D類放大器原理詳解及應(yīng)用設(shè)計指南(三)

本部分討論音質(zhì)問題：要利用D類放大器實現(xiàn)整體良好的音質(zhì)，一些問題必須得到解決。

喀噠和爆裂聲：當(dāng)放大器在打開或關(guān)閉時可能會很煩人。然而不幸地是，除非當(dāng)放大器被靜音或未被靜音時，對調(diào)節(jié)器狀態(tài)、輸出級定時以及LC濾波器的狀態(tài)予以特別注意，否則，D類放大器中很容易引入喀噠和爆裂聲。

信噪比(SNR)：為避免來自放大器噪聲基底可聽得到的嘶嘶聲，便攜式應(yīng)用中低功率放大器的SNR通常應(yīng)超過90dB，100dB用于中等功率設(shè)計，110dB用于高功率設(shè)計。這對于多種不同的放大器實現(xiàn)都是做得到的，但在放大器設(shè)計期間必須對各個噪聲源進行跟蹤，以確保獲得一個滿意和全面的 SNR。

失真機制：這些機制包括調(diào)制技術(shù)或調(diào)節(jié)器執(zhí)行的非線性特征—和輸出級中采用的死區(qū)時間以解決直通電流問題。

有關(guān)音頻信號級的信息通常以D類調(diào)節(jié)器輸出脈沖的寬度進行編碼。加上死區(qū)時間以阻止輸出級直通電流引起非線性定時錯誤，這一錯誤會使揚聲器失真，該失真正比于跟理想脈沖寬度相關(guān)的定時錯誤。避免直通的最短的死區(qū)時間對于最小化失真往往是最佳的，可見參考2的詳細(xì)設(shè)計方法，該方法用于優(yōu)化正處在交換輸出級的失真性能。

其它失真源包括：輸出脈沖過程中上升和下降時間的不當(dāng)匹配；輸出晶體管柵極驅(qū)動電路定時特性的不當(dāng)匹配；LC低通濾波器組件中的非線性特征。

電源抑制(PSR):在上一節(jié)所示電路中，電源噪聲幾乎與具有非常小抑制的揚聲器直接耦合。出現(xiàn)這一問題是因為輸出級晶體管以非常低的電阻把電源連接到低通濾波器。濾波器抑制高頻噪聲，但被設(shè)計用來讓包括噪聲在內(nèi)的所有音頻頻率都能通過。參考3所示為單端和差分開關(guān)輸出級電路中電源噪聲的完整影響描述。

如果失真或電源問題中的任何一個都得不到解決，要實現(xiàn)比10dB更好的PSR，或者好于0.1%的總諧波失真(THD)是困難的。甚至更糟的是，THD可能是劣質(zhì)音響的高階類干擾成分。

幸運地是，已經(jīng)有了針對這些問題的更佳解決方案。采用具有高環(huán)路增益(如在許多線性放大器計中采用的)的反饋有很大幫助。來自 LC濾波器輸入的反饋將極大地改進PSR并削弱所有LC濾波器失真機制。 LC濾波器的非線性特征能夠通過把揚聲器包括在反饋環(huán)中得到削弱。在設(shè)計完整的閉環(huán)D類放大器中，具有PSR > 60dB和 THD< 0.01% 的高保真級音質(zhì)是可以實現(xiàn)的。

反饋使放大器設(shè)計變得復(fù)雜，但是，因為環(huán)路穩(wěn)定性必須得到解決(有一個針對高階設(shè)計的完美考慮)。連續(xù)時間模擬反饋也有必要捕獲有關(guān)脈沖定時錯誤的重要信息，因此控制回環(huán)必須把處理反饋信號的模擬電路包括在內(nèi)。在集成電路放大器實現(xiàn)中，這可能增加裸片成本。

要使IC成本最小化，一些供應(yīng)商較偏向盡量減少模擬電路組件或取消這些組件。一些產(chǎn)品采用數(shù)字開環(huán)調(diào)節(jié)器，加上一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器來感測電源變化—并由參考3中所提出的方案來調(diào)整調(diào)節(jié)器的補償行為。這能提高PSR，但不會解決任何失真的問題。其它的數(shù)字調(diào)節(jié)器試圖預(yù)補償可能出現(xiàn)的輸出級定時錯誤，或糾正調(diào)節(jié)器的非理想特性。這至少能部分解決一些失真機制，但不能解決全部的失真機制。那些對音質(zhì)沒有嚴(yán)格要求的應(yīng)用可通過這種開環(huán)D類放大器來處理，但某些形式的反饋對獲得最佳音頻質(zhì)量是不可或缺的。

作者：Eric Gaalaas

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