為電子產(chǎn)品選擇合適的器件是一項非常復雜的事情，常常要在許多方面反復進(jìn)行折中，例如D類(lèi)音頻放大器就是這種器件。

　　下面通過(guò)一個(gè)假設的應用，例如由墻上電源適配器或堿性電池供電的手機或個(gè)人媒體播放器(PMP)底座，來(lái)介紹選擇這類(lèi)放大器的過(guò)程。

　　市場(chǎng)推廣的需求

　　市場(chǎng)人員可能對產(chǎn)品提出很多具體建議，從一個(gè)很小的細節(例如，應該使用立體聲揚聲器)，到一堆要求與競爭產(chǎn)品相媲美的指導意見(jiàn)。市場(chǎng)人員也可能提出讓產(chǎn)品符合業(yè)界的性能標準(如Microsoft Windows Vista或Dolby Digital認證)。

　　在我們的項目中(PMP底座或外置音箱)，我們假設市場(chǎng)人員要求產(chǎn)品在采用電池供電時(shí)，聲音要盡可能大，工作時(shí)間要盡可能長(cháng)，而且當電池快耗盡時(shí)應該溫和適度地降低性能，使用兩個(gè)直徑50mm、功率為3W的8Ω揚聲器。我們進(jìn)一步假設，市場(chǎng)人員沒(méi)有對底座的傳輸帶寬、線(xiàn)性度或信噪比(SNR)提出更多的意見(jiàn)。

　　電路約束

　　如果產(chǎn)品有兩個(gè)電源，一個(gè)是穩壓的12V墻上電源適配器，一個(gè)是可選的堿性電池組(采用新電池時(shí)的標稱(chēng)電壓為9V，在電能快耗盡時(shí)的電壓為6V)。

　　輸出

功率決定了放大器所需的輸出級拓樸。為向8Ω負載提供每通道3W的功率，需要4.90Vrms左右的供電電壓，或是6.93V的峰值電壓。由于單端(半橋)布局即使在最好的供電條件下也無(wú)法產(chǎn)生所需的功率，必須采用BTL(全橋)拓撲。

　　進(jìn)一步說(shuō)，在最差(6V)的供電電壓時(shí)，即使BTL放大器也不能產(chǎn)生維持3W輸出所需的6.93V峰值電壓。不過(guò)這可能不是問(wèn)題，因為接近完全放電的電池一般不可能提供兩個(gè)3W揚聲器所需的電流了。最終的產(chǎn)品將可以實(shí)現市場(chǎng)人員所說(shuō)的“溫和降級”的特點(diǎn)。

　　物理/機械約束

　　D類(lèi)音頻放大器的效率要遠高于線(xiàn)性(AB類(lèi))放大器。換言之，如果要給負載提供一個(gè)給定的輸出功率，D類(lèi)放大器在散熱上浪費的功率要遠小于相同輸出功率的AB類(lèi)放大器。

　　有必要檢查是否需要特殊的熱設計。假設，現在有一個(gè)合適的立體聲D類(lèi)放大器，可以在4.5V電壓下工作，由正常工作的電源供電，可以輸出2×3W的足夠功率。

　　在2×3W輸出功率(驅動(dòng)兩個(gè)通道)的條件下，效率與輸出功率的關(guān)系圖如圖所示，從圖中可見(jiàn)，器件的典型效率是82%。當有了這個(gè)指標之后，可由下式得出在這些條件下的散熱功率。

　　η=Pout/Pin=Pout/(Pout+Pdiss)

　　Pdiss=Pout×(1-η)/η

　　這里，η為百分比。

　　圖  效率與輸出功率的關(guān)系曲線(xiàn)

　　立體聲輸出是6W(2×3W)，效率是82%，可以計算出Pdiss=1.32W，這可不是一個(gè)小數字。采用器件建議的封裝，不太容易把熱量散發(fā)出去，所以把熱量散發(fā)出去的唯一辦法是通過(guò)PCB板上的鍍銅。

