關(guān)于開(kāi)環(huán)閉環(huán)D類(lèi)放大器

PSRR：關(guān)于開(kāi)環(huán)閉環(huán)D類(lèi)放大器

過(guò)去，電源抑制比(PSRR)就已成為一種測(cè)量放大器抑制電源輸出噪聲性能的優(yōu)異測(cè)量方法。但是，由于出現(xiàn)了越來(lái)越多的D類(lèi)放大器，以及其擁有的效率優(yōu)勢(shì)，僅僅依靠PSRR作為電源噪聲抑制性能的指示器已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。相比開(kāi)環(huán)閉環(huán)數(shù)字輸入I2S放大器的PSRR規(guī)范，這一情況愈加明顯。很多時(shí)候，PSRR規(guī)范是一樣的，但當(dāng)監(jiān)聽(tīng)低于理想電源的放大器時(shí)，很明顯會(huì)存在音頻性能差異。本文縱覽了傳統(tǒng)的PSRR測(cè)量方法，并解釋了其不能完全捕獲橋接式負(fù)載(BTL)結(jié)構(gòu)中D類(lèi)放大器電源抑制性能的原因，并介紹了一種測(cè)量D類(lèi)放大器中電源噪聲影響大小的替代方法。

　　要想了解PSRR測(cè)量方法無(wú)法能夠充分地捕獲電源抑制性能的原因，我們需要回顧到AB類(lèi)放大器統(tǒng)治消費(fèi)類(lèi)音頻電子設(shè)備的時(shí)代。同今天的情況一樣，AB類(lèi)放大器一般配置在一個(gè)單端(SE)或BTL輸出結(jié)構(gòu)中。實(shí)際上，SE AB類(lèi)放大器擁有分裂軌電源(即±12V)是十分普遍的事，因?yàn)殡娫粗饕蓟谧儔浩鳎以黾拥诙€(gè)軌的成本也不是特別高。BTL結(jié)構(gòu)更多地用于那些沒(méi)有分裂軌電源的音頻系統(tǒng)中。不管是SE還是BTL結(jié)構(gòu)，AB類(lèi)放大器本身都擁有良好的PSRR，這是因?yàn)槠浠炯軜?gòu)以及通常大大低于電源軌電壓的輸出電平。

　　就AB類(lèi)放大器而言，PSRR測(cè)量方法可以相對(duì)較好地顯示放大器抑制電源噪聲的性能，而就SE結(jié)構(gòu)而言，就需要特別精確的放大器電源噪聲抑制性能(我們后面再展開(kāi)詳細(xì)討論)。我們將時(shí)間向前推，便會(huì)發(fā)現(xiàn)D類(lèi)放大器在當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)上風(fēng)靡一時(shí)。它們以極高效率的運(yùn)行改變了市場(chǎng)形態(tài)，從而在工業(yè)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)大的創(chuàng)新，特別是在更小的尺寸方面。但是，相比AB類(lèi)放大器，它們的架構(gòu)都存在根本的不同，同時(shí)它們的輸出結(jié)構(gòu)選擇幾乎只有BTL。

　　在BTL結(jié)構(gòu)中，D類(lèi)放大器具有兩個(gè)輸出級(jí)，其由4個(gè)FETS組成(也被稱(chēng)作全橋接)。而SED類(lèi)放大器只有一個(gè)輸出級(jí)，由兩個(gè)FETS組成(也被稱(chēng)作半橋接)。相比SE結(jié)構(gòu)，BTL輸出結(jié)構(gòu)擁有諸多優(yōu)勢(shì)，其中包括給定在電源軌情況下的4倍輸出功率，更好的低音響應(yīng)，以及卓越的開(kāi)/關(guān)咔嗒和噼噗聲性能。BTL架構(gòu)存在的一些缺點(diǎn)是您需要兩倍數(shù)目的FET晶體管。這就意味著更大的硅芯片尺寸和更高的相關(guān)成本，并且重建濾波器(LC濾波器)成本也要翻倍。在今天的市場(chǎng)中，盡管SE和BTLD類(lèi)放大器都可以看到，但大多數(shù)還是BTL。

　　在D類(lèi)BTL結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)的PSRR測(cè)量方法就無(wú)能為力了。要想更好地了解其原因，就需要了解D類(lèi)放大器的工作原理，以及PSRR是如何測(cè)量出來(lái)的。D類(lèi)放大器為開(kāi)關(guān)放大器，其輸出在極高的頻率下(通常為250kHz或者更高)進(jìn)行軌至軌切換。音頻信號(hào)用于脈寬調(diào)制(PWM)該開(kāi)關(guān)頻率(方波)。然后，重建濾波器(LC濾波器)用于從載波頻率提取音頻信號(hào)。這些開(kāi)關(guān)架構(gòu)均極為高效(在一些開(kāi)關(guān)式電源中也采用相同結(jié)構(gòu))，但是相比傳統(tǒng)的AB類(lèi)放大器它們對(duì)電源噪聲更為敏感。仔細(xì)思考一下就不難發(fā)現(xiàn)：放大器的輸出實(shí)質(zhì)上就是電源軌(脈寬調(diào)制)，因此所有電源噪聲都直接被傳遞給了放大器輸出。

　　電源抑制比(PSRR)是一種衡量放大器抑制電源噪聲(即紋波)性能好壞的度量標(biāo)準(zhǔn)。在選擇音頻放大器時(shí)它是一個(gè)重要的參數(shù)，因?yàn)榈?FONT color=#000000>PSRR的音頻放大器一般要求更高成本的電源和/或大去耦電容。在消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)上，電源成本、尺寸和重量都是重要的設(shè)計(jì)考慮因素，特別是在產(chǎn)品尺寸不斷縮小、價(jià)格迅速下跌以及便攜式設(shè)計(jì)日益普遍的情況下。

　　傳統(tǒng)的PSRR測(cè)量方法中，放大器的電源電壓由一個(gè)DC電壓和一個(gè)AC紋波信號(hào)(Vripple)組成。音頻輸入為AC接地，因此在測(cè)量時(shí)沒(méi)有音頻信號(hào)。所有電源電壓去耦電容都被去掉，以使Vripple不受人為衰減(請(qǐng)參見(jiàn)圖1)。然后，測(cè)量輸出信號(hào)，并使用方程式1計(jì)算得到PSRR：

　　但這種傳統(tǒng)PSRR測(cè)量方法使電源噪聲明顯存在于輸出端上，重建濾波器以前和以后均存在。PSRR測(cè)量方法并不能給我們?nèi)魏伪硎尽?FONT color=#000000>PSRR測(cè)量方法失效的原因是測(cè)量期間輸入AC接地。在現(xiàn)實(shí)情況中，放大器將播放音樂(lè)，這就是事情開(kāi)始變得有趣的地方。