中心議題：

• D類放大器的幾大發展趨勢

解決方案：

• 降低EMI
• 改善音頻質量
• 降低係統成本
• 電源反饋

Dleifangdaqizaiguoqudejidaichanpinzhongyijingdedaolejudadefazhan，xitongshejizhejidadigaishanlexitongdenaiyongxingbingtigaoleqiyinpinzhiliang。shijishang，duidaduoyingyongeryan
，shiyongzhexiefangdaqisuodailaidehaochuyijingyuanyuanchaoguoletamendebuzu。　　

在傳統D類放大器中
，用控製器將模擬或數字音頻信號在被集成到功率後端設備中的功率MOSFET管放大之前轉換成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方麵的問題
，解決這些問題就是D類放大器的發展新趨勢。　　

降低EMI　　

自從D類放大器誕生以來，由於其自身的軌對軌(rail-to-rail)供電開關特性而引起的大量輻射EMI就一直困擾著係統設計者，這將使設備無法通過FCC和CISPR認證。　　

在D類調製器中，通過將音頻信號與高頻固定頻率信號比較，並將結果在固定頻率的載波上調製，數字音頻信號被轉換成了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)，然後由高壓功率MOSFET對這些PWM信號進行放大，放大後的PWM信號再通過低通濾波器去掉載頻
，恢複出原始基帶音頻信號。　　

雖然這種拓撲結構很有效
，但它也導致一些不希望的後果，如大量的輻射EMI。由於調製器采用固定頻率載波，因此將產生基載波的多次諧波輻射。而且
，由於PWM信號自身的開關特性，過衝/下衝和振鈴將產生固定比率的高頻(10～100MHz的範圍)輻射EMI。為了壓製輻射EMI，最新一代PWM調製器發展的趨勢是采用擴展頻譜調製技術。　　

擴展頻譜調製技術用於在更大的帶寬內擴展開關PWM信號的頻譜能量
，而不改變原始音頻的內容。一個改進傳統調製器高輻射EMI的有效方法是改變PWM開關信號的兩個邊沿
，如圖1所suo示shi。信xin號hao以yi載zai波bo頻pin率lv為wei中zhong心xin
，但dan任ren何he一yi個ge邊bian沿yan都dou不bu是shi按an周zhou期qi重zhong複fu的de。這zhe不bu僅jin維wei持chi了le固gu定ding載zai波bo頻pin率lv


，而er且qie由you於yu邊bian沿yan不bu是shi以yi固gu定ding比bi率lv跳tiao變bian的de，載zai波bo頻pin率lv上shang的de輻fu射she能neng量liang就jiu得de到dao了le極ji大da的de降jiang低di。　　

改善音頻質量　　

和性能優良的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，而且動態範圍窄。所以，當前D類放大器的設計者就必須改進其性能。通過集成高性能采樣率轉換器(SRC)和Δ-Σ處理技術

，新一代解決方案使失真(THD+N)得到了更大的改善，而且動態範圍也超過了100dB。　　

目前，D類放大器的一個噪聲源是音頻采樣時鍾的抖動。而時鍾通常是由SOC(MPEG解碼器和DSP等)產生的，即使很小的抖動也能迅速地影響到常規D類放大器的性能，因為音頻時鍾是與調製器的輸出時鍾關聯的。　　

解決這個問題的一個方法是采用SRC技術。因為SRC使用本地穩定的時鍾源來同步數字音頻的時鍾，例如石英晶體振蕩器
，所以調製器的輸出抖動實際上與其他音頻時鍾是獨立的
、不相關的。SRC的另一個優點是無論輸入音頻的采樣率如何波動
，其輸出開關比率都是固定的，這一點與基於PLL的調製器不同。當音頻輸入源改變或輸入時鍾缺失時
，SRC也通過消除可聽見的噪聲改善了係統的耐用性。　　

與目前的高端DAC所采用的技術類似，通過集成高階Δ-Σ處理技術，D類放大器的音頻質量也得到了改善。基於Δ-Σ技術的調製器采用可以降低調製誤差的內部反饋。通過減小采樣誤差
，調製器可以改善輸出失真，從而獲得更好的音質。　　

降低係統成本　　

為了追求D類(lei)放(fang)大(da)器(qi)更(geng)低(di)的(de)成(cheng)本(ben)，設(she)計(ji)者(zhe)在(zai)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)級(ji)采(cai)用(yong)半(ban)橋(qiao)放(fang)大(da)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)，以(yi)達(da)到(dao)降(jiang)低(di)複(fu)雜(za)性(xing)和(he)減(jian)少(shao)物(wu)料(liao)成(cheng)本(ben)的(de)目(mu)的(de)。因(yin)為(wei)半(ban)橋(qiao)結(jie)構(gou)輸(shu)出(chu)通(tong)常(chang)是(shi)全(quan)橋(qiao)的(de)一(yi)半(ban)
，功(gong)率(lv)MOSFET和he外wai部bu濾lv波bo器qi件jian的de數shu量liang也ye就jiu減jian少shao一yi半ban。這zhe也ye增zeng加jia了le後hou端duan設she備bei單dan位wei功gong率lv通tong道dao數shu的de數shu量liang。然ran而er，半ban橋qiao放fang大da器qi在zai輸shu出chu端duan也ye需xu要yao一yi個ge隔ge直zhi電dian容rong

