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D类放大器应用的未来发展趋势

行业聚焦点中国仪表网2008年08月28日 09:00人气:4272

越来越多的D类放大器正用于有效驱动蜂窝电话、个人媒体播放器、笔记本电脑以及其他便携式消费设备中的扬声器,代表了这些应用的未来发展趋势。

 D类放大器在过去的几代产品中已经得到了巨大的发展,在传统D类放大器中,用控制器将模拟或数字音频信号在被集成到功率后端设备中的功率MOSFET管放大之前转换成PWM信号。这些放大器效率很高,使用很小的散热器或根本不需要散热器,而且降低了对电源输出功率的要求。然而,与传统的A/B类放大器相比,它们本身也存在固有的成本、性能和EMI方面的问题,解决这些问题就是D类放大器的发展新趋势。 
    越来越多的D类放大器正用于有效驱动蜂窝电话、个人媒体播放器、笔记本电脑以及其他便携式消费设备中的扬声器,代表了这些应用的未来发展趋势。ADI公司的D类放大器采用扩频脉冲密度调制技术以降低电磁干扰(EMI),采用无滤波拓扑结构避免外部元件的使用,并采用高效架构使功耗最低,这些技术使它们成为各种应用的理想选择。此外,ADI公司D类放大器更低的功耗使其更加“绿色”,保护环境。
    D类音频放大器优势明显
    音频是D类放大器的典型应用,ADI公司新的D类音频放大器使音频处理器更具吸引力。ADAU1590、ADAU1592和ADAU1513是双通道D类放大器,在同类音频功率放大器中具有最佳的性能。这3款新的放大器在驱动8Ω负载时具有90%的额定功率效率和101dB动态范围。 
    ADAU1590和ADAU1592具有片内脉冲密度调制(PDM)和闭环体系结构的特点,这种体系结构通过调理信号来补偿发送到扬声器输出误差确保高质量的音频放大。它们也包含了集成的Σ-Δ模数转换器(ADC),用来接收模拟输入信号并且产生开关脉冲输出信号,直接驱动扬声器。ADAU1590和ADAU1592具有0.005%的总谐波失真加噪声失真值(THD N),当驱动6Ω负载时分别提供18W(立体声)和11W(立体声)功率。ADAU1592和ADAU1513的低失真、低噪声和优良的电源电压抑制比(PSRR)能力与ADI公司音频处理器(ADAV4101/4312/4322)的优化接口相结合,能够抑制电视机开关时产生的音频杂音,并且能够消除当扬声器音量设置到最小时残留的本底噪声。 
    ADAU1513是D类功率放大器,提供14W(立体声)功率,当驱动8Ω负载时具有90%的功率效率。由ADAV4201、ADAV4412或ADAV4422音频处理器的脉宽调制(PWM)数字输出信号直接驱动ADAU1513。ADAU1513包含带差错标志逻辑电平输出的过热保护和短路保护,以便与系统微控制器以及带复位和静音控制的功率级连接。 
    D类放大器的应用越来越广,其应用仅受到市场需求与设计工程师专业技术的限制。例如,D类放大器非常适合驱动直流步进电机,在PWM控制应用中能够节省能量。 
    D类放大器与其他器件的集成将给整个D类放大器市场带来积极影响,中国会对该市场的增长做出重大贡献。不过,独立的D类放大器还将继续提升其性能、输出功率和效率。
    降低电磁干扰性能突出
    对于D类放大器来说,PWM的一个替代方案是脉冲密度调制(PDM)。在PDM中,指定时间窗内的脉冲数量与音频信号的平均值成正比。
单个脉冲的宽度不像PWM时那样随意,而是被量化为调制器时钟周期的倍数。PDM中的高频能量分布在更广的频率范围内,而不是集中在载频倍频的音调中,从而使PDM在EMI方面比PWM更有优势。时钟频率的镜像中仍包含部分能量,但时钟频率范围的典型值为3MHz~6MHz,镜像位于音频频带之外,很容易被LC低通滤波器滤除。PDM的另一个优势是:即使信号接近全调制,最小的脉宽也是一个采样时钟周期,这简化了门极驱动设计,并实现了理论上全功率的安全运行。 
    ADI推出的SSM2317系列就是采用PDM方案的D类放大器的典型产品。SSM2317是超高效率D类音频的放大器,并且内置了ALC(自动电平控制)功能,这个功能可以根据改进动态范围的需要而被激活。具有ALC的放大器可以帮助解决扬声器较小引起的问题。虽然放大器本身在不增大工作电压的情况下无法提高其最大输出电压,并且也不能增大扬声器的功率,但是,它可以在播放音频的时候动态调整输出电压的有效值。SSM2317仅增加了一个电阻就可以调整阈值以防止瞬时杂音的产生。可见,通过内置ALC,D类放大器可以使移动电话等便携式设备具有最佳的效能。 
    EMI是D类放大器目前面临的一个问题,如果不能正确地理解和使用,D类输出的高频器件会产生大量EMI,并影响其他设备的运行。有两类EMI信号值得关注:被辐射进入空间的信号和通过扬声器和电源线传导的信号。某些板级设计技术可以减少辐射,但调制方案决定着传导与辐射EMI的基线频谱。ADI公司利用扩频脉冲密度调制使得辐射最小,并利用咔嗒声和爆米花噪声抑制电路实现导通和关断期间输出端电压毛刺的最小化,从而减少了激活和禁用情况下听得见的噪声。 
    无滤波问题往往会被误解。早期的D类放大器需要大型的LC滤波器,以过滤高频开关分量。不过,随着调制技术的改进,扬声器电感可以作为滤波器使用。扬声器与人耳的结合,可以成为极好的低通滤波器,使开关噪声变得听不见。不过,由扬声器电感和寄生电容组成的低通滤波器还不是理想的滤波器,因此ADI公司控制芯片的开关速度和信号沿变化率,以将电磁辐射减到最小。
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