許多電子愛好者都有業(yè)余音響,無線電制作,對于音頻功率放大電路大部
份都是線性放大電路,許多開發(fā)音響的工作人員還是采用線性放大電路,
我想D類功放發(fā)展是必然的,可為何D類功放發(fā)展較慢,我在音響公司搞設
計時也做過多次實驗,結果都以NG告終,而其它開發(fā)人員根本沒有做這方面的試驗,
對大部份從事音響開發(fā)的人員,他們要是有開發(fā)任務他們都會選取技術
成熟的線性方案,對他們來說主要問題是:
一:對電子開關元器件不是很了解
二:對茲性材料不是了解
三:不了解各種能量變換電路結構
在電源產(chǎn)品廣泛市場和激烈竟爭下造就了廣大電源技術人才,這些人才對
于以上問題應是了如指掌,所以在這里開個D類功放專區(qū)不僅更有效的發(fā)
展D類功放,也對電源設計者提出一個更高的要求.
可否開個D類功放專區(qū)
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@abing
真的嗎?致少我有一點不相信THD=0.003%線性方案都做不到

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@abing
在我看來不算是要是算數(shù)字功放的話那開關電源也要叫數(shù)字電源了D類功放是把模擬信號變?yōu)楦叩碗娖叫盘栐俳?jīng)功率開關管然后由LC還原為模擬信號驅動揚聲器.
第三代D類放大器
作者:Joshua Israelsohn EDN技術編輯
如果你仔細想一下,你會發(fā)現(xiàn)音頻放大器只是一種和人們想象一樣的概念上很簡單的器件.傳統(tǒng)意義上講,它能夠精確的完成一個功能——乘以一個常數(shù)——即使是高精度也是如此.在音頻放大器中可允許的諧波失真度,至少需要滿足規(guī)范書上要求的用途,根據(jù)最低水平和最高水平的應用它被粗略的限定在1%到0.0003%之間.在本文中,D類放大器有一個特別之處,就是可以快速地讓它們的輸出級在不同的電源軌之間進行轉化,這已不像1958年第一次提出時使用的那種方法.
你可以選擇多種方式對D類放大器的商業(yè)化歷史進行分段,因為這種分段是沒有確切答案的.從我的觀點來看,商業(yè)市場上出現(xiàn)過三代D類放大器設計,第一代的范例是由托卡塔設計的TacT Millennium.證實了D類放大器的概念,但是討論出來的最終結果是該技術還不能提供足夠性能.這使第一代的放大器把關注的焦點由可能性轉移到實用性,目標由設計可以工作的器件變成了設計具有廣闊市場需求的器件.
第二代D類放大器通過兩個方面的改進解決了廣闊市場需求的挑戰(zhàn).第一個方面是使其變得相對緊湊而且價格可以承受,第二個方面是在低功耗性能上的表現(xiàn)應與大多數(shù)消費級AB類設計接近甚至更好.原始設備制造商(OEM)節(jié)省了電源和封裝上的花費,但是必須去理解不熟悉的技術、易受影響的版圖和需要很多外圍構件的控制器芯片.
第二代D類放大器針對制造商市場目標提供了一系列產(chǎn)品.比如一個來自Tripath公司的典型器件,它把一個用于模擬源信號的相對簡單的PWM和一個集成的輸出級以及片外濾波器組合在一起.而其他的制造商,特別是德州儀器、Cirrus Logic和Apogee Technology則特別重視用于PCM源的帶片外輸出級的放大器.這些放大器需要更復雜的前端功能——否則你可能需要一個立體聲前置放大器,注意它不是功率放大器,這些功能包括源選擇,音量,平衡和音調(diào)控制——由于PCM源常常不是用戶可以控制的.這些附加的功能增加額外的復雜性,因為數(shù)字信號路徑需要為低電位計找到一個簡單的數(shù)字替代品.
最近一段時間,在OEM和D類芯片設計者之間有了非常大的協(xié)作.這個趨勢的起源可以從兩個方面來講,OEM設計者可以更好的理解D類的優(yōu)勢,并且為芯片制造者提供市場機會和需求方面的更加深入的觀點.同時,芯片設計者也深入地了解到了市場反饋,解決了幾個第二代設計中的重要缺陷,其結果是大量的第三代產(chǎn)品更好地集中于特定應用需求而不會像它的前代那樣.
為什么選擇D類放大器
以液晶面板為特征的顯示器和電視機——事實上是所有這種屏幕,因為吹玻璃工人的時代已經(jīng)過去了——例證了一個趨勢.這些系統(tǒng)的大多數(shù)都集成有需要放大器的小揚聲器,這些放大器消耗6瓦到十幾瓦的功率.不僅僅是內(nèi)部結構,就連揚聲器本身都是一個嚴峻的挑戰(zhàn).另外,LCD的象素顏色是基于溫度的函數(shù),盡管調(diào)整象素顏色的電流狀態(tài)提供了一個線性補償?shù)拇笾螺喞?但它仍不能調(diào)節(jié)熱點.系統(tǒng)封裝的目標需要設計者以LCD面板三個軸大小為基礎最小化系統(tǒng)的尺寸.由于沒有用于熱源的額外空間,重量和花費的設計預算,所以就提出了把這些組合并構成這些應用的簡單規(guī)則:你一定不能浪費.
D類放大器效率較高的好處是拓展了制冷器的使用,當電源作為顯示的一部分或者壁式電源的時候,把它應用于D類放大器相對于同級別的AB類放大器會更小、更便宜.
正因為此,近來市場中出現(xiàn)了基于LCD的娛樂和計算機顯示用D類放大器.這些中的一些器件采用了消除了輸出濾波器的改良的調(diào)制方案.盡管沒有輸出濾波器,但是一些制造商聲稱這些器件的EMI發(fā)射與那些裝配輸出濾波器的第二代放大器相當甚至更小.(見附文:《發(fā)出或者發(fā)現(xiàn)EMI》).
適用于平板顯示應用的放大器的例子有Maxim公司的MAX9713 單聲道芯片和MAX9714無濾波器立體聲放大器芯片.它們都可以用TQFN-32封裝.這些器件提供三個管腳的可編程調(diào)制頻率和擴頻譜模式,通過把發(fā)射能量分散在一個以335kHz為中心±7%的波段上來減少EMI.該放大器已經(jīng)通過了運行14英寸揚聲器的FCC發(fā)射標準.
標明6W的放大器,其數(shù)量反映了帶8Ω負載其總諧波失真是10%.雖然6W的要求作為一種規(guī)范首先會讓你受到打擊,但是引用標簽上的10% THD(總諧波失真)的功率是一種通用的工業(yè)慣例(可能會讓人感到可惜).將MAX9713的典型失真規(guī)范與之相比后會發(fā)現(xiàn),對于同樣的8Ω負載在4W時的THD是0.007%,電源供應電壓的范圍從10V~25V.制造商會提供一個15V標準電壓上的性能規(guī)范.如果稍微深入閱讀規(guī)范表格,你就會發(fā)現(xiàn)輸出時電流限制多于電壓限制,這提示你在使用4Ω負載時不要增加電源數(shù)目.
MAX9713 和MAX9714同樣提供3Db的步長,覆蓋了從13dB~22dB的管腳可選擇增益.該放大器提供差分對輸入,但是你也可以把不用的那個輸入端交流耦合到地,然后用一個單端源來驅動該輸入差分對.
就像最近出現(xiàn)的大多數(shù)放大器一樣,MAX9713/14上電的時候不會在它的輸出端產(chǎn)生開關切換雜訊(pop&click).從技術革新的觀點上來看,幾乎沒有理由去選擇一款不帶有開關切換雜訊的放大器.
德州儀器(TI)公司的TPA3002D2是一個提供兩個9W聲道和一對用于可選擇式耳機的前置放大輸出的12V放大器(見圖1).與那些通過邏輯接口控制音量的放大器不同的是,它采用直流電壓控制其音量.你的用戶接口可以像電壓計那么簡單,你能夠利用DAC來驅動控制節(jié)點.放大器的增益范圍是-40Db~+36dB.
TPA3002D2在電阻為8Ω、功率為3W時具有96dB的SNR(信噪比)和好于0.25%的THD.圖1的評估板已經(jīng)在EDN編輯辦公室里面放了幾個月了,在這里它成了房屋系統(tǒng)的一部分,驅動著一組Tannoy Proto-J 型號的顯示器,而并不是設計者所想象的負載.為了使條件更差,我們使用的電源比這個任務所需要的更小一點.結果超出我們的預期——削減到比使用正常大小的電源時更低的音量時,噪聲基準(noise floor)在離散分布的瞬時音樂處有所升高.起初,我以為這種現(xiàn)象是那些因為沒有全程監(jiān)測而被標記的放大器的不幸產(chǎn)物.然而后來我開始懷疑這些過多的噪聲與瞬時大信號之后的軟電源輸出行為有著直接關系,而且一個合適的電源在更大的音量時會提供更好的逼真以及更少的噪聲.
發(fā)出或者發(fā)現(xiàn)EMI
隨著芯片生產(chǎn)商盡力將D類放大器描述成非常高效的AB類放大器的簡易替代者,兩類放大器之間的基本差異得到了更多的關注.也就是說,這些概念沒有流產(chǎn),而且第三代的芯片超越了第二代的芯片.
其中一個你不能忽略的差異是EMI發(fā)射.線性音頻放大器不產(chǎn)生EMI,所以許多設計者不會在與電源不相關的部分考慮這個問題.但是,D類放大器的波譜要遠比聲音的波譜范圍要大.調(diào)制器的工作頻率通常會在幾百kHz,邊沿上升和下降時間在納秒級,波譜的干擾在MHz級.
雖然EMI的能量可能是由芯片放大器產(chǎn)生的,但這個問題卻一直是系統(tǒng)設計的一個焦點問題.檢查由所需部件的數(shù)據(jù)手冊提供的寬帶波譜,將D類放大器的EMI發(fā)射作為整個EMI管理計劃的一部分.
一些放大器允許你選擇模塊的頻率,這樣可以將發(fā)射的頻率移到應用敏感的波譜以外.一些放大器包含擴頻模塊,將發(fā)射的能量分散到一個波段上,這樣就能減小波峰.
芯片制造商進行參考設計的目的之一就是要尋找一個版圖設計將EMI發(fā)射降低到最小.但是,到最后你的應用設計肯定要決定所允許的發(fā)射水平,你的設計必須符合這個標準.通用高速版圖技術已經(jīng)被應用,包括使到外部元件的連線盡量短以及考慮接地系統(tǒng)的設計.