　　因此，在PCB布局階段需要注意，確保暴露在器件下的引腳是與PCB板連在一起的，通過(guò)多條路徑連到焊料側的帶銅接地上。在成本和封裝約束允許的情況下，在PCB板上暴露的銅面應該盡可能大，以便將放大器產(chǎn)生的熱量散出去。

　　這時(shí)，D類(lèi)放大器的評估板是非常有幫助的，生產(chǎn)商提供的PCB布局和元器件的放置位置可以做為很好的參考，并可以通過(guò)實(shí)驗室測試，知道器件在加負載情況的溫升，并確保在高溫下器件不會(huì )關(guān)斷或發(fā)生誤動(dòng)作。

　　EMI約束

　　D類(lèi)放大器的輸出級會(huì )在電源軌之間快速地開(kāi)和關(guān)，從而達到此類(lèi)器件所特有的高效率。對放置在放大器附近的其他設備和電路來(lái)說(shuō)，這種快速上升和跌落時(shí)間所產(chǎn)生的EMI是非常有害的。雖然對于采用D類(lèi)放大器時(shí)，如何進(jìn)行折中以滿(mǎn)足RF輻射標準的詳細分析超出了本文的論述范圍，下面列出一些可供參考的指導意見(jiàn)。

　　首先是要了解產(chǎn)品必須滿(mǎn)足的輻射標準，以及在滿(mǎn)足標準的前提下希望留出的裕量。

　　不要假設所用的D類(lèi)放大器的開(kāi)關(guān)頻率是300kHz，不會(huì )碰到30MHz或以上的情況，超出這個(gè)頻段范圍的輻射經(jīng)常被檢測。在100倍基本開(kāi)關(guān)頻率的聲頻段，都會(huì )出現難以消除的EMI輻射。

　　揚聲器的引線(xiàn)實(shí)際上是一個(gè)有效的RF輻射天線(xiàn)。引線(xiàn)越長(cháng)，會(huì )出現EMI問(wèn)題的頻率就越低。

　　如果在揚聲器前使用了LC濾波器，截止頻率為20kHz，就必須檢查電感在整個(gè)EMI輻射頻率范圍內是否能夠正常工作。

　　如果在底座外殼內有足夠的空間和充足的PCB板面積，在設計PCB板原型時(shí)就可以有多個(gè)濾波器設計方案，這樣就可以在產(chǎn)品進(jìn)行EMC測試時(shí)嘗試不同的方案，以達到所需的性能。

　　一些放大器提供商發(fā)布了在給定的電纜長(cháng)度和濾波器元件的條件下，評估套件的RF輻射性能測試結果，這樣就大大方便了工程師著(zhù)手進(jìn)行設計。為了從源頭上減少EMI，大多數新型D類(lèi)放大器都使用了專(zhuān)利的調制技術(shù)，以保證音頻質(zhì)量和效率。

　　供應鏈約束

　　不幸的是，在為產(chǎn)品仔細選擇器件之后，要由許多非工程方面的因素來(lái)決定是否采用這種器件。下面是一些可能碰到的問(wèn)題。

　　● 供應商是否通過(guò)了采購認證？

　　● 器件供應商的技術(shù)支持人員是否勝任？

　　● 后續成本滿(mǎn)足目標要求嗎？

　　● 對供貨商能夠以所需的數量提供穩定可靠的產(chǎn)品是否有信心？

　　細節設計

　　在任何音頻系統設計中，精細的外觀(guān)可以增加(或減少)用戶(hù)對產(chǎn)品的整體體驗。在選擇各個(gè)音頻部件的增益時(shí)，應在避免出現揚聲器限幅失真的條件下，使整體的增益結構能夠達到高音量。但也不能使增益過(guò)大，避免噪聲超出可接受的音量水平。

　　應該使在開(kāi)機和關(guān)機時(shí)出現的瞬態(tài)噪聲最小化，但要抑制噪聲，產(chǎn)品、價(jià)位和用戶(hù)體驗都會(huì )發(fā)生變化。對喀嗒聲的抑制性能最終是由放大器決定的。一些生產(chǎn)商在數據表中給出了典型的喀嗒聲抑制參數，這樣就可以在進(jìn)行聽(tīng)覺(jué)測試前,對不同器件進(jìn)行比較。