數(shù)字音頻功率放大器是一種將輸入模擬音頻信號或PCM數(shù)字信息變換成PWM(脈沖亮度調(diào)制)或PDM(脈沖密度調(diào)制)的脈沖信號,然后用PWM或PDM的脈沖信號去控制大功率開關(guān)器件通/斷音頻功率放大器。也稱為開關(guān)放大器、D類放大器，具有效率高的突出優(yōu)點(diǎn).數(shù)字音頻功率放大器也看上去成是一個一比特的功率數(shù)模變換器.放大器由輸入信號處理電路、開關(guān)信號形成電路、大功率開關(guān)電路和低通濾波器等四部分組成.
輸入信號形成電路分PWM處理器和PDM處理兩種,將輸入信號的振幅變化變換成脈沖寬度的變化或脈沖密度的變化.
大功率開關(guān)電路分頭橋式和全橋式(BTL連接)兩種.大功率開關(guān)器件在七十年代都是使用雙極型晶體三極管.而現(xiàn)在幾乎都只使用N溝道MOS-FET.半橋方式時上下兩只管子的工作狀態(tài)相反輪流通斷,全橋方式時兩條對角線上的管子工作狀態(tài)相反輪流通斷.
低通濾波器的作用是將脈沖波形整形成漂亮的模擬波形,即濾除PWM或PDM信號的載波成分.常采用功率損耗小的LC型濾波器.
數(shù)字放大器中最古典的電路是在開關(guān)信號形成電路中使用電壓比較器和三角波發(fā)生器的方式.用三角波發(fā)生器產(chǎn)生的等幅三角試與模擬信號進(jìn)行電壓比較,并變換成PWM信號.這種方式容易受元件參數(shù)不一致和參數(shù)變化的影響,通常在輸入需引入負(fù)反饋.
△∑型PDM數(shù)字放大器是夏普等公司采用的方式,也稱為△∑一比特放大器.開關(guān)信號形成電路使用一比特輸出的 △∑調(diào)制器,用它將模擬信號變換成PDM信號.通常為了改善線性,從輸出端身△∑調(diào)制器引人有負(fù)反饋.
上面兩種數(shù)字放大器的輸入信號都是模擬信號.現(xiàn)在聲源已以數(shù)字聲源為主,所以全數(shù)字放大器就成了數(shù)字放大器發(fā)展的必然趨勢.△∑型PWM數(shù)字放大器是全數(shù)字放大器的一種方式,該全數(shù)字放大器的開頭信號形成電路由比特變換電路和PWM變換電路組成.比特變換電路的作用是把輸入的PCM信號變換成低比特的PCM信號,然后再經(jīng)PWM變換電路把低比特的PCM信號變換成PWM信號.比特品頻帶的高端和減少比特壓縮引起的信噪比惡化,使用了多比特輸出的△∑調(diào)制器.在PWM亦換電路采用了前饋補(bǔ)償,輸出兩路PWM信號八BTL驅(qū)動.這兩路PWM信號的相鷲相反,并呈2的補(bǔ)數(shù)千關(guān)系,使輸出組開關(guān)器件特性引起的變換誤差在大功率開頭電路中相互抵消.因此這種電路可以做到失真小且不改引人負(fù)反饋.
PDM信號是振幅和時間寬度相同的脈沖,只是脈沖的密度隨模擬而變.因此PDM信號在振幅和時間軸方向都是一個比特的信號.而PWM信號是振幅和出現(xiàn)頻率一家的脈沖,脈沖寬度隨模擬信號的振幅而變.因此,對PWM信號來詳振幅方向是一比特的信號.PDM方式為了確保相同的信噪比和動態(tài)范圍,所使用的開關(guān)頻率比PWM方式要市,開關(guān)頻率市達(dá)數(shù)MHz,例如夏普的SM-SX2000的開關(guān)頻率就高達(dá)5.6448MHz.PWM方式的開關(guān)頻率可用得較低,但主時鐘頻率較市,為開關(guān)頻率的2的N次方倍.
PDM方式的頭頻率市,所以必須使用輸入電客小的開關(guān)器件,而這類開關(guān)器件的導(dǎo)通電阻往往偏大.相反,PWM方式則可以選用導(dǎo)通電阻較小的開關(guān)器件,所以開頭電路的效率在85%左右,而又一般的PWM放大器均可獲得90%以上的高效率.
目前,TI公司、索尼公司等都已開發(fā)出了用于數(shù)字音頻放大器的專用集成電路,并用這些集成電路生產(chǎn)出了多種全數(shù)字放大器,有的產(chǎn)品是面身市端用戶而開發(fā)的產(chǎn)品.同時各家公司也正在界減少兵真進(jìn)行著各種研究. |