沒有濾波的D類放大器可能要求有限長度的揚聲器反饋,這就迫使你將放大器放在負載的附近.單端放大器的出現(xiàn)使這種設計變得簡單并且使D類放大器結構比AB類放大器更小,成本更低,而且效率更高.
可移動領域的應用
幾乎沒有什么比充電后運行時間這個指標更能打動便攜式市場的了.正因為此,新的無濾波器D類放大器在幾瓦特的功率級別上正在取代原先固定的AB類器件.TI公司推出了用于移動電話,智能手機和PDA的新型D類放大器TPA2010D1.這種2.5W放大器運行在2.5V~5.5V電源上,空閑時電流范圍的最低和最高值分別為3.2mA和4.9mA(見附文:《尋找一個有效的零點》),由邏輯輸入來控制關斷狀態(tài).在關斷狀態(tài)它的靜態(tài)電流可以下降至小于2mA.
TPA2010D1使用九球WCSP(芯片級封裝),每一邊都是1.45mm.這個放大器僅要求三個外部構件:一對把你的信號源和放大器差分對耦合在一起的電阻和一個電源旁路電容.這個差分對可以抑止來自調(diào)整RF時候引起的干擾——這樣的干擾在TDMA和GSM手機中非常普遍.
就像其他制造商做的那樣,TI設置了基于負載阻抗為4Ω、THD為10%的電源標牌,并指定了負載為8Ω時的輸出功率以及這種情況下需要1%的THD.如果你減少輸出功率,那么2010就能達到0.2%甚至更好的THD,在5V,3.6V和2.5V不同電源供電情況下,8Ω負載消耗的功率分別是1W,0.5W和200mW.
與MAX971X相比較,TPA2010D1的供電電壓要比它的輸出電流更加限制把功率傳遞到負載的能力.在D類和AB類放大器的安全工作區(qū)域里面,它們都需要這種性能,根據(jù)這個性能可以確定兩個指標:揚聲器阻抗和工作電壓.暫時先忽略它的輸出阻抗,這個放大器在給定電壓的情況下傳遞的最大功率反比于揚聲器阻抗.不管怎么說,你調(diào)和這種矛盾的能力都是有限的.TPA2010D1指定工作負載是4Ω或者8Ω.把負載阻抗降低到4Ω以下將提高放大器輸出器件上的消耗.輸出FET的開通電阻值隨電源電壓而變化,它的典型值變化范圍是400 mΩ~700 mΩ.不斷地改變放大器的效率的最終結果是放大器的效率將被其內(nèi)部消耗的能量值所限制.
同樣,如果你的應用需要TPA2010D1的小封裝而不是全額定輸出功率,你可以切換到更低的電源電壓從而在更低的功率上來改善其工作效率.
無濾波器D類放大器在輸出端降低了功率,因而在該功率級別上D類放大器要優(yōu)于AB類放大器:美國國家半導體(NS)的1.3W芯片放大器LM4667就是一個例子.NS有著長期出產(chǎn)AB類放大器的成功歷史,幾年前,該公司將其關注的方向擴展到了D類放大器.從芯片制造者的角度來講,轉移到D類放大器既不意味著AB類產(chǎn)品線的終結,也不表明要把它拆分成幾個大的部分,而是說明該公司更愿意把自己的應用焦點集中到每一個新的器件.其他的芯片制造者在成長的市場中表明了自己公司的態(tài)度,它體現(xiàn)在制造商給市場帶來的放大器的特征、功耗、封裝選擇等方面.
我們以LM4667為例,NS對移動電話和PDA的關注促成了九焊錫凸塊micro-SMD封裝,它的邊長是1.5 mm,高是0.6 mm(包括焊錫凸塊).將兩個這樣的焊錫凸塊連到邏輯信號上,通過邏輯信號來選擇放大器的增益—6dB或者12dB—而且能夠激活放大器的關斷狀態(tài).喚醒時間的典型值是5ms,而且轉換是無雜訊的.放大器使用delta-sigma調(diào)制器,根據(jù)NS的說法,它能夠比傳統(tǒng)的PWM(脈寬調(diào)制)更好地抑止噪聲和失真.在3V電壓供電下能夠驅動100mW的有效值,它的THD+N是0.35%.
在高功耗方面的應用
放大器在高功耗方面也有應用,例如家庭音響,家庭影院以及其它超過個人音響的應用.盡管一些結構可能出現(xiàn)第二代設計的影子,但是這些新的芯片能提供更強的特性和改良的性能.
高于幾十個瓦特的D類放大器同樣需要一個控制芯片和一個分離的功率級.控制器的數(shù)字內(nèi)容是這些應用的本質(zhì)特征.很多制造商已經(jīng)議定,可以把系統(tǒng)分割成兩個部分,一個是利用CMOS工藝制造的包括邏輯功能的芯片,一個是利用低密度,高電壓工藝制造的功率器件芯片.
Wolfson Microelectronics公司的WM8606證明了這一趨勢,它是一塊將很多特性封裝到7mm×7mm TQFP-48里面的芯片.WM8606接受4個立體聲系統(tǒng)的PCM輸入,它可能被譯成標準的立體聲或者5.1、6.1或7.1環(huán)繞立體聲.該D類控制器提供7個PWM輸出——6個全帶寬和一個用于子低音擴音器的低帶寬.這塊芯片能夠把5.1、6.1、7.1環(huán)繞立體聲源映射到5.1或者6.1環(huán)繞揚聲器之上.
你可以把輸出配置成CMOS或者 LVDS類型.這種靈活性有助于在較少的嚴格約束下在你的PC主板版圖上控制你的EMI.WM8606與TI和意法半導體(ST)提供的功率級是兼容的.同樣,你可以選擇一個驅動器或者FET(Zetex, Vishay或Fairchild可以提供).該控制器可以和一個在30W時提供96dB的SNR 和0.1%的THD的完整功率級組合在一起.
控制器針對不同型號的揚聲器提供了一個四波段均衡器和可選擇的高頻補償.每個聲道獨立的音量控制以0.5dB的步長覆蓋了從-103.5dB~+24dB的范圍.同時WM8606也為每個聲道提供了動態(tài)峰值抑制,用以預防在增益和均衡的組合大于0dB時的數(shù)字削波.
我們可以通過一個簡單的串行接口來控制削波的內(nèi)部特征.控制器可以提供16位、20位、24位、32位字節(jié)和所有從32Ksps~192Ksps的標準傳輸率.Zetex是通過ZXCW8100S28立體聲控制器進入D類放大器市場的.這塊芯片具有一個完整的雙聲道放大器,并具有驅動和功率FET(也可以在Zetex獲得).這是我在一個ZXCW502CEVAL評估板調(diào)查這個項目是聽到過的三個D類放大器之一.在ZXCW502CEVAL評估板上的ZXCW8100S28是一個非?!扒鍧崱钡姆糯笃?它在電阻為4 Ω、功率為1W時具有118dB的SNR和0.021%的THD;在電阻為8Ω、功率為10W時THD+N曲線保持在0.1%以下,在20W時也只是提高到1.2%.
ZXCW8100S28可以接收16位、24位和32位數(shù)據(jù),速率從32 Ksps~192Ksps.這塊芯片的32位信號處理器提供音量、低音和高音控制、削波控制和開關器件補償.該芯片還具有一個獨家擁有的濾波算法——ZTA,制造商宣稱可以改善瞬態(tài)分辨率和立體聲效果.
TI和NS都提供控制器/功率放大級的組合方案,而且針對不同的應用有不同的處理能力和價格.TI的TAS5508可以接收32Ksps~192Ksps標準字傳輸率的8聲道PCM.TI的TAS5508采用TQFP-64封裝,連接于一個具有32位數(shù)據(jù)通道、48位音頻處理、76位累加器的DSP.
增益控制以0.25dB為步長,能覆蓋-100Db~+36dB.雙級高音和低音控制及六波段參數(shù)均衡器提供了靈活的用戶界面控制和揚聲器/環(huán)境補償.抑制、響度、補償、低音管理、采樣速率轉化都在這塊控制器特性列表上.
你可以通過選擇TI的能量轉換級列表找到基于TAS5508的產(chǎn)品,里面包含了100W rms 的TAS5121.顯而易見,制造商大方地公布D類放大器的額定功率,這個數(shù)字雖然是可以達到的,但同時可能是不能令人滿意的——在理解制造商的數(shù)據(jù)手冊時要記住這個事實.例如TAS5508在100W rms時驅動4Ω負載的THD為10%.在相同的負載下,在80W rms時能量轉換級具有0.2%的THD,而在1W rms時是0.05%.另外,大多數(shù)音樂和語音的振幅因數(shù)表明全功率運行只能是偶然的現(xiàn)象,而且如果希望這樣,還應該考慮揚聲器性能.
NS的LM4651控制器和LM4652能量轉換級為有源子低音擴音器、自動升壓放大器和自供電全程揚聲器提供了一個單聲道、模擬輸入的放大器芯片組.雖然通孔封裝現(xiàn)在很少見——LM4651采用MDIP-28封裝、LM4652采用TO-220-15,但這個芯片組為應用產(chǎn)品提供了廉價的170W放大器.通常,標簽上的額定功率是在10% THD點給出的——驅動4Ω電阻,而在1% THD點時則為125W,此時的A-權重SNR為92dB.
尋找一個有效的零點
因為許多復雜的性能都是由一個簡單的值來確定的,所以放大器額定功率就具有一定的重要性.他們沒有講述人們最感興趣或最相關的部分,但至少講述了最容易計算和最希望表達的部分.
因而,從每次充電后工作時間的角度來看,放大器的額定功率不一定符合終端用戶的經(jīng)驗.如果你用不同的調(diào)制方案(通常都是在超越額定值的情況下)對放大器進行比較的話,這一點通常都是正確的.
問題在于產(chǎn)生一個有效的零點.簡單的D類設計使用一個簡單的脈寬調(diào)制器和一個輸出橋(見圖3a).在零信號輸入時,沒有能量通過揚聲器釋放出來.而濾波器里的非零電流增加了I2R損失.
阻尼三重調(diào)制技術(Apogee Technology公司的一種方案,STMicroelectronics公司的采用DDX技術的放大器也使用此方案)通過間斷地讓輸出器件工作來減少零信號附近的振蕩(見圖3b).這個很小的由阻尼三重調(diào)制模塊確定的最小占空比可以讓系統(tǒng)通過去除不理想的切換來減少信號交叉附近的殘余失真.根據(jù)Apogee公司,這種調(diào)制方法和直接的二進制方法相比將載波能量減少了16dB.
