D類(lèi)放大器,D類(lèi)放大器是什么意思
D類(lèi)放大器的定義
通過(guò)控制開(kāi)關(guān)單元的ON/OFF,驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的放大器稱D類(lèi)放大器。D類(lèi)放大器首次提出于1958年,近些年已逐漸流行起來(lái)。
D類(lèi)放大器的趨勢(shì)
數(shù)字放大器改善了音頻質(zhì)量和系統(tǒng)性能。
D類(lèi)放大器在過(guò)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(duì)大多數(shù)應(yīng)用者而言,使用這些放大器所帶來(lái)的好處已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了它們的不足。
在傳統(tǒng)D類(lèi)放大器中,用控制器將模擬或數(shù)字音頻信號(hào)在被集成到功率后端設(shè)備中的功率MOSFET MOSFET管放大之前,轉(zhuǎn)換成PWM PWM信號(hào)。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(duì)電源輸出功率的要求。然而,與傳統(tǒng)的A/B類(lèi)放大器相比,它們本身也存在固有的成本、性能和EMI EMI方面的問(wèn)題,解決這些問(wèn)題就是D類(lèi)放大器的發(fā)展新趨勢(shì)。
降低EMI
自從D類(lèi)放大器誕生以來(lái),由于其自身的軌對(duì)軌(rail-to-rail)供電開(kāi)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(wú)法通過(guò)FCC FCC和CISPR CISPR認(rèn)證。
在D類(lèi)調(diào)制器中,通過(guò)將音頻信號(hào)與高頻固定頻率信號(hào)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(hào)被轉(zhuǎn)換成了PWM信號(hào)。形成的信號(hào)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(duì)這些PWM信號(hào)進(jìn)行放大,放 大后的PWM信號(hào)再通過(guò)低通濾波器去掉載頻,恢復(fù)出原始基帶音頻信號(hào)。
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(hào)自身的開(kāi)關(guān)特性,過(guò)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(shì)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(kāi)關(guān)PWM信號(hào)的頻譜能量,而不改變?cè)家纛l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(kāi)關(guān)信號(hào)的兩個(gè)邊沿,如圖1所示。信號(hào)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(lèi)放大器相比,D類(lèi)放大器的音頻性能是很差的,不僅失真大,而且動(dòng)態(tài)范圍窄。所以,當(dāng)前D類(lèi)放大器的設(shè)計(jì)者就必須改進(jìn)其性能。通過(guò)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(dòng)態(tài)范圍也超過(guò)了100dB。
目前,D類(lèi)放大器的一個(gè)噪聲源是音頻采樣時(shí)鐘的抖動(dòng)。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(dòng)也能迅速地影響到常規(guī)D類(lèi)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(wèn)題的一個(gè)方法是采用SRC SRC技術(shù)。因?yàn)镾RC使用本地穩(wěn)定的時(shí)鐘源來(lái)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(dòng)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(wú)論輸入音頻的采樣率如何波動(dòng),其輸出開(kāi)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(guò)消除可聽(tīng)見(jiàn)的噪聲改善了系統(tǒng)的耐用性。
通過(guò)控制開(kāi)關(guān)單元的ON/OFF,驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的放大器稱D類(lèi)放大器。
類(lèi)放大器具有以下的特征。
D類(lèi)放大器的特征
高效率
以前的模擬放大器的效率停留在50%左右,剩下的50%主要作為熱量被消耗。D類(lèi)放大器的效率相當(dāng)高,達(dá)到80~90%。不僅不浪費(fèi)電源,有效地利用電源,還能得到較大的功率輸出。以下是D類(lèi)放大器和以前的模擬放大器的效率比較圖表??梢钥闯鯠類(lèi)放大器明顯地高效率。
效率高,低發(fā)熱。以前的高發(fā)熱模擬放大器,封裝大,需要大的散熱板,因此需要較大的空間。而D類(lèi)放大器發(fā)熱少,能作小型封裝。同時(shí),不用散熱板,從而能節(jié)約空間。以下是D類(lèi)放大器和以前的模擬放大器的能量損失(發(fā)熱)比較圖表。可以看出D類(lèi)放大器明顯地能量損失(發(fā)熱)小。
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