代產(chǎn)品中已經(jīng)得到了巨大的發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者極大地改善了系統(tǒng)的耐用性并提高了其音頻質(zhì)量。實(shí)際上，對大多應(yīng)用而言，使用這些放大器所帶來的好處已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了它們的不足。

　　在傳統(tǒng)D類放大器中，用控制器將模擬或數(shù)字音頻信號在被集成到功率后端設(shè)備中的功率MOSFET管放大之前轉(zhuǎn)換成PWM信號。這些放大器效率很高，使用很小的散熱器或根本不需要散熱器，且降低了對電源輸出功率的要求。然而，與傳統(tǒng)的A/B類放大器相比，它們本身也存在固有的成本、性能和EMI方面的問題，解決這些問題就是D類放大器的發(fā)展新趨勢。

　　降低EMI

　　自從D類放大器誕生以來，由于其自身的軌對軌(rail-to-rail)供電開關(guān)特性而引起的大量輻射EMI就一直困擾著系統(tǒng)設(shè)計(jì)者，這將使設(shè)備無法通過FCC和CISPR認(rèn)證。

　　在D類調(diào)制器中，通過將音頻信號與高頻固定頻率信號比較，并將結(jié)果在固定頻率的載波上調(diào)制，數(shù)字音頻信號被轉(zhuǎn)換成了PWM信號。形成的信號是可變脈寬的固定載波頻率(通常在幾百kHz)，然后由高壓功率MOSFET對這些PWM信號進(jìn)行放大，放 大后的PWM信號再通過低通濾波器去掉載頻，恢復(fù)出原始基帶音頻信號。

　　雖然這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很有效，但它也導(dǎo)致一些不希望的后果，如大量的輻射EMI。由于調(diào)制器采用固定頻率載波，因此將產(chǎn)生基載波的多次諧波輻射。而且，由于PWM信號自身的開關(guān)特性，過沖/下沖和振鈴將產(chǎn)生固定比率的高頻(10～100MHz的范圍)輻射EMI。為了壓制輻射EMI，最新一代PWM調(diào)制器發(fā)展的趨勢是采用擴(kuò)展頻譜調(diào)制技術(shù)。

　　擴(kuò)展頻譜調(diào)制技術(shù)用于在更大的帶寬內(nèi)擴(kuò)展開關(guān)PWM信號的頻譜能量，而不改變原始音頻的內(nèi)容。一個(gè)改進(jìn)傳統(tǒng)調(diào)制器高輻射EMI的有效方法是改變PWM開關(guān)信號的兩個(gè)邊沿，如圖1所示。信號以載波頻率為中心，但任何一個(gè)邊沿都不是按周期重復(fù)的。這不僅維持了固定載波頻率，而且由于邊沿不是以固定比率跳變的，載波頻率上的輻射能量就得到了極大的降低。

　　改善音頻質(zhì)量

　　和性能優(yōu)良的A/B類放大器相比，D類放大器的音頻性能是很差的，不僅失真大，而且動態(tài)范圍窄。所以，當(dāng)前D類放大器的設(shè)計(jì)者就必須改進(jìn)其性能。通過集成高性能采樣率轉(zhuǎn)換器(SRC)和Δ-Σ處理技術(shù)，新一代解決方案使失真(THD+N)得到了更大的改善，而且動態(tài)范圍也超過了100dB。

　　目前，D類放大器的一個(gè)噪聲源是音頻采樣時(shí)鐘的抖動。而時(shí)鐘通常是由SOC(MPEG解碼器和DSP等)產(chǎn)生的，即使很小的抖動也能迅速地影響到常規(guī)D類放大器的性能，因?yàn)橐纛l時(shí)鐘是與調(diào)制器的輸出時(shí)鐘關(guān)聯(lián)的。

　　解決這個(gè)問題的一個(gè)方法是采用SRC技術(shù)。因?yàn)镾RC使用本地穩(wěn)定的時(shí)鐘源來同步數(shù)字音頻的時(shí)鐘，例如石英晶體振蕩器，所以調(diào)制器的輸出抖動實(shí)際上與其他音頻時(shí)鐘是獨(dú)立的、不相關(guān)的。SRC的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是無論輸入音頻的采樣率如何波動，其輸出開關(guān)比率都是固定的，這一點(diǎn)與基于PLL的調(diào)制器不同。當(dāng)音頻輸入源改變或輸入時(shí)鐘缺失時(shí)，SRC也通過消除可聽見的噪聲改善了系統(tǒng)的耐用性。

　　與目前的高端DAC所采用的技術(shù)類似，通過集成高階Δ-Σ處理技術(shù)，D類放大器的音頻質(zhì)量也得到了改善。基于Δ-Σ技術(shù)的調(diào)制器采用可以降低調(diào)制誤差的內(nèi)部反饋。通過減小采樣誤差，調(diào)制器可以改善輸出失真，從而獲得更好的音質(zhì)。

　　降低系統(tǒng)成本

　　為了追求D類放大器更低的成本，設(shè)計(jì)者在功率放大級采用半橋放大拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以達(dá)到降低復(fù)雜性和減少物料成本的目的。因?yàn)榘霕蚪Y(jié)構(gòu)輸出通常是全橋的一半，功率MOSFET和外部濾波器件的數(shù)量也就減少一半。這也增加了后端設(shè)備單位功率通道數(shù)的數(shù)量。然而，半橋放大器在輸出端也需要一個(gè)隔直電容，而且對供電干線上的噪聲也是極其敏感的。