阻尼三重調(diào)制在便攜式應用中的一個缺點是它要求一個雙極電源.
TI有一個比較新用于無濾波輸出的方法,它在零信號時在同通常模式下處理放大器的輸出信號.(見圖3c).理論上,這種方法在零信號出沒有振蕩.當信號電壓遠離零點時,兩個輸出的脈寬開始變化,導致?lián)P聲器終端的信號不一致.
當評估放大器的好壞時,就要檢測他們的全功率和空閑電流.確保你所評估的放大器是在相同的電源、相同的信號和相同的負載條件下提供了這些規(guī)格參數(shù).例如,你不可以將一個放大器在無負載情況下的空閑電流和另一個放大器接入負載時的空閑電流進行比較.
常見問題
如果你是一個EDN的忠實讀者,或者你參加工業(yè)研討會,你可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)智能分割器的話題經(jīng)常出現(xiàn).大多數(shù)情況下這個問題的出現(xiàn)是在IC設計者要調(diào)和在采用已有加工和封裝工藝的功能模塊時出現(xiàn)的完全不同的要求——都是高概念材料.
但事實是IC設計者所做的分離決策會影響到OEM設計者所承擔的設計任務.問題是一個IC設計者的關于智能分割器的觀點——雖然它可能是已經(jīng)深思熟慮的并且是無懈可擊的——仍可能和OEM設計者的從一個系統(tǒng)角度對智能化分割的觀點相互沖突.
值得稱贊的是,IC制造商花了大量的精力和資源來開發(fā)參考設計,建立并儲備評估板,培訓并安排應用支持工程師,并將常見問題的答案公布在他們的網(wǎng)站上.從銷售D類放大器芯片的IC制造商那里所能得到的客戶支持的水平是極高的.經(jīng)驗表明,不管我們所用的是一個單片型器件,或是一個控制器/能量轉換級芯片組,還是一個控制器/驅動/功率FET,這種水平的支持都是需要的.事實上,應用工程師在為D類放大器做技術支持時碰到的最多的問題是:
● 我應該怎樣在電路板上布線?
● 我應該在哪里放置外部無源元件?
● 外部元件的最佳值是什么?
仔細閱讀制造商的數(shù)據(jù)手冊和操作說明書應該可以在大多數(shù)的應用場合回答這些問題,但是,因為放大器必須要和周圍的器件相互配合,你可用的板上空間看上去可能和參考設計不同.你可能也要關心放大器和周圍電路的相互作用,或者是由寄生耦合產(chǎn)生,或者是通過電源產(chǎn)生——對于你的版圖設計特有的擔心以及對于參考設計不正常運行的擔心.
箱子外面的箱子
在一個對10Gb以太網(wǎng)或者40Gb光纖通信已經(jīng)不再陌生的工業(yè)里,一個可以在20Hz~20kHz的窄帶里、在適當?shù)谋U鏃l件下復制信號的簡單的增益模塊所消耗的時間和能量是值得關注的.高端和專業(yè)箱級音頻元件的制造商認識到增益模塊只是一種方法而不是一個結束.從某種程度上講,賣點已不再是性能而是其他一些特性,這些特性結合在一起定義了產(chǎn)品的功能并形成了終端用戶的經(jīng)驗.隨著專用音頻元件的聲速品質(zhì)的提高,它的特性、適應性以及用戶界面設計變成了更加可確定的比較點.可能有點荒謬,如果放大器已經(jīng)足夠好了,那么它也可以反過來使系統(tǒng)設計者受益,而OEM設計者可以集中力量于特性、適應性和用戶界面的改進,以此來和同一市場里的高端產(chǎn)品區(qū)別開來.
D2Audio公司提供了一系列新型放大器,以使OEM設計者可以放掉一部分工作來專注于關鍵途徑上的任務并縮短產(chǎn)品上市的總時間.
雖然都是基于相同的架構,但D2Audio公司的各種模型為特定的應用提供了特定的性能、屬性和聲道數(shù).例如XR125是為A/V接收器和家庭影院設計的;XM100是為分布式音頻多媒體房間設計的;XC100是為分布式商業(yè)音頻放大設計的;XS250是為有源監(jiān)視器設計的.放大器版圖設計、部件選擇、門驅動的完整性以及濾波設計是模塊內(nèi)部涉及到的全部內(nèi)容.你只需要把音頻輸入、揚聲器輸出、一個電源和一個簡單的控制界面連接起來,就可以將你的精力全部集中于客戶的需求,而不是放大器的需求.D2Audio公司將輸出級在插入式子卡上實現(xiàn),子卡可以提供即時輸出功率的檢測.因為子卡是嵌入在D2Audio控制器的反饋環(huán)內(nèi)部的,所以控制器和接口軟件不需要為適應不同的輸出級而改變.
輸入結構適用于你能找到的所有D類放大器上.你可以用采用均衡AES/EBU格式、非均衡SPDIF格式或者16~24位的32ksps~192ksps的采樣率的原始I2C接口來連接數(shù)字音頻.可選的接口包括了一個支持legacy信號源的模擬端口.
不管你選擇哪種信號源,輸入信號會經(jīng)過一個采樣率轉換器和一個自適應PCM/PWM轉換器、一個電平轉換器、一個門驅動電路、輸出功率MOSFET器件和一個濾波器.放大器的信號處理核心是一個獨家擁有的ASIC(專用集成電路芯片),它集成了一個低電平信號鏈,并添加了一個DSP,獨家擁有的信號驅動補償,和一個給DSP提供反饋信號的優(yōu)化模塊.反饋通路將放大器的SNR改善了23dB,并將THD+N在1kH時減少了15 dB~19dB.DSP有足夠的額外處理能力來運行為產(chǎn)品差異而設計的OEM算法.
例如XR125這塊芯片,提供了7個通道,分別可以在125W下驅動8Ω負載.在功率為1W時失真率為0.05%.放大器的SNR要優(yōu)于105dB,從20Hz~20kHz范圍內(nèi)的幅頻響應的變化保持在0.5dB之內(nèi).
XR125提供了可編程的語調(diào)控制,音量控制和一個5波段參數(shù)均衡器.語調(diào)輸出有幾個特點:采用動態(tài)范圍壓縮技術以防止削波,可調(diào)延遲時間以補償由揚聲器的位置造成的聲音延遲,還有一個3波段參數(shù)均衡器用于補償揚聲器的不足和特殊房間產(chǎn)生的聲學影響.
你可以通過一個標準二線式串行接口和軟件控制的應用程序接口來控制放大器.D2Audio也提供了D2Audio Canvas GUI(圖形用戶界面)來加快產(chǎn)品開發(fā)和用戶定制.
我試聽了D2Audio的首席設計師設計的一個產(chǎn)品原型,并和Perreaux公司的一個A類放大器進行對比,該A類放大器的價格將近是前者的20倍.不過,D2Audio的產(chǎn)品并沒有取勝.雖然差異還比較明顯,但是聲音的差異相比他們價格的差異來說顯得小多了.
在試聽中唯一令人失望的是當我們用D2Audio的可選ADC試聽時丟失了當放大器通過它的數(shù)字輸入通道處理信號時產(chǎn)生的透明度和三維效果.因為首席設計師和我都在房間里,所以當幾天后我們聽說那塊我們之前聽到過的ADC芯片已經(jīng)不再列在打印列表里,并且設計團隊已經(jīng)選擇了一塊新的器件,一塊能更好的與放大器的聲音質(zhì)量配合的芯片時,我們并不感到奇怪.在接下來的試聽過程中,我們通過同軸SPDIF連接直接從CD播放器獲得數(shù)據(jù),并得到了滿意的結果.
作者:Joshua Israelsohn EDN技術編輯
如果你仔細想一下,你會發(fā)現(xiàn)音頻放大器只是一種和人們想象一樣的概念上很簡單的器件.傳統(tǒng)意義上講,它能夠精確的完成一個功能——乘以一個常數(shù)——即使是高精度也是如此.在音頻放大器中可允許的諧波失真度,至少需要滿足規(guī)范書上要求的用途,根據(jù)最低水平和最高水平的應用它被粗略的限定在1%到0.0003%之間.在本文中,D類放大器有一個特別之處,就是可以快速地讓它們的輸出級在不同的電源軌之間進行轉化,這已不像1958年第一次提出時使用的那種方法.
你可以選擇多種方式對D類放大器的商業(yè)化歷史進行分段,因為這種分段是沒有確切答案的.從我的觀點來看,商業(yè)市場上出現(xiàn)過三代D類放大器設計,第一代的范例是由托卡塔設計的TacT Millennium.證實了D類放大器的概念,但是討論出來的最終結果是該技術還不能提供足夠性能.這使第一代的放大器把關注的焦點由可能性轉移到實用性,目標由設計可以工作的器件變成了設計具有廣闊市場需求的器件.
第二代D類放大器通過兩個方面的改進解決了廣闊市場需求的挑戰(zhàn).第一個方面是使其變得相對緊湊而且價格可以承受,第二個方面是在低功耗性能上的表現(xiàn)應與大多數(shù)消費級AB類設計接近甚至更好.原始設備制造商(OEM)節(jié)省了電源和封裝上的花費,但是必須去理解不熟悉的技術、易受影響的版圖和需要很多外圍構件的控制器芯片.
第二代D類放大器針對制造商市場目標提供了一系列產(chǎn)品.比如一個來自Tripath公司的典型器件,它把一個用于模擬源信號的相對簡單的PWM和一個集成的輸出級以及片外濾波器組合在一起.而其他的制造商,特別是德州儀器、Cirrus Logic和Apogee Technology則特別重視用于PCM源的帶片外輸出級的放大器.這些放大器需要更復雜的前端功能——否則你可能需要一個立體聲前置放大器,注意它不是功率放大器,這些功能包括源選擇,音量,平衡和音調(diào)控制——由于PCM源常常不是用戶可以控制的.這些附加的功能增加額外的復雜性,因為數(shù)字信號路徑需要為低電位計找到一個簡單的數(shù)字替代品.
最近一段時間,在OEM和D類芯片設計者之間有了非常大的協(xié)作.這個趨勢的起源可以從兩個方面來講,OEM設計者可以更好的理解D類的優(yōu)勢,并且為芯片制造者提供市場機會和需求方面的更加深入的觀點.同時,芯片設計者也深入地了解到了市場反饋,解決了幾個第二代設計中的重要缺陷,其結果是大量的第三代產(chǎn)品更好地集中于特定應用需求而不會像它的前代那樣.
