手机设计_的日志

D类放大技术卷土重来

已有 873 次阅读 2009-09-23 10:45 标签: 技术

强劲的消费市场一直是推进全职和计件设计师工作的动力。IC Insights公司认为DVD播放机是增长最快的电子产品市场，预测2007年的发货量将达到1.168亿台。智能手持设备，例如PDA和智能电话占第二位，数码静止相机的增长达到第三位，随后是数字机顶盒和便携式压缩语音设备。去年圣诞节疯狂抢购库存的最后一部数字音乐播放机iPod的情景仍记忆犹新。

除了数码静止相机以外，全部增长中的电子产品市场的共同特点是具备语音能力，在要求降低体积和重量的同时也要求综合更多的特性。但是，计算功能、互联网接入、照相和底片裁剪、播放音乐、以及声音传送等都带来令人头痛的干扰。例如，一位正在重新启动PC机的失去耐心的客户，碰到了智能电话的多功能特性被“搞跨”或消失时会非常狼狈。

D技术的激励

D类技术正在回流，对放大器来说有何意义呢？D类放大亦称为脉宽调制(PWM)，在真空管时期的1950年代已经出现。它排在A类、AB类(传统放大器)、B类和C类的后面，虽然具有更高输出而且在较小的占用面积下提供更高电源效率和热效率，但是它并未获得音频专家们的青睐。较小的电源尺寸无需使用散热器，可降低成本和减小占位空间，现在是多通道音频系统的时代，D类放大的优点大有用场。例如，典型的DVD系统正从6路30W通道向6路60W通道过渡，这样的指标对传统AB类放大器在体积、重量、散热和成本方面都达不到要求。对于消费电子产品来说，成本因素是绝对不应低估的。

D类放大技术基本上是一边输入加有三角波而另一边输入加有音频信号的比较器，输入信号可以是带有或没有反馈的数字或模拟信号。产生的PWM脉冲序列再送入功率场效应晶体管(FET)，扬声器起着滤波器的作用，将放大后的PWM信号转换成人类耳朵可检测的模拟信号，如图1所示。

图1 采用模拟输入的数字音频系统

信号的混合

Wolfson微电子公司是研发D类解决方案的公司之一，该混合信号半导体公司相信，数字技术是大功率、多通道音频的主力，适用于产生驱动FET的PWM脉冲串。Wolfson利用它的混全信号音频变换经验生产多通道PWM数字功率放大器的控制器WM8608。该器件提供纯数字信号至末级输出和换能器，无需数字至模拟的转换。

对数字数据采用脉冲编码调制(PCM)流和数字解码，PWM脉冲串直接由数字输入产生。因为信号在脉冲串的大部分保持数字量，器件具有更高的信号处理能力。

PWM脉冲串的一部分是模拟信号，由作为开关的功率FET将信号放大。放大后的信号直接加到扬声器，它对信号滤波和获得放大的信号输出。因而，FET性能在D类应用中十分重要，它从电源直接切换大的电流和送到输出端。处理高开关速度的FET要很小心，以免产生电磁干扰(EMI)。因此要安排好FET的位置和电路板布线。

D类放大之谜

WM8608的输出是6路全音频带宽的通道和1路降低带宽的副通道。PWM输出可选择CMOS或LVDS(低压差分信号)方式，使用LVDS可降低EMI和潜在的无线电干扰，允许较大的PCB板布线灵活性，因为LVDS的线迹可更长。PCM至PWM转换器支持7路PCM输入格式的音频通道。将后通道数据与中后扬声器或环绕扬声器的数据混合在一起，可以减少通道数目。

器件具有4波段图形显示均衡器的功能，可选择高频均衡量以满足不同的扬声器。每通道都有独立的音响控制，从24~103.5dB以每步0.5dB调节。

主要的数字解决方案采用DSP结构，这种低音管理技术只将高频信号送到扬声器。DSP结构对每个通道都使用动态峰值压缩器，特点是当增益>0dB时可以避免数字限幅，亦即为图形均衡范围保留足够的信号幅度。板上的相位锁相环路(PLL)使系统的时钟简化，器件不必使用MPEG和音频的时钟。

其它D类产品

还有其它公司采用D类技术，德州仪器(TI)公司已扩大业务到家庭影院产品，其中包括无滤波器的多种D类音频功率放大器，用于LCD平板显示、LCD投影仪和功率扬声器。它们的封装是薄型、小体积的标准PowerPad、表面贴装的24引脚TSSOP。

5V供电的TPA2008D2芯片集成有DC音量控制，可降低成本和缩短设计时间。影响输出功率电平的增益量由加到音量引脚的DC电压来控制。器件可在3Ω扬声器上输出2路3W的功率，效率达到80%而无需散热器，这正是15~17英寸LCD电视和多功能监视器所需的设计特点。此外，为了减小系统的热量，还降低从电源供应的电流。TI公司称，器件达到D类放大器的测试基准，噪声本底为-80dB。本底噪声连同半功率的总谐波失真，再加上1KHz下的 0.045%噪声，在扬声器上可获得清晰、纯洁信号。