PSRR：關(guān)于開(kāi)環(huán)閉環(huán)D類(lèi)放大器的真實(shí)故事

　　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SRR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。

　　播放音頻時(shí)，電源噪聲同進(jìn)入的音頻信號(hào)混頻/調(diào)制，同時(shí)其隨之產(chǎn)生的失真不同程度地傳遍音頻頻帶。BTL結(jié)構(gòu)固有的抵消效果不能再消除噪聲。業(yè)界給這種現(xiàn)象起了一個(gè)十分形象生動(dòng)的名稱(chēng)：互調(diào)失真(IMD)。IMD是兩種或兩種以上不同信號(hào)頻率混頻在一起的結(jié)果，其在一般不為任何一個(gè)諧波頻率(整數(shù)倍數(shù))上的頻率形成一些額外信號(hào)。

　　討論如何彌補(bǔ)PSRR測(cè)量方法的一些不足之前，讓我們首先討論一下反饋功能。如果您是喝著咖啡，一直跟隨本文的討論，那么您就不會(huì)為D類(lèi)放大器本身存在的一些電源噪聲問(wèn)題感到吃驚了。如果不是反饋功能，其便是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。(高端音頻應(yīng)用中，開(kāi)環(huán)放大器聽(tīng)起來(lái)不錯(cuò)，但那是另外一種情況了。它們一般都擁有非常穩(wěn)定、高性能的電源和極高的成本目標(biāo)。)為了補(bǔ)償電源噪聲敏感度，設(shè)計(jì)人員會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)具有高穩(wěn)定電源的系統(tǒng)(會(huì)增加成本)，或者使用一個(gè)具有反饋功能的D類(lèi)放大器(也稱(chēng)作閉環(huán)放大器)。

　　當(dāng)今，消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)上大多數(shù)模擬輸入D類(lèi)放大器均為閉環(huán)。但是，數(shù)字輸入I2S放大器卻是另外一種情況。I2S放大器直接通過(guò)一條數(shù)字總線連接音頻處理器或音頻源。通過(guò)去除不必要的數(shù)模轉(zhuǎn)換，不但可降低成本而且還可提高性能。遺憾的是，今天的市場(chǎng)上并沒(méi)有很多閉環(huán)I2S放大器，因?yàn)闃?gòu)建一個(gè)對(duì)PWM輸出采樣并將其同輸入I2S數(shù)字音頻流相加的反饋環(huán)路，是一件十分困難的事情。在模擬反饋系統(tǒng)中，您可將模擬輸出同模擬輸入相加，因此實(shí)施起來(lái)更為容易。但是，隨著I2S市場(chǎng)的發(fā)展，大多數(shù)I2S放大器都應(yīng)遵循與模擬輸入放大器一樣的發(fā)展道路，并采用反饋架構(gòu)。

　　很明顯，對(duì)于BTLD類(lèi)放大器來(lái)說(shuō)，PSRR并不是一種有效的電源抑制性能測(cè)量方法。那么，接下來(lái)做什么呢?還是回到那個(gè)生動(dòng)形象的聲音術(shù)語(yǔ)互調(diào)。我們需要測(cè)量播放音頻時(shí)產(chǎn)生的互調(diào)失真及其相應(yīng)的THD+N變量曲線。在這樣做以前，讓我們轉(zhuǎn)回到SE架構(gòu)。在SE架構(gòu)中，不管它是AB類(lèi)、D類(lèi)還是Z類(lèi)放大器，您都得不到BTL架構(gòu)的抵消效果，因?yàn)閾P(yáng)聲器的一端被連接到放大器，而另一端則接地。因此，在SE架構(gòu)中，傳統(tǒng)的PSRR測(cè)量方法具有較好的電源噪聲抑制指示，而不管是AB類(lèi)還是D類(lèi)放大器。

　　現(xiàn)在，讓我們進(jìn)到實(shí)驗(yàn)室中獲得一些數(shù)據(jù)。下面是一系列測(cè)量法，其中我們?cè)谝粋€(gè)開(kāi)環(huán)和閉環(huán)I2S放大器中分析和對(duì)比了電源紋波IMD。將一個(gè)1kHz數(shù)字聲調(diào)注入到放大器的輸入端，同時(shí)將一個(gè)100Hz、500mVpp的紋波信號(hào)注入到電源。通過(guò)使用一個(gè)帶音頻精確度內(nèi)建FFT函數(shù)的差分輸出FFT來(lái)觀察IMD。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示一個(gè)閉環(huán)I2S放大器的IMD測(cè)量時(shí)，1kHz輸入信號(hào)時(shí)幾乎不存在邊帶。該反饋環(huán)路正出色地抑制互調(diào)失真。

　　另一個(gè)實(shí)驗(yàn)顯示了相同的IMD測(cè)量方法，但這次針對(duì)的是一個(gè)I2S開(kāi)環(huán)放大器。900Hz和1.1kHz邊帶均非常明顯，因?yàn)闆](méi)有反饋抑制IMD。