為什么選擇D類放大器
以液晶面板為特征的顯示器和電視機——事實上是所有這種屏幕,因為吹玻璃工人的時代已經(jīng)過去了——例證了一個趨勢.這些系統(tǒng)的大多數(shù)都集成有需要放大器的小揚聲器,這些放大器消耗6瓦到十幾瓦的功率.不僅僅是內(nèi)部結構,就連揚聲器本身都是一個嚴峻的挑戰(zhàn).另外,LCD的象素顏色是基于溫度的函數(shù),盡管調(diào)整象素顏色的電流狀態(tài)提供了一個線性補償?shù)拇笾螺喞?但它仍不能調(diào)節(jié)熱點.系統(tǒng)封裝的目標需要設計者以LCD面板三個軸大小為基礎最小化系統(tǒng)的尺寸.由于沒有用于熱源的額外空間,重量和花費的設計預算,所以就提出了把這些組合并構成這些應用的簡單規(guī)則:你一定不能浪費.
D類放大器效率較高的好處是拓展了制冷器的使用,當電源作為顯示的一部分或者壁式電源的時候,把它應用于D類放大器相對于同級別的AB類放大器會更小、更便宜.
正因為此,近來市場中出現(xiàn)了基于LCD的娛樂和計算機顯示用D類放大器.這些中的一些器件采用了消除了輸出濾波器的改良的調(diào)制方案.盡管沒有輸出濾波器,但是一些制造商聲稱這些器件的EMI發(fā)射與那些裝配輸出濾波器的第二代放大器相當甚至更小.(見附文:《發(fā)出或者發(fā)現(xiàn)EMI》).
適用于平板顯示應用的放大器的例子有Maxim公司的MAX9713 單聲道芯片和MAX9714無濾波器立體聲放大器芯片.它們都可以用TQFN-32封裝.這些器件提供三個管腳的可編程調(diào)制頻率和擴頻譜模式,通過把發(fā)射能量分散在一個以335kHz為中心±7%的波段上來減少EMI.該放大器已經(jīng)通過了運行14英寸揚聲器的FCC發(fā)射標準.
標明6W的放大器,其數(shù)量反映了帶8Ω負載其總諧波失真是10%.雖然6W的要求作為一種規(guī)范首先會讓你受到打擊,但是引用標簽上的10% THD(總諧波失真)的功率是一種通用的工業(yè)慣例(可能會讓人感到可惜).將MAX9713的典型失真規(guī)范與之相比后會發(fā)現(xiàn),對于同樣的8Ω負載在4W時的THD是0.007%,電源供應電壓的范圍從10V~25V.制造商會提供一個15V標準電壓上的性能規(guī)范.如果稍微深入閱讀規(guī)范表格,你就會發(fā)現(xiàn)輸出時電流限制多于電壓限制,這提示你在使用4Ω負載時不要增加電源數(shù)目.
MAX9713 和MAX9714同樣提供3Db的步長,覆蓋了從13dB~22dB的管腳可選擇增益.該放大器提供差分對輸入,但是你也可以把不用的那個輸入端交流耦合到地,然后用一個單端源來驅動該輸入差分對.
就像最近出現(xiàn)的大多數(shù)放大器一樣,MAX9713/14上電的時候不會在它的輸出端產(chǎn)生開關切換雜訊(pop&click).從技術革新的觀點上來看,幾乎沒有理由去選擇一款不帶有開關切換雜訊的放大器.
德州儀器(TI)公司的TPA3002D2是一個提供兩個9W聲道和一對用于可選擇式耳機的前置放大輸出的12V放大器(見圖1).與那些通過邏輯接口控制音量的放大器不同的是,它采用直流電壓控制其音量.你的用戶接口可以像電壓計那么簡單,你能夠利用DAC來驅動控制節(jié)點.放大器的增益范圍是-40Db~+36dB.
TPA3002D2在電阻為8Ω、功率為3W時具有96dB的SNR(信噪比)和好于0.25%的THD.圖1的評估板已經(jīng)在EDN編輯辦公室里面放了幾個月了,在這里它成了房屋系統(tǒng)的一部分,驅動著一組Tannoy Proto-J 型號的顯示器,而并不是設計者所想象的負載.為了使條件更差,我們使用的電源比這個任務所需要的更小一點.結果超出我們的預期——削減到比使用正常大小的電源時更低的音量時,噪聲基準(noise floor)在離散分布的瞬時音樂處有所升高.起初,我以為這種現(xiàn)象是那些因為沒有全程監(jiān)測而被標記的放大器的不幸產(chǎn)物.然而后來我開始懷疑這些過多的噪聲與瞬時大信號之后的軟電源輸出行為有著直接關系,而且一個合適的電源在更大的音量時會提供更好的逼真以及更少的噪聲.
發(fā)出或者發(fā)現(xiàn)EMI
隨著芯片生產(chǎn)商盡力將D類放大器描述成非常高效的AB類放大器的簡易替代者,兩類放大器之間的基本差異得到了更多的關注.也就是說,這些概念沒有流產(chǎn),而且第三代的芯片超越了第二代的芯片.
其中一個你不能忽略的差異是EMI發(fā)射.線性音頻放大器不產(chǎn)生EMI,所以許多設計者不會在與電源不相關的部分考慮這個問題.但是,D類放大器的波譜要遠比聲音的波譜范圍要大.調(diào)制器的工作頻率通常會在幾百kHz,邊沿上升和下降時間在納秒級,波譜的干擾在MHz級.
雖然EMI的能量可能是由芯片放大器產(chǎn)生的,但這個問題卻一直是系統(tǒng)設計的一個焦點問題.檢查由所需部件的數(shù)據(jù)手冊提供的寬帶波譜,將D類放大器的EMI發(fā)射作為整個EMI管理計劃的一部分.
一些放大器允許你選擇模塊的頻率,這樣可以將發(fā)射的頻率移到應用敏感的波譜以外.一些放大器包含擴頻模塊,將發(fā)射的能量分散到一個波段上,這樣就能減小波峰.
芯片制造商進行參考設計的目的之一就是要尋找一個版圖設計將EMI發(fā)射降低到最小.但是,到最后你的應用設計肯定要決定所允許的發(fā)射水平,你的設計必須符合這個標準.通用高速版圖技術已經(jīng)被應用,包括使到外部元件的連線盡量短以及考慮接地系統(tǒng)的設計.
沒有濾波的D類放大器可能要求有限長度的揚聲器反饋,這就迫使你將放大器放在負載的附近.單端放大器的出現(xiàn)使這種設計變得簡單并且使D類放大器結構比AB類放大器更小,成本更低,而且效率更高.
可移動領域的應用
幾乎沒有什么比充電后運行時間這個指標更能打動便攜式市場的了.正因為此,新的無濾波器D類放大器在幾瓦特的功率級別上正在取代原先固定的AB類器件.TI公司推出了用于移動電話,智能手機和PDA的新型D類放大器TPA2010D1.這種2.5W放大器運行在2.5V~5.5V電源上,空閑時電流范圍的最低和最高值分別為3.2mA和4.9mA(見附文:《尋找一個有效的零點》),由邏輯輸入來控制關斷狀態(tài).在關斷狀態(tài)它的靜態(tài)電流可以下降至小于2mA.
TPA2010D1使用九球WCSP(芯片級封裝),每一邊都是1.45mm.這個放大器僅要求三個外部構件:一對把你的信號源和放大器差分對耦合在一起的電阻和一個電源旁路電容.這個差分對可以抑止來自調(diào)整RF時候引起的干擾——這樣的干擾在TDMA和GSM手機中非常普遍.
就像其他制造商做的那樣,TI設置了基于負載阻抗為4Ω、THD為10%的電源標牌,并指定了負載為8Ω時的輸出功率以及這種情況下需要1%的THD.如果你減少輸出功率,那么2010就能達到0.2%甚至更好的THD,在5V,3.6V和2.5V不同電源供電情況下,8Ω負載消耗的功率分別是1W,0.5W和200mW.
與MAX971X相比較,TPA2010D1的供電電壓要比它的輸出電流更加限制把功率傳遞到負載的能力.在D類和AB類放大器的安全工作區(qū)域里面,它們都需要這種性能,根據(jù)這個性能可以確定兩個指標:揚聲器阻抗和工作電壓.暫時先忽略它的輸出阻抗,這個放大器在給定電壓的情況下傳遞的最大功率反比于揚聲器阻抗.不管怎么說,你調(diào)和這種矛盾的能力都是有限的.TPA2010D1指定工作負載是4Ω或者8Ω.把負載阻抗降低到4Ω以下將提高放大器輸出器件上的消耗.輸出FET的開通電阻值隨電源電壓而變化,它的典型值變化范圍是400 mΩ~700 mΩ.不斷地改變放大器的效率的最終結果是放大器的效率將被其內(nèi)部消耗的能量值所限制.
同樣,如果你的應用需要TPA2010D1的小封裝而不是全額定輸出功率,你可以切換到更低的電源電壓從而在更低的功率上來改善其工作效率.
無濾波器D類放大器在輸出端降低了功率,因而在該功率級別上D類放大器要優(yōu)于AB類放大器:美國國家半導體(NS)的1.3W芯片放大器LM4667就是一個例子.NS有著長期出產(chǎn)AB類放大器的成功歷史,幾年前,該公司將其關注的方向擴展到了D類放大器.從芯片制造者的角度來講,轉移到D類放大器既不意味著AB類產(chǎn)品線的終結,也不表明要把它拆分成幾個大的部分,而是說明該公司更愿意把自己的應用焦點集中到每一個新的器件.其他的芯片制造者在成長的市場中表明了自己公司的態(tài)度,它體現(xiàn)在制造商給市場帶來的放大器的特征、功耗、封裝選擇等方面.
我們以LM4667為例,NS對移動電話和PDA的關注促成了九焊錫凸塊micro-SMD封裝,它的邊長是1.5 mm,高是0.6 mm(包括焊錫凸塊).將兩個這樣的焊錫凸塊連到邏輯信號上,通過邏輯信號來選擇放大器的增益—6dB或者12dB—而且能夠激活放大器的關斷狀態(tài).喚醒時間的典型值是5ms,而且轉換是無雜訊的.放大器使用delta-sigma調(diào)制器,根據(jù)NS的說法,它能夠比傳統(tǒng)的PWM(脈寬調(diào)制)更好地抑止噪聲和失真.在3V電壓供電下能夠驅動100mW的有效值,它的THD+N是0.35%.
