數字放大器對電源帶來挑戰(zhàn)
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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MOSFET H橋將功率引入揚聲器，取代了線性AB類放大器。最后也是最棘手的一個障礙，是通常(并非一定)要采用開關電源(SMPS)替代線性穩(wěn)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的頻率對信號進行調制。通過改變該電壓的占空比(脈寬)，聲音就得到還原。該電壓通過4個配置成H橋的MOSFET通過揚聲器。這些MOSFET不是全導通就是全關閉，所以僅產生有限的熱損耗。數字放大器一般沒有反饋，并直接將電源電壓傳遞至揚聲器，所以與帶反饋的系統(tǒng)相比，數字放大器需要更好的電壓調節(jié)。
采用開關電源和數字放大器進行設計時，遵從右文列舉的一些指導原則，可避免許多常見問題，同時還能縮短開發(fā)時間。
應該
1.采用開關電源。與線性電源相比，開關電源體積較小，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。這些問題能夠獲得解決，但需要采用一些新技術。
2.留意系統(tǒng)布局及由開關電源的開關產生的較高EMI。較高電壓需要遵從某些設計規(guī)則，并獲得相關管理部門的批準。
3.檢查短期和長期功率。若一個音頻信號具有較高波峰系數，則意味著峰值可能很高，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。開關電源的效率約為80%，所以若電源能提供100W功率，則系統(tǒng)可很好工作。美國聯(lián)邦貿易委員會(FTC)要求：在所有聲道以1/8的功率預熱1小時后，其中兩個聲道必須以全功率驅動5分鐘。
4.只要有可能，就采用現(xiàn)成的開關電源。在數字電視、DVD接收機和播放機中一般采用開關電源。因其出貨批量大，近年來開關電源的成本已大幅下降。
5.降低開關電源的源阻抗。數字放大器與模擬放大器的其中一項區(qū)別，是數字放大器具有開環(huán)架構。開關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系。解決該問題的最佳途徑是使開關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及低口徑的電源線。
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圖：開關電源與線性穩(wěn)壓電源的輸出電壓/輸出電流比較 本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/259048.htm |
不應該
1.假定數字放大器是EMI的元兇。在與客戶打交道的過程中，幾乎每個客戶報告的EMI問題都不是由數字放大器引起的，而是要歸結于開關電源。若遵守了提供的參考布局，就能把數字放大器產生的EMI降得很低，特別是對大電流信號通路來說。
2.忘記過載處理方法的差異。開關電源與線性電源的過載處理方法不同。線性電源的變壓器具有阻抗。隨著變壓器繞組內電流的增加，產生的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熱傳感器，以此避免永久失效。而開關電源具有不同的保護機制。當電流負載增加時，電壓的降低過程要平緩地多。但是，一旦達到電流或熱容限，立即進入關斷模式。只要能準確找出過載部位，這就不會成為一個問題。
3.過多關注電源調整。因數字放大器是開環(huán)的，所以它們的電源抑制比(PSRR)較線性放大器低。一般來說，調整率低于5%的開關電源都能很好地滿足大多數設計的要求。當沒有音頻信號輸入時，PSRR=20×Log(Vout(f)/Vinjected(f)。這是因為，當沒有音頻信號輸入時，TI的數字放大器輸出是靜音的，所以可獲得無限大的PSRR。但通常輸入一個1kHz的音頻信號，然后測量該輸入信號的輸出功率。
作者：Kevin Belnap
數字家庭音頻產品行銷工程師
德州儀器公司
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