前言

　　隨著(zhù)數字音源與數字音頻技術(shù)的迅速發(fā)展，直接對數字音頻信號進(jìn)行功率放大而不需要進(jìn)行模擬轉換(DAC)的數字音頻放大器得到了迅速發(fā)展，它具有效率很高并且能與數字音源直接對接，實(shí)現端到端的純數字音頻處理和放大等優(yōu)點(diǎn)。這種DDX音頻放大器可以接受來(lái)自DSP直接輸入的數字音頻編碼信號，采用專(zhuān)利的DDX信號處理技術(shù)來(lái)控制高效的功率器件，不需要為每個(gè)聲道準備D/A轉換器，從而減少了中間不必要的轉換層級，音質(zhì)得到顯著(zhù)的改善，成本也隨著(zhù)零部件數目的減少而下降，從而把高音質(zhì)、低功耗和低制造成本帶到人氣很旺的高速增長(cháng)的應用領(lǐng)域，如平板電視機、無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品和個(gè)人音響系統。

    DDX技術(shù)原理

    DDX技術(shù)是一項高效率的D類(lèi)數字放大器技術(shù)，能夠將數字音頻直接轉換為功率，而無(wú)需數模轉換器(DAC)。相比于一般模擬方案，這種全數字方案以更小巧的設計和更低的功率耗散，實(shí)現更高運行效率。該技術(shù)已被引入到多項專(zhuān)利的全數字高效集成電路中，廣泛應用于不同類(lèi)型的消費音頻產(chǎn)品。 

　　DDX音頻放大器的基本結構

　　DDX音頻放大器包括2個(gè)主要部分：第一部分是采用專(zhuān)利DDX技術(shù)的調制器，它把數字音頻接口得到的或者A/D轉換得到的PCM數字音頻數據轉換成三態(tài)調制信號輸出；第二部分是功率輸出級，它包括三態(tài)驅動(dòng)邏輯電路和全橋電路。經(jīng)過(guò)三態(tài)調制的脈沖信號控制全橋電路中晶體管的導通與截止，在負載的兩端產(chǎn)生極性相反的脈沖信號，脈沖的頻率成份包含還原的音頻信號和與調制過(guò)程相關(guān)的高頻分量，因此通常需要在輸出級和揚聲 器之間插入一個(gè)低通濾波器，避免高頻分量直接驅動(dòng)揚聲器，從而在揚聲器上得到還原并且放大的音頻輸出(如圖1所示)。

　　DDX音頻放大器驅動(dòng)方式和調制方式

　　DDX音頻放大器的輸出級采用全橋電路，它包含兩個(gè)半橋輸出級。每個(gè)半橋電路包括兩個(gè)輸出晶體管，一個(gè)是連接到正電源的高端功率管，另一個(gè)是連接到負電源的低端功率管。全橋電路可以由單電源供電，在相同的電源電壓下，全橋電路的輸出信號擺幅是半橋電路的兩倍，理論上可以提供的最大輸出功率是其四倍。傳統的D類(lèi)放大器采用差分工作方式，開(kāi)關(guān)信號控制兩個(gè)半橋電路中功率管的導通與截止，半橋A的輸出極性必須與半橋B的輸出極性相反，使負載電流從一個(gè)半橋流入，從另一個(gè)半橋流出，為濾波器提供極性相反的脈沖信號，因此只存在正態(tài)和負態(tài)這兩種差分工作狀態(tài)。

圖1  DDX基本功能塊圖

　　圖2  DDX驅動(dòng)狀態(tài)

　　DDX音頻放大器的調制器采用DDX專(zhuān)利的三態(tài)調制技術(shù)，增加了一個(gè)共模工作狀態(tài)，即兩個(gè)半橋輸出的極性相同(都為低)，從而使濾波器的兩端被連接到地。這個(gè)共模狀態(tài)稱(chēng)為陰尼態(tài)，和差分工作狀態(tài)配合產(chǎn)生DDX三態(tài)調制，如圖2所示。陰尼態(tài)用于表示低功率水平，代替兩態(tài)方案中在正態(tài)和負態(tài)之間的開(kāi)關(guān)。當音頻信號處于低功率水平的時(shí)候，傳統的兩態(tài)方案仍然使輸出晶體管處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，輸出正負抵消的無(wú)用信號給濾波器和揚聲器，這樣不但增加了的開(kāi)關(guān)損耗和能量開(kāi)銷(xiāo)，降低了音頻放大器的效率和信噪比，而且不斷地處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)不可避免地產(chǎn)生EMI。DDX三態(tài)調制方案利用陰尼態(tài)表示低功率水平，正態(tài)和負態(tài)用于對揚聲器提供大功率。在相同測試條件下，DDX三態(tài)調制方案比采用兩態(tài)調制方案的傳統D類(lèi)放大器產(chǎn)生的高頻載波分量低16dB，在低功率水平時(shí)的放大器效率提高了20%。DDX三態(tài)調制方案的獨有特性也改善了電源抑制比(PSRR)，因為在低功率水平時(shí)，濾波器的差分動(dòng)作非常小，陰尼態(tài)使揚聲器的兩端接地，從而使電源的噪聲不被聽(tīng)見(jiàn)。

　　許多D類(lèi)放大器采用PWM輸出至器件輸入的負反饋環(huán)路以改善器件的線(xiàn)性，通過(guò)控制環(huán)路對輸出進(jìn)行校正，以減少失真問(wèn)題和電源問(wèn)題。閉環(huán)設計的優(yōu)勢是以可能出現的穩定性問(wèn)題為代價(jià)的，這也是所有反饋系統共同面臨的問(wèn)題。而DDX音頻放大器采用數字開(kāi)環(huán)的設計，即使在驅動(dòng)低阻抗揚聲器的時(shí)候也不會(huì )產(chǎn)生放大器的穩定性問(wèn)題。同時(shí)，利用先進(jìn)的數字信號處理技術(shù)(DSP)，對預期的輸出級誤差進(jìn)行預補償或者校正，也可以改善放大器的線(xiàn)性輸出特性。并且可以在數字域對每個(gè)通道音頻信號獨立地編程，進(jìn)行諸如分段EQ控制，低音/高音控制和音量控制等處理，而這些都可以通過(guò)I2C數字接口對內部寄存器進(jìn)行編程來(lái)實(shí)現，不僅方便了用戶(hù)的開(kāi)發(fā)和使用，而且為用戶(hù)增加了附加價(jià)值。

　　DDX音頻放大器種類(lèi)

　　DDX音頻放大器芯片主要分成兩類(lèi)，一類(lèi)是完全獨立的設計，即DDX控制芯片和音頻功率放大器芯片是分開(kāi)的，最多能處理八個(gè)音頻通道，最大輸出功率為單通道350W；另一類(lèi)是單芯片設計，即集成了DDX控制和音頻功率放大器功能，同時(shí)擁有2.1通道的DDX控制和音頻放大器，輸出總功率為40W至160W。用戶(hù)可以根據產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的實(shí)際需要進(jìn)行靈活地選擇和搭配組合。

       結語(yǔ)

　　利用DDX音頻放大器對數字音源輸出的音頻信號進(jìn)行直接處理和放大，可以方便地實(shí)現高保真，高效率和低成本的音頻放大器，為數字音源，音頻處理和功率放大的整合提供了完整的端到端數字解決方案。