在高功耗方面的應用
放大器在高功耗方面也有應用,例如家庭音響,家庭影院以及其它超過個人音響的應用.盡管一些結構可能出現(xiàn)第二代設計的影子,但是這些新的芯片能提供更強的特性和改良的性能.
高于幾十個瓦特的D類放大器同樣需要一個控制芯片和一個分離的功率級.控制器的數(shù)字內(nèi)容是這些應用的本質(zhì)特征.很多制造商已經(jīng)議定,可以把系統(tǒng)分割成兩個部分,一個是利用CMOS工藝制造的包括邏輯功能的芯片,一個是利用低密度,高電壓工藝制造的功率器件芯片.
Wolfson Microelectronics公司的WM8606證明了這一趨勢,它是一塊將很多特性封裝到7mm×7mm TQFP-48里面的芯片.WM8606接受4個立體聲系統(tǒng)的PCM輸入,它可能被譯成標準的立體聲或者5.1、6.1或7.1環(huán)繞立體聲.該D類控制器提供7個PWM輸出——6個全帶寬和一個用于子低音擴音器的低帶寬.這塊芯片能夠把5.1、6.1、7.1環(huán)繞立體聲源映射到5.1或者6.1環(huán)繞揚聲器之上.
你可以把輸出配置成CMOS或者 LVDS類型.這種靈活性有助于在較少的嚴格約束下在你的PC主板版圖上控制你的EMI.WM8606與TI和意法半導體(ST)提供的功率級是兼容的.同樣,你可以選擇一個驅動器或者FET(Zetex, Vishay或Fairchild可以提供).該控制器可以和一個在30W時提供96dB的SNR 和0.1%的THD的完整功率級組合在一起.
控制器針對不同型號的揚聲器提供了一個四波段均衡器和可選擇的高頻補償.每個聲道獨立的音量控制以0.5dB的步長覆蓋了從-103.5dB~+24dB的范圍.同時WM8606也為每個聲道提供了動態(tài)峰值抑制,用以預防在增益和均衡的組合大于0dB時的數(shù)字削波.
我們可以通過一個簡單的串行接口來控制削波的內(nèi)部特征.控制器可以提供16位、20位、24位、32位字節(jié)和所有從32Ksps~192Ksps的標準傳輸率.Zetex是通過ZXCW8100S28立體聲控制器進入D類放大器市場的.這塊芯片具有一個完整的雙聲道放大器,并具有驅動和功率FET(也可以在Zetex獲得).這是我在一個ZXCW502CEVAL評估板調(diào)查這個項目是聽到過的三個D類放大器之一.在ZXCW502CEVAL評估板上的ZXCW8100S28是一個非?!扒鍧崱钡姆糯笃?它在電阻為4 Ω、功率為1W時具有118dB的SNR和0.021%的THD;在電阻為8Ω、功率為10W時THD+N曲線保持在0.1%以下,在20W時也只是提高到1.2%.
ZXCW8100S28可以接收16位、24位和32位數(shù)據(jù),速率從32 Ksps~192Ksps.這塊芯片的32位信號處理器提供音量、低音和高音控制、削波控制和開關器件補償.該芯片還具有一個獨家擁有的濾波算法——ZTA,制造商宣稱可以改善瞬態(tài)分辨率和立體聲效果.
TI和NS都提供控制器/功率放大級的組合方案,而且針對不同的應用有不同的處理能力和價格.TI的TAS5508可以接收32Ksps~192Ksps標準字傳輸率的8聲道PCM.TI的TAS5508采用TQFP-64封裝,連接于一個具有32位數(shù)據(jù)通道、48位音頻處理、76位累加器的DSP.
增益控制以0.25dB為步長,能覆蓋-100Db~+36dB.雙級高音和低音控制及六波段參數(shù)均衡器提供了靈活的用戶界面控制和揚聲器/環(huán)境補償.抑制、響度、補償、低音管理、采樣速率轉化都在這塊控制器特性列表上.
你可以通過選擇TI的能量轉換級列表找到基于TAS5508的產(chǎn)品,里面包含了100W rms 的TAS5121.顯而易見,制造商大方地公布D類放大器的額定功率,這個數(shù)字雖然是可以達到的,但同時可能是不能令人滿意的——在理解制造商的數(shù)據(jù)手冊時要記住這個事實.例如TAS5508在100W rms時驅動4Ω負載的THD為10%.在相同的負載下,在80W rms時能量轉換級具有0.2%的THD,而在1W rms時是0.05%.另外,大多數(shù)音樂和語音的振幅因數(shù)表明全功率運行只能是偶然的現(xiàn)象,而且如果希望這樣,還應該考慮揚聲器性能.
NS的LM4651控制器和LM4652能量轉換級為有源子低音擴音器、自動升壓放大器和自供電全程揚聲器提供了一個單聲道、模擬輸入的放大器芯片組.雖然通孔封裝現(xiàn)在很少見——LM4651采用MDIP-28封裝、LM4652采用TO-220-15,但這個芯片組為應用產(chǎn)品提供了廉價的170W放大器.通常,標簽上的額定功率是在10% THD點給出的——驅動4Ω電阻,而在1% THD點時則為125W,此時的A-權重SNR為92dB.
尋找一個有效的零點
因為許多復雜的性能都是由一個簡單的值來確定的,所以放大器額定功率就具有一定的重要性.他們沒有講述人們最感興趣或最相關的部分,但至少講述了最容易計算和最希望表達的部分.
因而,從每次充電后工作時間的角度來看,放大器的額定功率不一定符合終端用戶的經(jīng)驗.如果你用不同的調(diào)制方案(通常都是在超越額定值的情況下)對放大器進行比較的話,這一點通常都是正確的.
問題在于產(chǎn)生一個有效的零點.簡單的D類設計使用一個簡單的脈寬調(diào)制器和一個輸出橋(見圖3a).在零信號輸入時,沒有能量通過揚聲器釋放出來.而濾波器里的非零電流增加了I2R損失.
阻尼三重調(diào)制技術(Apogee Technology公司的一種方案,STMicroelectronics公司的采用DDX技術的放大器也使用此方案)通過間斷地讓輸出器件工作來減少零信號附近的振蕩(見圖3b).這個很小的由阻尼三重調(diào)制模塊確定的最小占空比可以讓系統(tǒng)通過去除不理想的切換來減少信號交叉附近的殘余失真.根據(jù)Apogee公司,這種調(diào)制方法和直接的二進制方法相比將載波能量減少了16dB.
阻尼三重調(diào)制在便攜式應用中的一個缺點是它要求一個雙極電源.
TI有一個比較新用于無濾波輸出的方法,它在零信號時在同通常模式下處理放大器的輸出信號.(見圖3c).理論上,這種方法在零信號出沒有振蕩.當信號電壓遠離零點時,兩個輸出的脈寬開始變化,導致?lián)P聲器終端的信號不一致.
當評估放大器的好壞時,就要檢測他們的全功率和空閑電流.確保你所評估的放大器是在相同的電源、相同的信號和相同的負載條件下提供了這些規(guī)格參數(shù).例如,你不可以將一個放大器在無負載情況下的空閑電流和另一個放大器接入負載時的空閑電流進行比較.
常見問題
如果你是一個EDN的忠實讀者,或者你參加工業(yè)研討會,你可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)智能分割器的話題經(jīng)常出現(xiàn).大多數(shù)情況下這個問題的出現(xiàn)是在IC設計者要調(diào)和在采用已有加工和封裝工藝的功能模塊時出現(xiàn)的完全不同的要求——都是高概念材料.
但事實是IC設計者所做的分離決策會影響到OEM設計者所承擔的設計任務.問題是一個IC設計者的關于智能分割器的觀點——雖然它可能是已經(jīng)深思熟慮的并且是無懈可擊的——仍可能和OEM設計者的從一個系統(tǒng)角度對智能化分割的觀點相互沖突.
值得稱贊的是,IC制造商花了大量的精力和資源來開發(fā)參考設計,建立并儲備評估板,培訓并安排應用支持工程師,并將常見問題的答案公布在他們的網(wǎng)站上.從銷售D類放大器芯片的IC制造商那里所能得到的客戶支持的水平是極高的.經(jīng)驗表明,不管我們所用的是一個單片型器件,或是一個控制器/能量轉換級芯片組,還是一個控制器/驅動/功率FET,這種水平的支持都是需要的.事實上,應用工程師在為D類放大器做技術支持時碰到的最多的問題是:
● 我應該怎樣在電路板上布線?
● 我應該在哪里放置外部無源元件?
● 外部元件的最佳值是什么?
仔細閱讀制造商的數(shù)據(jù)手冊和操作說明書應該可以在大多數(shù)的應用場合回答這些問題,但是,因為放大器必須要和周圍的器件相互配合,你可用的板上空間看上去可能和參考設計不同.你可能也要關心放大器和周圍電路的相互作用,或者是由寄生耦合產(chǎn)生,或者是通過電源產(chǎn)生——對于你的版圖設計特有的擔心以及對于參考設計不正常運行的擔心.
箱子外面的箱子
在一個對10Gb以太網(wǎng)或者40Gb光纖通信已經(jīng)不再陌生的工業(yè)里,一個可以在20Hz~20kHz的窄帶里、在適當?shù)谋U鏃l件下復制信號的簡單的增益模塊所消耗的時間和能量是值得關注的.高端和專業(yè)箱級音頻元件的制造商認識到增益模塊只是一種方法而不是一個結束.從某種程度上講,賣點已不再是性能而是其他一些特性,這些特性結合在一起定義了產(chǎn)品的功能并形成了終端用戶的經(jīng)驗.隨著專用音頻元件的聲速品質(zhì)的提高,它的特性、適應性以及用戶界面設計變成了更加可確定的比較點.可能有點荒謬,如果放大器已經(jīng)足夠好了,那么它也可以反過來使系統(tǒng)設計者受益,而OEM設計者可以集中力量于特性、適應性和用戶界面的改進,以此來和同一市場里的高端產(chǎn)品區(qū)別開來.
D2Audio公司提供了一系列新型放大器,以使OEM設計者可以放掉一部分工作來專注于關鍵途徑上的任務并縮短產(chǎn)品上市的總時間.
