D類(lèi)放大器原理詳解及應用設計指南(三)

　本部分討論音質(zhì)問(wèn)題：要利用D類(lèi)放大器實(shí)現整體良好的音質(zhì)，一些問(wèn)題必須得到解決。

　　喀噠和爆裂聲：當放大器在打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)可能會(huì )很煩人。然而不幸地是，除非當放大器被靜音或未被靜音時(shí)，對調節器狀態(tài)、輸出級定時(shí)以及LC濾波器的狀態(tài)予以特別注意，否則，D類(lèi)放大器中很容易引入喀噠和爆裂聲。

　　信噪比(SNR)：為避免來(lái)自放大器噪聲基底可聽(tīng)得到的嘶嘶聲，便攜式應用中低功率放大器的SNR通常應超過(guò)90dB，100dB用于中等功率設計，110dB用于高功率設計。這對于多種不同的放大器實(shí)現都是做得到的，但在放大器設計期間必須對各個(gè)噪聲源進(jìn)行跟蹤，以確保獲得一個(gè)滿(mǎn)意和全面的 SNR。

　　失真機制：這些機制包括調制技術(shù)或調節器執行的非線(xiàn)性特征—和輸出級中采用的死區時(shí)間以解決直通電流問(wèn)題。

　　有關(guān)音頻信號級的信息通常以D類(lèi)調節器輸出脈沖的寬度進(jìn)行編碼。加上死區時(shí)間以阻止輸出級直通電流引起非線(xiàn)性定時(shí)錯誤，這一錯誤會(huì )使揚聲器失真，該失真正比于跟理想脈沖寬度相關(guān)的定時(shí)錯誤。避免直通的最短的死區時(shí)間對于最小化失真往往是最佳的，可見(jiàn)參考2的詳細設計方法，該方法用于優(yōu)化正處在交換輸出級的失真性能。

　　其它失真源包括：輸出脈沖過(guò)程中上升和下降時(shí)間的不當匹配；輸出晶體管柵極驅動(dòng)電路定時(shí)特性的不當匹配；LC低通濾波器組件中的非線(xiàn)性特征。

　　電源抑制(PSR):在上一節所示電路中，電源噪聲幾乎與具有非常小抑制的揚聲器直接耦合。出現這一問(wèn)題是因為輸出級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，但被設計用來(lái)讓包括噪聲在內的所有音頻頻率都能通過(guò)。參考3所示為單端和差分開(kāi)關(guān)輸出級電路中電源噪聲的完整影響描述。

　　如果失真或電源問(wèn)題中的任何一個(gè)都得不到解決，要實(shí)現比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(lèi)干擾成分。

　　幸運地是，已經(jīng)有了針對這些問(wèn)題的更佳解決方案。采用具有高環(huán)路增益(如在許多線(xiàn)性放大器計中采用的)的反饋有很大幫助。來(lái)自 LC濾波器輸入的反饋將極大地改進(jìn)PSR并削弱所有LC濾波器失真機制。 LC濾波器的非線(xiàn)性特征能夠通過(guò)把揚聲器包括在反饋環(huán)中得到削弱。在設計完整的閉環(huán)D類(lèi)放大器中，具有PSR > 60dB和 THD 0.01% 的高保真級音質(zhì)是可以實(shí)現的。

　　反饋使放大器設計變得復雜，但是，因為環(huán)路穩定性必須得到解決(有一個(gè)針對高階設計的完美考慮)。連續時(shí)間模擬反饋也有必要捕獲有關(guān)脈沖定時(shí)錯誤的重要信息，因此控制回環(huán)必須把處理反饋信號的模擬電路包括在內。在集成電路放大器實(shí)現中，這可能增加裸片成本。

　　要使IC成本最小化，一些供應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)品采用數字開(kāi)環(huán)調節器，加上一個(gè)模數轉換器來(lái)感測電源變化—并由參考3中所提出的方案來(lái)調整調節器的補償行為。這能提高PSR，但不會(huì )解決任何失真的問(wèn)題。其它的數字調節器試圖預補償可能出現的輸出級定時(shí)錯誤，或糾正調節器的非理想特性。這至少能部分解決一些失真機制，但不能解決全部的失真機制。那些對音質(zhì)沒(méi)有嚴格要求的應用可通過(guò)這種開(kāi)環(huán)D類(lèi)放大器來(lái)處理，但某些形式的反饋對獲得最佳音頻質(zhì)量是不可或缺的。