，而er且qie對dui供gong電dian幹gan線xian上shang的de噪zao聲sheng也ye是shi極ji其qi敏min感gan的de。　　

在啟動時，隔直流電容必須被充電到偏置點(高壓供電幹線電壓的一半)。如果輸出信號沒有從地電位上升到偏置點
，就會在揚聲器中產生很大的“噗”聲(開機衝擊聲)。新型的D類放大器采用預充電電容使啟動時揚聲器保持無聲。　　

使揚聲器在隔直電容充電時保持無衝擊聲的方法之一是使用數字電壓提升技術

，也就是使PWM占空比從非開關狀態緩慢增加到50%。這將不會在揚聲器中產生較大的“噗”聲
，但由於MOSFET開關時產生大量的瞬態電流

，揚聲器也不是沒有聲音的。　　

使shi揚yang聲sheng器qi在zai隔ge直zhi電dian容rong充chong電dian時shi保bao持chi無wu衝chong擊ji聲sheng的de另ling一yi種zhong方fang法fa是shi模mo擬ni電dian壓ya提ti升sheng技ji術shu。在zai這zhe種zhong類lei型xing的de電dian壓ya提ti升sheng過guo程cheng中zhong，一yi個ge電dian流liu源yuan將jiang電dian容rong充chong電dian到dao偏pian置zhi點dian。一yi旦dan電dian容rong兩liang端duan的de電dian壓ya達da到dao偏pian置zhi點dian，電dian流liu源yuan就jiu會hui關guan閉bi。　　
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電源反饋　　

由(you)於(yu)半(ban)橋(qiao)是(shi)單(dan)端(duan)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)

，就(jiu)不(bu)存(cun)在(zai)差(cha)分(fen)全(quan)橋(qiao)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)中(zhong)的(de)共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)。在(zai)一(yi)個(ge)全(quan)橋(qiao)放(fang)大(da)器(qi)中(zhong)，由(you)於(yu)放(fang)大(da)器(qi)的(de)差(cha)分(fen)輸(shu)出(chu)是(shi)從(cong)同(tong)一(yi)個(ge)電(dian)壓(ya)源(yuan)供(gong)電(dian)的(de)

，公(gong)共(gong)電(dian)壓(ya)源(yuan)上(shang)的(de)噪(zao)聲(sheng)將(jiang)在(zai)輸(shu)出(chu)端(duan)抵(di)消(xiao)。在(zai)半(ban)橋(qiao)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)中(zhong)，放(fang)大(da)器(qi)供(gong)電(dian)電(dian)源(yuan)上(shang)的(de)任(ren)何(he)交(jiao)流(liu)紋(wen)波(bo)噪(zao)聲(sheng)都(dou)將(jiang)直(zhi)接(jie)耦(ou)合(he)到(dao)輸(shu)出(chu)端(duan)。由(you)於(yu)半(ban)橋(qiao)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)對(dui)電(dian)源(yuan)供(gong)電(dian)噪(zao)聲(sheng)的(de)敏(min)感(gan)
，常(chang)常(chang)需(xu)要(yao)提(ti)供(gong)供(gong)電(dian)抑(yi)製(zhi)反(fan)饋(kui)(PSR)電路來進行降噪。　　

模擬D類放大器有許多本身固有的PSR特性，而完全的數字D類放大器則沒有。在目前的數字PSR方案中，通常采用一個外部的ADC來監視放大器的供電電源。　　

反饋和噪聲抵消處理是在調製器的數字域中進行的。有些製造商僅將這種反饋方法用於補償那些降低係統性能的從供電幹線上耦合進PWM輸出端的交流噪聲的影響。另外一些製造商也將其用於補償由於負載變化而引起的直流供電電壓的改變(電壓降落)，例如，低音單元(超重低音揚聲器)所需要的快速浪湧電流
，或者供電線路的電壓波動。交流和直流器件中PSR反(fan)饋(kui)所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)優(you)點(dian)已(yi)經(jing)擴(kuo)展(zhan)到(dao)了(le)全(quan)橋(qiao)放(fang)大(da)器(qi)，並(bing)改(gai)善(shan)了(le)目(mu)前(qian)多(duo)通(tong)道(dao)家(jia)庭(ting)影(ying)院(yuan)放(fang)大(da)器(qi)中(zhong)通(tong)道(dao)間(jian)的(de)隔(ge)離(li)，在(zai)串(chuan)擾(rao)和(he)線(xian)路(lu)電(dian)壓(ya)改(gai)變(bian)到(dao)達(da)輸(shu)出(chu)之(zhi)前(qian)有(you)效(xiao)地(di)抵(di)消(xiao)了(le)它(ta)們(men)。