D类放大器重新定义数字电视和便携式产品设计

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随着系统的鲁棒性和音质的提升，与前几代产品相比，最新的D类音频解决方案已经得到了显著的改进。D类放大器具有与生俱来的优势，包括较高的功率效率、低发热量等，可实现更小、更轻的消费类产品。　　利用这些优势，基于D类技术的音频芯片正在对今天的消费类产品产生着巨大的影响，尤其是在平板数字电视和便携式应用领域。　　数字电视与D类技术的结合　　虽然传统的模拟放大器对CRT电视来说是一种很好的选择，但是对平板电视就显得力不从心了。这是因为设计师必须为了实现轻薄的产品，在限制音频输出功率和质量方面做出极大的让步。A类和B类放大器不但效率低，还会产生不必要的热量，引发难以处理的设计挑战，而且还需要散热器，导致了进一步的设计问题。大多数平板电视都面临着来自视频系统本身功耗和散热问题的很大挑战。因此，许多平板电视只能在每个声道提供大约5W的功率。D类数字放大技术已经可以提供解决平板电视主要挑战的解决方案，即可以在最大限度地减少热耗散的同时，在轻薄尺寸中获得高质量的音频效果。　　目前，D类技术可在一个芯片上集成功率级和控制器，可以实现超过85%的效率，而且不需要散热器。将新型D类芯片集成在系统中，平板电视就可以提供增强的音频功率(每声道大约15W)，音质水平也得到了全面提升。因此，OEM厂商可以实现增强的音频功率和质量，以更好地匹配视觉体验。　　表1是传统的线性模拟放大器与数字PWM放大器的对比。                        表1 单片线性电路和PWM放大器的对比        　　目前，D类技术已接近模拟放大器的性能水平，在某些方面甚至超过了性能期望值。其目前的功率水平已经相当于模拟放大器，而总谐波失真(THD)也与模拟放大器处于同等水平。事实上，其动态范围已超过了集成的模拟放大器性能的平均值，后者通常低于80dB。先进的数字放大器可以实现超过100dB的动态范围——静音与最大功率输出之差。　　出现在导通期间的噪声是另一个挑战。虽然使用继电器和较大的隔直流电容器相当昂贵，但是数字集成有助于实现对放大器启动的更强大的控制，而无需增加材料成本。因此，Cirrus Logic公司简化了音频通道，不使用反馈即可获得较好的音质。已有的开关电源足以提供稳定的电压。不过，那些采用传统变压器和担心滤波的高端应用还是在采用本地电源反馈。　　为了满足平板数字电视独特的系统设计需求，Cirrus Logic最近推出了一种高度集成的、基于D类技术的音频放大器CS4525。它集成了立体声ADC、采样率转换器、数字音频处理器，以及包括控制器和功率级的完整的30W D类放大器(例如每声道15W)。CS4525的独特之处在于，它支持输入的模拟和数字音频信号，其高效的功率级无需在系统设计中使用散热器。　　便携式产品中的D类技术优势　　通常，D类技术可以利用更小的面积为便携式产品提供更高的输出功率和更低的电压。这种降低的功耗可以实现更长  的电池寿命。D类技术也减少了系统设计的元件数，从而有助于降低成本。此外，采用D类技术的芯片尺寸通常比较小，可以更好地匹配空间有限的便携式产品电路板设计。　　D类系统设计的另一个问题是滤波。D类放大器的输出需要滤波，一些倡导者把电感线圈作为驱动扬声器滤波器的一部分，而另一些人则创建了一套独立于扬声器特性的全滤波输出的完整设计。对那些将扬声器作为产品一部分的音频系统来说，在扬声器中使用电感有助于节省元件成本。　　对便携式音频应用来说，由于耳机电线比较长，其输出必须经过全滤波而不出现带外噪声。但是，电线可能成为EMI的天线。由于需要电感器，用一个D类放大器实现这一点是很困难的，因为电感器的体积比较大，可能使应用中的音频性能受到影响。因此，一些产品，例如CS42L52立体声D类放大器，为了实现更低的功耗，耳机输出采用了一个传统的低EMI模拟放大器，以及一个用于扬声器输出的更大功率的D类放大器，这些通常都集成于产品本身，可最大限度地减少所需的滤波量。　　CS42L52采用了地居中输出放大器。利用与耳机回送(接地)的直流电位相等的放大器输出，直流电就不会流过头挂听筒。这样，就不必使用昂贵的、体积较大的隔直流电容器，也不会影响音质。因为这样做需要有正负电源电压存在，可在耳机放大器上集成一个充电泵，以产生负电源电压来满足这个要求。这种电荷泵比较有效，只需要极少的外部元件。                                                 　　这种设计方法不仅无需在耳机中使用去耦电容器，还有助于1.8V系统有足够的功率产生可接受的收听音量。该电荷泵可以产生－1.8V的电源电压，可有效地驱动3.6V的放大器。

D类放大器重新定义数字电视和便携式产品设计

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