隨著系統(tǒng)的魯棒性和音質(zhì)的提升，與前幾代產(chǎn)品相比，最新的D類(lèi)音頻解決方案已經(jīng)得到了顯著的改進(jìn)。D類(lèi)放大器具有與生俱來(lái)的優(yōu)勢(shì)，包括較高的功率效率、低發(fā)熱量等，可實(shí)現(xiàn)更小、更輕的消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品。
利用這些優(yōu)勢(shì)，基于D類(lèi)技術(shù)的音頻芯片正在對(duì)今天的消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品產(chǎn)生著巨大的影響，尤其是在平板數(shù)字電視和便攜式應(yīng)用領(lǐng)域。
數(shù)字電視與D類(lèi)技術(shù)的結(jié)合
雖然傳統(tǒng)的模擬放大器對(duì)CRT電視來(lái)說(shuō)是一種很好的選擇，但是對(duì)平板電視就顯得力不從心了。這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)師必須為了實(shí)現(xiàn)輕薄的產(chǎn)品，在限制音頻輸出功率和質(zhì)量方面做出極大的讓步。A類(lèi)和B類(lèi)放大器不但效率低，還會(huì)產(chǎn)生不必要的熱量，引發(fā)難以處理的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，而且還需要散熱器，導(dǎo)致了進(jìn)一步的設(shè)計(jì)問(wèn)題。大多數(shù)平板電視都面臨著來(lái)自視頻系統(tǒng)本身功耗和散熱問(wèn)題的很大挑戰(zhàn)。因此，許多平板電視只能在每個(gè)聲道提供大約5W的功率。D類(lèi)數(shù)字放大技術(shù)已經(jīng)可以提供解決平板電視主要挑戰(zhàn)的解決方案，即可以在最大限度地減少熱耗散的同時(shí)，在輕薄尺寸中獲得高質(zhì)量的音頻效果。
目前，D類(lèi)技術(shù)可在一個(gè)芯片上集成功率級(jí)和控制器，可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)85%的效率，而且不需要散熱器。將新型D類(lèi)芯片集成在系統(tǒng)中，平板電視就可以提供增強(qiáng)的音頻功率(每聲道大約15W)，音質(zhì)水平也得到了全面提升。因此，OEM廠商可以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的音頻功率和質(zhì)量，以更好地匹配視覺(jué)體驗(yàn)。
表1是傳統(tǒng)的線性模擬放大器與數(shù)字PWM放大器的對(duì)比。
表1 單片線性電路和PWM放大器的對(duì)比
目前，D類(lèi)技術(shù)已接近模擬放大器的性能水平，在某些方面甚至超過(guò)了性能期望值。其目前的功率水平已經(jīng)相當(dāng)于模擬放大器，而總諧波失真(THD)也與模擬放大器處于同等水平。事實(shí)上，其動(dòng)態(tài)范圍已超過(guò)了集成的模擬放大器性能的平均值，后者通常低于80dB。先進(jìn)的數(shù)字放大器可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)100dB的動(dòng)態(tài)范圍——靜音與最大功率輸出之差。
出現(xiàn)在導(dǎo)通期間的噪聲是另一個(gè)挑戰(zhàn)。雖然使用繼電器和較大的隔直流電容器相當(dāng)昂貴，但是數(shù)字集成有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)放大器啟動(dòng)的更強(qiáng)大的控制，而無(wú)需增加材料成本。因此，Cirrus Logic公司簡(jiǎn)化了音頻通道，不使用反饋即可獲得較好的音質(zhì)。已有的開(kāi)關(guān)電源足以提供穩(wěn)定的電壓。不過(guò)，那些采用傳統(tǒng)變壓器和擔(dān)心濾波的高端應(yīng)用還是在采用本地電源反饋。
為了滿足平板數(shù)字電視獨(dú)特的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，Cirrus Logic最近推出了一種高度集成的、基于D類(lèi)技術(shù)的音頻放大器CS4525。它集成了立體聲ADC、采樣率轉(zhuǎn)換器、數(shù)字音頻處理器，以及包括控制器和功率級(jí)的完整的30W D類(lèi)放大器(例如每聲道15W)。CS4525的獨(dú)特之處在于，它支持輸入的模擬和數(shù)字音頻信號(hào)，其高效的功率級(jí)無(wú)需在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用散熱器。
便攜式產(chǎn)品中的D類(lèi)技術(shù)優(yōu)勢(shì)
通常，D類(lèi)技術(shù)可以利用更小的面積為便攜式產(chǎn)品提供更高的輸出功率和更低的電壓。這種降低的功耗可以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電池壽命。D類(lèi)技術(shù)也減少了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的元件數(shù)，從而有助于降低成本。此外，采用D類(lèi)技術(shù)的芯片尺寸通常比較小，可以更好地匹配空間有限的便攜式產(chǎn)品電路板設(shè)計(jì)。
D類(lèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的另一個(gè)問(wèn)題是濾波。D類(lèi)放大器的輸出需要濾波，一些倡導(dǎo)者把電感線圈作為驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器濾波器的一部分，而另一些人則創(chuàng)建了一套獨(dú)立于揚(yáng)聲器特性的全濾波輸出的完整設(shè)計(jì)。對(duì)那些將揚(yáng)聲器作為產(chǎn)品一部分的音頻系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在揚(yáng)聲器中使用電感有助于節(jié)省元件成本。
對(duì)便攜式音頻應(yīng)用來(lái)說(shuō)，由于耳機(jī)電線比較長(zhǎng)，其輸出必須經(jīng)過(guò)全濾波而不出現(xiàn)帶外噪聲。但是，電線可能成為EMI的天線。由于需要電感器，用一個(gè)D類(lèi)放大器實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)是很困難的，因?yàn)殡姼衅鞯捏w積比較大，可能使應(yīng)用中的音頻性能受到影響。因此，一些產(chǎn)品，例如CS42L52立體聲D類(lèi)放大器，為了實(shí)現(xiàn)更低的功耗，耳機(jī)輸出采用了一個(gè)傳統(tǒng)的低EMI模擬放大器，以及一個(gè)用于揚(yáng)聲器輸出的更大功率的D類(lèi)放大器，這些通常都集成于產(chǎn)品本身，可最大限度地減少所需的濾波量。
CS42L52采用了地居中輸出放大器。利用與耳機(jī)回送(接地)的直流電位相等的放大器輸出，直流電就不會(huì)流過(guò)頭掛聽(tīng)筒。這樣，就不必使用昂貴的、體積較大的隔直流電容器，也不會(huì)影響音質(zhì)。因?yàn)檫@樣做需要有正負(fù)電源電壓存在，可在耳機(jī)放大器上集成一個(gè)充電泵，以產(chǎn)生負(fù)電源電壓來(lái)滿足這個(gè)要求。這種電荷泵比較有效，只需要極少的外部元件。
這種設(shè)計(jì)方法不僅無(wú)需在耳機(jī)中使用去耦電容器，還有助于1.8V系統(tǒng)有足夠的功率產(chǎn)生可接受的收聽(tīng)音量。該電荷泵可以產(chǎn)生－1.8V的電源電壓，可有效地驅(qū)動(dòng)3.6V的放大器。
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