雖然都是基于相同的架構,但D2Audio公司的各種模型為特定的應用提供了特定的性能、屬性和聲道數(shù).例如XR125是為A/V接收器和家庭影院設計的;XM100是為分布式音頻多媒體房間設計的;XC100是為分布式商業(yè)音頻放大設計的;XS250是為有源監(jiān)視器設計的.放大器版圖設計、部件選擇、門驅動的完整性以及濾波設計是模塊內(nèi)部涉及到的全部內(nèi)容.你只需要把音頻輸入、揚聲器輸出、一個電源和一個簡單的控制界面連接起來,就可以將你的精力全部集中于客戶的需求,而不是放大器的需求.D2Audio公司將輸出級在插入式子卡上實現(xiàn),子卡可以提供即時輸出功率的檢測.因為子卡是嵌入在D2Audio控制器的反饋環(huán)內(nèi)部的,所以控制器和接口軟件不需要為適應不同的輸出級而改變.
輸入結構適用于你能找到的所有D類放大器上.你可以用采用均衡AES/EBU格式、非均衡SPDIF格式或者16~24位的32ksps~192ksps的采樣率的原始I2C接口來連接數(shù)字音頻.可選的接口包括了一個支持legacy信號源的模擬端口.
不管你選擇哪種信號源,輸入信號會經(jīng)過一個采樣率轉換器和一個自適應PCM/PWM轉換器、一個電平轉換器、一個門驅動電路、輸出功率MOSFET器件和一個濾波器.放大器的信號處理核心是一個獨家擁有的ASIC(專用集成電路芯片),它集成了一個低電平信號鏈,并添加了一個DSP,獨家擁有的信號驅動補償,和一個給DSP提供反饋信號的優(yōu)化模塊.反饋通路將放大器的SNR改善了23dB,并將THD+N在1kH時減少了15 dB~19dB.DSP有足夠的額外處理能力來運行為產(chǎn)品差異而設計的OEM算法.
例如XR125這塊芯片,提供了7個通道,分別可以在125W下驅動8Ω負載.在功率為1W時失真率為0.05%.放大器的SNR要優(yōu)于105dB,從20Hz~20kHz范圍內(nèi)的幅頻響應的變化保持在0.5dB之內(nèi).
XR125提供了可編程的語調(diào)控制,音量控制和一個5波段參數(shù)均衡器.語調(diào)輸出有幾個特點:采用動態(tài)范圍壓縮技術以防止削波,可調(diào)延遲時間以補償由揚聲器的位置造成的聲音延遲,還有一個3波段參數(shù)均衡器用于補償揚聲器的不足和特殊房間產(chǎn)生的聲學影響.
你可以通過一個標準二線式串行接口和軟件控制的應用程序接口來控制放大器.D2Audio也提供了D2Audio Canvas GUI(圖形用戶界面)來加快產(chǎn)品開發(fā)和用戶定制.
我試聽了D2Audio的首席設計師設計的一個產(chǎn)品原型,并和Perreaux公司的一個A類放大器進行對比,該A類放大器的價格將近是前者的20倍.不過,D2Audio的產(chǎn)品并沒有取勝.雖然差異還比較明顯,但是聲音的差異相比他們價格的差異來說顯得小多了.
在試聽中唯一令人失望的是當我們用D2Audio的可選ADC試聽時丟失了當放大器通過它的數(shù)字輸入通道處理信號時產(chǎn)生的透明度和三維效果.因為首席設計師和我都在房間里,所以當幾天后我們聽說那塊我們之前聽到過的ADC芯片已經(jīng)不再列在打印列表里,并且設計團隊已經(jīng)選擇了一塊新的器件,一塊能更好的與放大器的聲音質(zhì)量配合的芯片時,我們并不感到奇怪.在接下來的試聽過程中,我們通過同軸SPDIF連接直接從CD播放器獲得數(shù)據(jù),并得到了滿意的結果.
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@mywound
第三代D類放大器作者:JoshuaIsraelsohnEDN技術編輯 如果你仔細想一下,你會發(fā)現(xiàn)音頻放大器只是一種和人們想象一樣的概念上很簡單的器件.傳統(tǒng)意義上講,它能夠精確的完成一個功能——乘以一個常數(shù)——即使是高精度也是如此.在音頻放大器中可允許的諧波失真度,至少需要滿足規(guī)范書上要求的用途,根據(jù)最低水平和最高水平的應用它被粗略的限定在1%到0.0003%之間.在本文中,D類放大器有一個特別之處,就是可以快速地讓它們的輸出級在不同的電源軌之間進行轉化,這已不像1958年第一次提出時使用的那種方法. 你可以選擇多種方式對D類放大器的商業(yè)化歷史進行分段,因為這種分段是沒有確切答案的.從我的觀點來看,商業(yè)市場上出現(xiàn)過三代D類放大器設計,第一代的范例是由托卡塔設計的TacTMillennium.證實了D類放大器的概念,但是討論出來的最終結果是該技術還不能提供足夠性能.這使第一代的放大器把關注的焦點由可能性轉移到實用性,目標由設計可以工作的器件變成了設計具有廣闊市場需求的器件. 第二代D類放大器通過兩個方面的改進解決了廣闊市場需求的挑戰(zhàn).第一個方面是使其變得相對緊湊而且價格可以承受,第二個方面是在低功耗性能上的表現(xiàn)應與大多數(shù)消費級AB類設計接近甚至更好.原始設備制造商(OEM)節(jié)省了電源和封裝上的花費,但是必須去理解不熟悉的技術、易受影響的版圖和需要很多外圍構件的控制器芯片. 第二代D類放大器針對制造商市場目標提供了一系列產(chǎn)品.比如一個來自Tripath公司的典型器件,它把一個用于模擬源信號的相對簡單的PWM和一個集成的輸出級以及片外濾波器組合在一起.而其他的制造商,特別是德州儀器、CirrusLogic和ApogeeTechnology則特別重視用于PCM源的帶片外輸出級的放大器.這些放大器需要更復雜的前端功能——否則你可能需要一個立體聲前置放大器,注意它不是功率放大器,這些功能包括源選擇,音量,平衡和音調(diào)控制——由于PCM源常常不是用戶可以控制的.這些附加的功能增加額外的復雜性,因為數(shù)字信號路徑需要為低電位計找到一個簡單的數(shù)字替代品. 最近一段時間,在OEM和D類芯片設計者之間有了非常大的協(xié)作.這個趨勢的起源可以從兩個方面來講,OEM設計者可以更好的理解D類的優(yōu)勢,并且為芯片制造者提供市場機會和需求方面的更加深入的觀點.同時,芯片設計者也深入地了解到了市場反饋,解決了幾個第二代設計中的重要缺陷,其結果是大量的第三代產(chǎn)品更好地集中于特定應用需求而不會像它的前代那樣. 為什么選擇D類放大器 以液晶面板為特征的顯示器和電視機——事實上是所有這種屏幕,因為吹玻璃工人的時代已經(jīng)過去了——例證了一個趨勢.這些系統(tǒng)的大多數(shù)都集成有需要放大器的小揚聲器,這些放大器消耗6瓦到十幾瓦的功率.不僅僅是內(nèi)部結構,就連揚聲器本身都是一個嚴峻的挑戰(zhàn).另外,LCD的象素顏色是基于溫度的函數(shù),盡管調(diào)整象素顏色的電流狀態(tài)提供了一個線性補償?shù)拇笾螺喞?但它仍不能調(diào)節(jié)熱點.系統(tǒng)封裝的目標需要設計者以LCD面板三個軸大小為基礎最小化系統(tǒng)的尺寸.由于沒有用于熱源的額外空間,重量和花費的設計預算,所以就提出了把這些組合并構成這些應用的簡單規(guī)則:你一定不能浪費. D類放大器效率較高的好處是拓展了制冷器的使用,當電源作為顯示的一部分或者壁式電源的時候,把它應用于D類放大器相對于同級別的AB類放大器會更小、更便宜. 正因為此,近來市場中出現(xiàn)了基于LCD的娛樂和計算機顯示用D類放大器.這些中的一些器件采用了消除了輸出濾波器的改良的調(diào)制方案.盡管沒有輸出濾波器,但是一些制造商聲稱這些器件的EMI發(fā)射與那些裝配輸出濾波器的第二代放大器相當甚至更小.(見附文:《發(fā)出或者發(fā)現(xiàn)EMI》). 適用于平板顯示應用的放大器的例子有Maxim公司的MAX9713單聲道芯片和MAX9714無濾波器立體聲放大器芯片.它們都可以用TQFN-32封裝.這些器件提供三個管腳的可編程調(diào)制頻率和擴頻譜模式,通過把發(fā)射能量分散在一個以335kHz為中心±7%的波段上來減少EMI.該放大器已經(jīng)通過了運行14英寸揚聲器的FCC發(fā)射標準. 標明6W的放大器,其數(shù)量反映了帶8Ω負載其總諧波失真是10%.雖然6W的要求作為一種規(guī)范首先會讓你受到打擊,但是引用標簽上的10%THD(總諧波失真)的功率是一種通用的工業(yè)慣例(可能會讓人感到可惜).將MAX9713的典型失真規(guī)范與之相比后會發(fā)現(xiàn),對于同樣的8Ω負載在4W時的THD是0.007%,電源供應電壓的范圍從10V~25V.制造商會提供一個15V標準電壓上的性能規(guī)范.如果稍微深入閱讀規(guī)范表格,你就會發(fā)現(xiàn)輸出時電流限制多于電壓限制,這提示你在使用4Ω負載時不要增加電源數(shù)目. MAX9713和MAX9714同樣提供3Db的步長,覆蓋了從13dB~22dB的管腳可選擇增益.該放大器提供差分對輸入,但是你也可以把不用的那個輸入端交流耦合到地,然后用一個單端源來驅動該輸入差分對. 就像最近出現(xiàn)的大多數(shù)放大器一樣,MAX9713/14上電的時候不會在它的輸出端產(chǎn)生開關切換雜訊(pop&click).從技術革新的觀點上來看,幾乎沒有理由去選擇一款不帶有開關切換雜訊的放大器. 德州儀器(TI)公司的TPA3002D2是一個提供兩個9W聲道和一對用于可選擇式耳機的前置放大輸出的12V放大器(見圖1).與那些通過邏輯接口控制音量的放大器不同的是,它采用直流電壓控制其音量.你的用戶接口可以像電壓計那么簡單,你能夠利用DAC來驅動控制節(jié)點.放大器的增益范圍是-40Db~+36dB. TPA3002D2在電阻為8Ω、功率為3W時具有96dB的SNR(信噪比)和好于0.25%的THD.