如今，數字放大器技術(shù)正在改變消費類(lèi)音頻產(chǎn)品市場(chǎng)。但說(shuō)起六年前，它還是一項新技術(shù)，當時(shí)希望采用該技術(shù)的制造商面臨三項主要難題。
首先，信號通路(signal path)改變了架構。數字放大器的輸入是脈沖編碼調制(PCM)信號，輸出是高壓脈寬調制(PWM)信號。這就要求數據通路從以模擬為中心向全數字轉變。其次，數字放大器通過(guò)MOSFET H橋將功率引入揚聲器，取代了線(xiàn)性AB類(lèi)放大器。最后也是最棘手的一個(gè)障礙，是通常(并非一定)要采用開(kāi)關(guān)電源(SMPS)替代線(xiàn)性穩壓電源。
數字放大器從電源獲得30至40V的信號，直接將其傳輸至揚聲器，并以數百kHz的頻率對信號進(jìn)行調制。通過(guò)改變該電壓的占空比(脈寬)，聲音就得到還原。該電壓通過(guò)4個(gè)配置成H橋的MOSFET通過(guò)揚聲器。這些MOSFET不是全導通就是全關(guān)閉，所以?xún)H產(chǎn)生有限的熱損耗。數字放大器一般沒(méi)有反饋，并直接將電源電壓傳遞至揚聲器，所以與帶反饋的系統相比，數字放大器需要更好的電壓調節。
采用開(kāi)關(guān)電源和數字放大器進(jìn)行設計時(shí)，遵從右文列舉的一些指導原則，可避免許多常見(jiàn)問(wèn)題，同時(shí)還能縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。
應該
1.采用開(kāi)關(guān)電源。與線(xiàn)性電源相比，開(kāi)關(guān)電源體積較小，重量較輕，并具有更好的成本/功率和成本/容量比。但它也存在不足之處，如增加了電磁干擾(EMI)、復雜度提高以及不同的負載處理曲線(xiàn)。這些問(wèn)題能夠獲得解決，但需要采用一些新技術(shù)。
2.留意系統布局及由開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的較高EMI。較高電壓需要遵從某些設計規則，并獲得相關(guān)管理部門(mén)的批準。
3.檢查短期和長(cháng)期功率。若一個(gè)音頻信號具有較高波峰系數，則意味著(zhù)峰值可能很高，但平均功率遠低于峰值。最壞的情況是，在全功率條件下的平均音頻功率約為全功率的1/8。例如，在一個(gè)每聲道能輸出100W功率的5.1聲道家庭影院中，所需的平均功率為600W/8=75W。開(kāi)關(guān)電源的效率約為80%，所以若電源能提供100W功率，則系統可很好工作。美國聯(lián)邦貿易委員會(huì )(FTC)要求：在所有聲道以1/8的功率預熱1小時(shí)后，其中兩個(gè)聲道必須以全功率驅動(dòng)5分鐘。
4.只要有可能，就采用現成的開(kāi)關(guān)電源。在數字電視、DVD接收機和播放機中一般采用開(kāi)關(guān)電源。因其出貨批量大，近年來(lái)開(kāi)關(guān)電源的成本已大幅下降。
5.降低開(kāi)關(guān)電源的源阻抗。數字放大器與模擬放大器的其中一項區別，是數字放大器具有開(kāi)環(huán)架構。開(kāi)關(guān)電源的源阻抗與數字放大器的整體諧波失真構成直接比例關(guān)系。解決該問(wèn)題的最佳途徑是使開(kāi)關(guān)電源盡可能靠近數字放大器板，并在PCB上采用較寬的電源走線(xiàn)及低口徑的電源線(xiàn)。
圖：開(kāi)關(guān)電源與線(xiàn)性穩壓電源的輸出電壓/輸出電流比較
不應該
1.假定數字放大器是EMI的元兇。在與客戶(hù)打交道的過(guò)程中，幾乎每個(gè)客戶(hù)報告的EMI問(wèn)題都不是由數字放大器引起的，而是要歸結于開(kāi)關(guān)電源。若遵守了提供的參考布局，就能把數字放大器產(chǎn)生的EMI降得很低，特別是對大電流信號通路來(lái)說(shuō)。
2.忘記過(guò)載處理方法的差異。開(kāi)關(guān)電源與線(xiàn)性電源的過(guò)載處理方法不同。線(xiàn)性電源的變壓器具有阻抗。隨著(zhù)變壓器繞組內電流的增加，產(chǎn)生的IR降導致輸出電壓降低，并使變壓器發(fā)熱。通常在變壓器內整合一個(gè)熱傳感器，以此避免永久失效。而開(kāi)關(guān)電源具有不同的保護機制。當電流負載增加時(shí)，電壓的降低過(guò)程要平緩地多。但是，一旦達到電流或熱容限，立即進(jìn)入關(guān)斷模式。只要能準確找出過(guò)載部位，這就不會(huì )成為一個(gè)問(wèn)題。
3.過(guò)多關(guān)注電源調整。因數字放大器是開(kāi)環(huán)的，所以它們的電源抑制比(PSRR)較線(xiàn)性放大器低。一般來(lái)說(shuō)，調整率低于5%的開(kāi)關(guān)電源都能很好地滿(mǎn)足大多數設計的要求。當沒(méi)有音頻信號輸入時(shí)，PSRR=20×Log(Vout(f)/Vinjected(f)。這是因為，當沒(méi)有音頻信號輸入時(shí)，TI的數字放大器輸出是靜音的，所以可獲得無(wú)限大的PSRR。但通常輸入一個(gè)1kHz的音頻信號，然后測量該輸入信號的輸出功率。 |
