D類放大器原理詳解及應(yīng)用設(shè)計(jì)指南(三)

本部分討論音質(zhì)問題：要利用D類放大器實(shí)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(shí)可能會(huì)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(shí)，對(duì)調(diào)節(jié)器狀態(tài)、輸出級(jí)定時(shí)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(jì)，110dB用于高功率設(shè)計(jì)。這對(duì)于多種不同的放大器實(shí)現(xiàn)都是做得到的，但在放大器設(shè)計(jì)期間必須對(duì)各個(gè)噪聲源進(jìn)行跟蹤，以確保獲得一個(gè)滿意和全面的 SNR。

失真機(jī)制：這些機(jī)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(jí)中采用的死區(qū)時(shí)間以解決直通電流問題。

有關(guān)音頻信號(hào)級(jí)的信息通常以D類調(diào)節(jié)器輸出脈沖的寬度進(jìn)行編碼。加上死區(qū)時(shí)間以阻止輸出級(jí)直通電流引起非線性定時(shí)錯(cuò)誤，這一錯(cuò)誤會(huì)使揚(yáng)聲器失真，該失真正比于跟理想脈沖寬度相關(guān)的定時(shí)錯(cuò)誤。避免直通的最短的死區(qū)時(shí)間對(duì)于最小化失真往往是最佳的，可見參考2的詳細(xì)設(shè)計(jì)方法，該方法用于優(yōu)化正處在交換輸出級(jí)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(shí)間的不當(dāng)匹配；輸出晶體管柵極驅(qū)動(dòng)電路定時(shí)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(yáng)聲器直接耦合。出現(xiàn)這一問題是因?yàn)檩敵黾?jí)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(jì)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(jí)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(gè)都得不到解決，要實(shí)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(yùn)地是，已經(jīng)有了針對(duì)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(jì)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(jìn)PSR并削弱所有LC濾波器失真機(jī)制。 LC濾波器的非線性特征能夠通過把揚(yáng)聲器包括在反饋環(huán)中得到削弱。在設(shè)計(jì)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(jí)音質(zhì)是可以實(shí)現(xiàn)的。

反饋使放大器設(shè)計(jì)變得復(fù)雜，但是，因?yàn)榄h(huán)路穩(wěn)定性必須得到解決(有一個(gè)針對(duì)高階設(shè)計(jì)的完美考慮)。連續(xù)時(shí)間模擬反饋也有必要捕獲有關(guān)脈沖定時(shí)錯(cuò)誤的重要信息，因此控制回環(huán)必須把處理反饋信號(hào)的模擬電路包括在內(nèi)。在集成電路放大器實(shí)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(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器來感測(cè)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(bǔ)償行為。這能提高PSR，但不會(huì)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(bǔ)償可能出現(xiàn)的輸出級(jí)定時(shí)錯(cuò)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(jī)制，但不能解決全部的失真機(jī)制。那些對(duì)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(duì)獲得最佳音頻質(zhì)量是不可或缺的。

作者：Eric Gaalaas

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