圖1的評估板已經(jīng)在EDN編輯辦公室里面放了幾個月了,在這里它成了房屋系統(tǒng)的一部分,驅動著一組TannoyProto-J型號的顯示器,而并不是設計者所想象的負載.為了使條件更差,我們使用的電源比這個任務所需要的更小一點.結果超出我們的預期——削減到比使用正常大小的電源時更低的音量時,噪聲基準(noisefloor)在離散分布的瞬時音樂處有所升高.起初,我以為這種現(xiàn)象是那些因為沒有全程監(jiān)測而被標記的放大器的不幸產(chǎn)物.然而后來我開始懷疑這些過多的噪聲與瞬時大信號之后的軟電源輸出行為有著直接關系,而且一個合適的電源在更大的音量時會提供更好的逼真以及更少的噪聲. 發(fā)出或者發(fā)現(xiàn)EMI 隨著芯片生產(chǎn)商盡力將D類放大器描述成非常高效的AB類放大器的簡易替代者,兩類放大器之間的基本差異得到了更多的關注.也就是說,這些概念沒有流產(chǎn),而且第三代的芯片超越了第二代的芯片. 其中一個你不能忽略的差異是EMI發(fā)射.線性音頻放大器不產(chǎn)生EMI,所以許多設計者不會在與電源不相關的部分考慮這個問題.但是,D類放大器的波譜要遠比聲音的波譜范圍要大.調(diào)制器的工作頻率通常會在幾百kHz,邊沿上升和下降時間在納秒級,波譜的干擾在MHz級. 雖然EMI的能量可能是由芯片放大器產(chǎn)生的,但這個問題卻一直是系統(tǒng)設計的一個焦點問題.檢查由所需部件的數(shù)據(jù)手冊提供的寬帶波譜,將D類放大器的EMI發(fā)射作為整個EMI管理計劃的一部分. 一些放大器允許你選擇模塊的頻率,這樣可以將發(fā)射的頻率移到應用敏感的波譜以外.一些放大器包含擴頻模塊,將發(fā)射的能量分散到一個波段上,這樣就能減小波峰. 芯片制造商進行參考設計的目的之一就是要尋找一個版圖設計將EMI發(fā)射降低到最小.但是,到最后你的應用設計肯定要決定所允許的發(fā)射水平,你的設計必須符合這個標準.通用高速版圖技術已經(jīng)被應用,包括使到外部元件的連線盡量短以及考慮接地系統(tǒng)的設計. 沒有濾波的D類放大器可能要求有限長度的揚聲器反饋,這就迫使你將放大器放在負載的附近.單端放大器的出現(xiàn)使這種設計變得簡單并且使D類放大器結構比AB類放大器更小,成本更低,而且效率更高. 可移動領域的應用 幾乎沒有什么比充電后運行時間這個指標更能打動便攜式市場的了.正因為此,新的無濾波器D類放大器在幾瓦特的功率級別上正在取代原先固定的AB類器件.TI公司推出了用于移動電話,智能手機和PDA的新型D類放大器TPA2010D1.這種2.5W放大器運行在2.5V~5.5V電源上,空閑時電流范圍的最低和最高值分別為3.2mA和4.9mA(見附文:《尋找一個有效的零點》),由邏輯輸入來控制關斷狀態(tài).在關斷狀態(tài)它的靜態(tài)電流可以下降至小于2mA. TPA2010D1使用九球WCSP(芯片級封裝),每一邊都是1.45mm.這個放大器僅要求三個外部構件:一對把你的信號源和放大器差分對耦合在一起的電阻和一個電源旁路電容.這個差分對可以抑止來自調(diào)整RF時候引起的干擾——這樣的干擾在TDMA和GSM手機中非常普遍. 就像其他制造商做的那樣,TI設置了基于負載阻抗為4Ω、THD為10%的電源標牌,并指定了負載為8Ω時的輸出功率以及這種情況下需要1%的THD.如果你減少輸出功率,那么2010就能達到0.2%甚至更好的THD,在5V,3.6V和2.5V不同電源供電情況下,8Ω負載消耗的功率分別是1W,0.5W和200mW. 與MAX971X相比較,TPA2010D1的供電電壓要比它的輸出電流更加限制把功率傳遞到負載的能力.在D類和AB類放大器的安全工作區(qū)域里面,它們都需要這種性能,根據(jù)這個性能可以確定兩個指標:揚聲器阻抗和工作電壓.暫時先忽略它的輸出阻抗,這個放大器在給定電壓的情況下傳遞的最大功率反比于揚聲器阻抗.不管怎么說,你調(diào)和這種矛盾的能力都是有限的.TPA2010D1指定工作負載是4Ω或者8Ω.把負載阻抗降低到4Ω以下將提高放大器輸出器件上的消耗.輸出FET的開通電阻值隨電源電壓而變化,它的典型值變化范圍是400mΩ~700mΩ.不斷地改變放大器的效率的最終結果是放大器的效率將被其內(nèi)部消耗的能量值所限制. 同樣,如果你的應用需要TPA2010D1的小封裝而不是全額定輸出功率,你可以切換到更低的電源電壓從而在更低的功率上來改善其工作效率. 無濾波器D類放大器在輸出端降低了功率,因而在該功率級別上D類放大器要優(yōu)于AB類放大器:美國國家半導體(NS)的1.3W芯片放大器LM4667就是一個例子.NS有著長期出產(chǎn)AB類放大器的成功歷史,幾年前,該公司將其關注的方向擴展到了D類放大器.從芯片制造者的角度來講,轉移到D類放大器既不意味著AB類產(chǎn)品線的終結,也不表明要把它拆分成幾個大的部分,而是說明該公司更愿意把自己的應用焦點集中到每一個新的器件.其他的芯片制造者在成長的市場中表明了自己公司的態(tài)度,它體現(xiàn)在制造商給市場帶來的放大器的特征、功耗、封裝選擇等方面. 我們以LM4667為例,NS對移動電話和PDA的關注促成了九焊錫凸塊micro-SMD封裝,它的邊長是1.5mm,高是0.6mm(包括焊錫凸塊).將兩個這樣的焊錫凸塊連到邏輯信號上,通過邏輯信號來選擇放大器的增益—6dB或者12dB—而且能夠激活放大器的關斷狀態(tài).喚醒時間的典型值是5ms,而且轉換是無雜訊的.放大器使用delta-sigma調(diào)制器,根據(jù)NS的說法,它能夠比傳統(tǒng)的PWM(脈寬調(diào)制)更好地抑止噪聲和失真.在3V電壓供電下能夠驅動100mW的有效值,它的THD+N是0.35%. 在高功耗方面的應用 放大器在高功耗方面也有應用,例如家庭音響,家庭影院以及其它超過個人音響的應用.盡管一些結構可能出現(xiàn)第二代設計的影子,但是這些新的芯片能提供更強的特性和改良的性能. 高于幾十個瓦特的D類放大器同樣需要一個控制芯片和一個分離的功率級.控制器的數(shù)字內(nèi)容是這些應用的本質(zhì)特征.很多制造商已經(jīng)議定,可以把系統(tǒng)分割成兩個部分,一個是利用CMOS工藝制造的包括邏輯功能的芯片,一個是利用低密度,高電壓工藝制造的功率器件芯片. WolfsonMicroelectronics公司的WM8606證明了這一趨勢,它是一塊將很多特性封裝到7mm×7mmTQFP-48里面的芯片.WM8606接受4個立體聲系統(tǒng)的PCM輸入,它可能被譯成標準的立體聲或者5.1、6.1或7.1環(huán)繞立體聲.該D類控制器提供7個PWM輸出——6個全帶寬和一個用于子低音擴音器的低帶寬.這塊芯片能夠把5.1、6.1、7.1環(huán)繞立體聲源映射到5.1或者6.1環(huán)繞揚聲器之上. 你可以把輸出配置成CMOS或者LVDS類型.這種靈活性有助于在較少的嚴格約束下在你的PC主板版圖上控制你的EMI.WM8606與TI和意法半導體(ST)提供的功率級是兼容的.同樣,你可以選擇一個驅動器或者FET(Zetex,Vishay或Fairchild可以提供).該控制器可以和一個在30W時提供96dB的SNR和0.1%的THD的完整功率級組合在一起. 控制器針對不同型號的揚聲器提供了一個四波段均衡器和可選擇的高頻補償.每個聲道獨立的音量控制以0.5dB的步長覆蓋了從-103.5dB~+24dB的范圍.同時WM8606也為每個聲道提供了動態(tài)峰值抑制,用以預防在增益和均衡的組合大于0dB時的數(shù)字削波. 我們可以通過一個簡單的串行接口來控制削波的內(nèi)部特征.控制器可以提供16位、20位、24位、32位字節(jié)和所有從32Ksps~192Ksps的標準傳輸率.Zetex是通過ZXCW8100S28立體聲控制器進入D類放大器市場的.這塊芯片具有一個完整的雙聲道放大器,并具有驅動和功率FET(也可以在Zetex獲得).這是我在一個ZXCW502CEVAL評估板調(diào)查這個項目是聽到過的三個D類放大器之一.在ZXCW502CEVAL評估板上的ZXCW8100S28是一個非?!扒鍧崱钡姆糯笃?它在電阻為4Ω、功率為1W時具有118dB的SNR和0.021%的THD;在電阻為8Ω、功率為10W時THD+N曲線保持在0.1%以下,在20W時也只是提高到1.2%. ZXCW8100S28可以接收16位、24位和32位數(shù)據(jù),速率從32Ksps~192Ksps.這塊芯片的32位信號處理器提供音量、低音和高音控制、削波控制和開關器件補償.該芯片還具有一個獨家擁有的濾波算法——ZTA,制造商宣稱可以改善瞬態(tài)分辨率和立體聲效果. TI和NS都提供控制器/功率放大級的組合方案,而且針對不同的應用有不同的處理能力和價格.TI的TAS5508可以接收32Ksps~192Ksps標準字傳輸率的8聲道PCM.TI的TAS5508采用TQFP-64封裝,連接于一個具有32位數(shù)據(jù)通道、48位音頻處理、76位累加器的DSP. 增益控制以0.25dB為步長,能覆蓋-100Db~+36dB.雙級高音和低音控制及六波段參數(shù)均衡器提供了靈活的用戶界面控制和揚聲器/環(huán)境補償.抑制、響度、補償、低音管理、采樣速率轉化都在這塊控制器特性列表上. 你可以通過選擇TI的能量轉換級列表找到基于TAS5508的產(chǎn)品,里面包含了100Wrms的TAS5121.顯而易見,制造商大方地公布D類放大器的額定功率,這個數(shù)字雖然是可以達到的,但同時可能是不能令人滿意的——在理解制造商的數(shù)據(jù)手冊時要記住這個事實.例如TAS5508在100Wrms時驅動4Ω負載的THD為10%.在相同的負載下,在80Wrms時能量轉換級具有0.2%的THD,而在1Wrms時是0.05%.另外,大多數(shù)音樂和語音的振幅因數(shù)表明全功率運行只能是偶然的現(xiàn)象,而且如果希望這樣,還應該考慮揚聲器性能. NS的LM4651控制器和LM4652能量轉換級為有源子低音擴音器、自動升壓放大器和自供電全程揚聲器提供了一個單聲道、模擬輸入的放大器芯片組.雖然通孔封裝現(xiàn)在很少見——LM4651采用MDIP-28封裝、LM4652采用TO-220-15,但這個芯片組為應用產(chǎn)品提供了廉價的170W放大器.通常,標簽上的額定功率是在10%THD點給出的——驅動4Ω電阻,而在1%THD點時則為125W,此時的A-權重SNR為92dB. 尋找一個有效的零點 因為許多復雜的性能都是由一個簡單的值來確定的,所以放大器額定功率就具有一定的重要性.他們沒有講述人們最感興趣或最相關的部分,但至少講述了最容易計算和最希望表達的部分. 因而,從每次充電后工作時間的角度來看,放大器的額定功率不一定符合終端用戶的經(jīng)驗.如果你用不同的調(diào)制方案(通常都是在超越額定值的情況下)對放大器進行比較的話,這一點通常都是正確的. 問題在于產(chǎn)生一個有效的零點.簡單的D類設計使用一個簡單的脈寬調(diào)制器和一個輸出橋(見圖3a).在零信號輸入時,沒有能量通過揚聲器釋放出來.而濾波器里的非零電流增加了I2R損失. 阻尼三重調(diào)制技術(ApogeeTechnology公司的一種方案,STMicroelectronics公司的采用DDX技術的放大器也使用此方案)通過間斷地讓輸出器件工作來減少零信號附近的振蕩(見圖3b).這個很小的由阻尼三重調(diào)制模塊確定的最小占空比可以讓系統(tǒng)通過去除不理想的切換來減少信號交叉附近的殘余失真.根據(jù)Apogee公司,這種調(diào)制方法和直接的二進制方法相比將載波能量減少了16dB. 阻尼三重調(diào)制在便攜式應用中的一個缺點是它要求一個雙極電源. TI有一個比較新用于無濾波輸出的方法,它在零信號時在同通常模式下處理放大器的輸出信號.(見圖3c).理論上,這種方法在零信號出沒有振蕩.當信號電壓遠離零點時,兩個輸出的脈寬開始變化,導致?lián)P聲器終端的信號不一致. 當評估放大器的好壞時,就要檢測他們的全功率和空閑電流.確保你所評估的放大器是在相同的電源、相同的信號和相同的負載條件下提供了這些規(guī)格參數(shù).例如,你不可以將一個放大器在無負載情況下的空閑電流和另一個放大器接入負載時的空閑電流進行比較. 常見問題 如果你是一個EDN的忠實讀者,或者你參加工業(yè)研討會,你可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)智能分割器的話題經(jīng)常出現(xiàn).大多數(shù)情況下這個問題的出現(xiàn)是在IC設計者要調(diào)和在采用已有加工和封裝工藝的功能模塊時出現(xiàn)的完全不同的要求——都是高概念材料. 但事實是IC設計者所做的分離決策會影響到OEM設計者所承擔的設計任務.問題是一個IC設計者的關于智能分割器的觀點——雖然它可能是已經(jīng)深思熟慮的并且是無懈可擊的——仍可能和OEM設計者的從一個系統(tǒng)角度對智能化分割的觀點相互沖突. 值得稱贊的是,IC制造商花了大量的精力和資源來開發(fā)參考設計,建立并儲備評估板,培訓并安排應用支持工程師,并將常見問題的答案公布在他們的網(wǎng)站上.從銷售D類放大器芯片的IC制造商那里所能得到的客戶支持的水平是極高的.經(jīng)驗表明,不管我們所用的是一個單片型器件,或是一個控制器/能量轉換級芯片組,還是一個控制器/驅動/功率FET,這種水平的支持都是需要的.事實上,應用工程師在為D類放大器做技術支持時碰到的最多的問題是: ●我應該怎樣在電路板上布線? ●我應該在哪里放置外部無源元件? ●外部元件的最佳值是什么? 仔細閱讀制造商的數(shù)據(jù)手冊和操作說明書應該可以在大多數(shù)的應用場合回答這些問題,但是,因為放大器必須要和周圍的器件相互配合,你可用的板上空間看上去可能和參考設計不同.你可能也要關心放大器和周圍電路的相互作用,或者是由寄生耦合產(chǎn)生,或者是通過電源產(chǎn)生——對于你的版圖設計特有的擔心以及對于參考設計不正常運行的擔心. 箱子外面的箱子 在一個對10Gb以太網(wǎng)或者40Gb光纖通信已經(jīng)不再陌生的工業(yè)里,一個可以在20Hz~20kHz的窄帶里、在適當?shù)谋U鏃l件下復制信號的簡單的增益模塊所消耗的時間和能量是值得關注的.高端和專業(yè)箱級音頻元件的制造商認識到增益模塊只是一種方法而不是一個結束.從某種程度上講,賣點已不再是性能而是其他一些特性,這些特性結合在一起定義了產(chǎn)品的功能并形成了終端用戶的經(jīng)驗.隨著專用音頻元件的聲速品質(zhì)的提高,它的特性、適應性以及用戶界面設計變成了更加可確定的比較點.可能有點荒謬,如果放大器已經(jīng)足夠好了,那么它也可以反過來使系統(tǒng)設計者受益,而OEM設計者可以集中力量于特性、適應性和用戶界面的改進,以此來和同一市場里的高端產(chǎn)品區(qū)別開來. D2Audio公司提供了一系列新型放大器,以使OEM設計者可以放掉一部分工作來專注于關鍵途徑上的任務并縮短產(chǎn)品上市的總時間. 雖然都是基于相同的架構,但D2Audio公司的各種模型為特定的應用提供了特定的性能、屬性和聲道數(shù).例如XR125是為A/V接收器和家庭影院設計的;XM100是為分布式音頻多媒體房間設計的;XC100是為分布式商業(yè)音頻放大設計的;XS250是為有源監(jiān)視器設計的.放大器版圖設計、部件選擇、門驅動的完整性以及濾波設計是模塊內(nèi)部涉及到的全部內(nèi)容.你只需要把音頻輸入、揚聲器輸出、一個電源和一個簡單的控制界面連接起來,就可以將你的精力全部集中于客戶的需求,而不是放大器的需求.D2Audio公司將輸出級在插入式子卡上實現(xiàn),子卡可以提供即時輸出功率的檢測.因為子卡是嵌入在D2Audio控制器的反饋環(huán)內(nèi)部的,所以控制器和接口軟件不需要為適應不同的輸出級而改變. 輸入結構適用于你能找到的所有D類放大器上.你可以用采用均衡AES/EBU格式、非均衡SPDIF格式或者16~24位的32ksps~192ksps的采樣率的原始I2C接口來連接數(shù)字音頻.可選的接口包括了一個支持legacy信號源的模擬端口. 不管你選擇哪種信號源,輸入信號會經(jīng)過一個采樣率轉換器和一個自適應PCM/PWM轉換器、一個電平轉換器、一個門驅動電路、輸出功率MOSFET器件和一個濾波器.放大器的信號處理核心是一個獨家擁有的ASIC(專用集成電路芯片),它集成了一個低電平信號鏈,并添加了一個DSP,獨家擁有的信號驅動補償,和一個給DSP提供反饋信號的優(yōu)化模塊.反饋通路將放大器的SNR改善了23dB,并將THD+N在1kH時減少了15dB~19dB.DSP有足夠的額外處理能力來運行為產(chǎn)品差異而設計的OEM算法. 例如XR125這塊芯片,提供了7個通道,分別可以在125W下驅動8Ω負載.在功率為1W時失真率為0.05%.放大器的SNR要優(yōu)于105dB,從20Hz~20kHz范圍內(nèi)的幅頻響應的變化保持在0.5dB之內(nèi). XR125提供了可編程的語調(diào)控制,音量控制和一個5波段參數(shù)均衡器.語調(diào)輸出有幾個特點:采用動態(tài)范圍壓縮技術以防止削波,可調(diào)延遲時間以補償由揚聲器的位置造成的聲音延遲,還有一個3波段參數(shù)均衡器用于補償揚聲器的不足和特殊房間產(chǎn)生的聲學影響. 你可以通過一個標準二線式串行接口和軟件控制的應用程序接口來控制放大器.D2Audio也提供了D2AudioCanvasGUI(圖形用戶界面)來加快產(chǎn)品開發(fā)和用戶定制. 我試聽了D2Audio的首席設計師設計的一個產(chǎn)品原型,并和Perreaux公司的一個A類放大器進行對比,該A類放大器的價格將近是前者的20倍.不過,D2Audio的產(chǎn)品并沒有取勝.雖然差異還比較明顯,但是聲音的差異相比他們價格的差異來說顯得小多了. 在試聽中唯一令人失望的是當我們用D2Audio的可選ADC試聽時丟失了當放大器通過它的數(shù)字輸入通道處理信號時產(chǎn)生的透明度和三維效果.因為首席設計師和我都在房間里,所以當幾天后我們聽說那塊我們之前聽到過的ADC芯片已經(jīng)不再列在打印列表里,并且設計團隊已經(jīng)選擇了一塊新的器件,一塊能更好的與放大器的聲音質(zhì)量配合的芯片時,我們并不感到奇怪.在接下來的試聽過程中,我們通過同軸SPDIF連接直接從CD播放器獲得數(shù)據(jù),并得到了滿意的結果.
mywound小姐
你的發(fā)言很精彩,我足足發(fā)了半個小時看完,你一定是個專業(yè)人士,還望你多多指教.
你的發(fā)言很精彩,我足足發(fā)了半個小時看完,你一定是個專業(yè)人士,還望你多多指教.
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@abing
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小弟目前有個4節(jié)電池(充電/或一次性電池)要求出1.5W的小項目,音質(zhì)要求也不高,300--5000HZ,THD〈10%,本人目前用34063先推到9V,再驅動TDA2822,但感覺效率極低,如果用5V1W的TI/LM D類芯片成本又太高,不知大蝦們有何好主意,請指點一二..
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