數(shù)字功率放大器(04-100)

　　幾種實(shí)用數(shù)字功放集成電路

　　數(shù)字功放是一種新型器件，IC廠商自然不會(huì)放過(guò)這一商機(jī)，相繼推出了各具特色的數(shù)字功放產(chǎn)品。下面簡(jiǎn)要地介紹一些有代表性的器件。

　　TA2022是Tripath生產(chǎn)的模擬輸入立體聲集成化調(diào)制器和輸出級(jí)。它的與眾不同之處在于，其調(diào)制器采用擴(kuò)頻開關(guān)模式，而不是固定的頻率，因此公司稱為“T類”放大器。該器件在±25電源電壓下，每個(gè)通道在8Ω負(fù)載上可輸出25W功率，空閑損耗功率測(cè)得為3.4W。TA2022在25W時(shí)具有0.015%THD；60W時(shí)上升為0.1%。它封裝在SSIP-32塑料封裝中，需外加散熱器。

　　Cirrus Logic CS44210是一個(gè)D類控制器，它與一對(duì)IR公司的IRCS8001橋式驅(qū)動(dòng)器配合使用。4421O可有3路串行數(shù)字音頻輸入，內(nèi)置多路開關(guān)和主接口，采用TSSOT-24封裝。IRCS8001橋式驅(qū)動(dòng)器采用SOIC-16封裝，每個(gè)驅(qū)動(dòng)4個(gè)IRC8101 MOSFET全橋結(jié)構(gòu)，或2個(gè)IRC8102 MOSFET半橋結(jié)構(gòu)，在8Ω揚(yáng)聲器上獲得50W功率。放大器THD在1KH z,1W時(shí)為0.01%；滿功率時(shí)為0.1 % 該放大器組合能獲得良好的立體聲效果。

　　直接數(shù)字放大(DDX)是Apoget Technolog研發(fā)的，由STMicroelectronics特許生產(chǎn)的專用集成電路。該器件結(jié)合了Apogee 次微米CMOS技術(shù)和ST能將CMOS器件和功率DMOS器件制作在同一芯片上。DDX的阻尼三態(tài)PWM方案還進(jìn)一步提高了效率。典型DDX放大器的效率比D類放大器高20%，是AB類放大類的300%。芯片內(nèi)控制處理功能執(zhí)行基本DDX調(diào)制以及其它環(huán)繞聲、音調(diào)和音量控制的DSP基信號(hào)處理功能。目前商品化器件包括STA304A控制器和兩種功放；STA500(2×30W)和STA505(2×50W)。STA304A可將2個(gè)IIS或S/PDIF格式串行數(shù)字輸入變換為5通道驅(qū)動(dòng)功放的數(shù)字信號(hào)，嵌入式軟件則添加諸如均衡化等其它功能。由于芯片效率極高，STA500組裝在Power S036內(nèi)，兼?zhèn)浔砻嫣b和功率容量的優(yōu)點(diǎn)。

　　TI公司的真正數(shù)字功放(TDAA)由TAS5010  PCM-PWM調(diào)制器和TAS5100數(shù)字功放組成。該系統(tǒng)接受串行PCM數(shù)字音頻流并變換成3.3V PWM音頻流，然后放大成大信號(hào)PWM，再經(jīng)解調(diào)后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。TAS5010是基于Equibit技術(shù)創(chuàng)新的、高性能、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的24位立體聲PCM-PWM調(diào)制器。該器件有多種串行輸入格式選擇：包括左對(duì)齊、右對(duì)齊、IIS或DSP數(shù)據(jù)格式，并與AES標(biāo)準(zhǔn)取樣速率完全兼容，還可提供去加重功能。5010內(nèi)部還有一個(gè)數(shù)字內(nèi)插濾波器，將音頻數(shù)據(jù)以2倍、4倍或8倍(取決于取樣速率)上取樣至352.8KHz或384KHz，這個(gè)速率就是TDAA內(nèi)部取樣速率。Equibit調(diào)制器則將上取樣信號(hào)變換為同頻率PWM信號(hào)，調(diào)制器采用完善的專利校正算法來(lái)補(bǔ)償非線性，提高系統(tǒng)的整體性能。TAS5100是單通道PWM功率音頻器件，它由集成柵驅(qū)動(dòng)器、4個(gè)匹配的又電氣上隔離的增強(qiáng)型N溝功率DMOS晶體管組成，內(nèi)置保護(hù)電路和故障告知電路。由上述二個(gè)器件組成的TDAA系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍大于93dB；TDH小于0.08%(1KHz、6Ω負(fù)載、1W~30W RMS)；在8Ω負(fù)載上的功率效率大于90%。

　　數(shù)字功放實(shí)用化技巧

　　盡管D類放大器有很多優(yōu)點(diǎn)，但它自身也存在一些固有的問(wèn)題，在實(shí)際使用時(shí)要正確應(yīng)對(duì)。請(qǐng)不要忘記這一基本事實(shí)，即D0在放大器是脈沖工作的，對(duì)電源質(zhì)量更為敏感。電源在提供快速變化的電流時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生振鈴波形或使電壓變化。這就要求貯能電容具有極低的有效串聯(lián)電阻(esr ),因?yàn)槿魏渭纳娮杌螂姼卸紩?huì)阻止存貯電荷快速轉(zhuǎn)移。在電解電容上并聯(lián)一個(gè)小型低esr電容也是無(wú)濟(jì)于事的，因?yàn)檩敵龉β适窃诙虝r(shí)間內(nèi)突然轉(zhuǎn)移的，所有并聯(lián)電容都要求有極低的esr。采用開關(guān)電源可能是解決問(wèn)題最有效的方法。這類電源通常工作在較高頻率，且?guī)в锌焖俚膬?nèi)置負(fù)載，無(wú)需后接線性電壓穩(wěn)壓器，高頻率有助于減少貯能電容，不僅如此，開關(guān)電源的效率比線性電源高，能降低冷卻的要求。

　　D類放大器另一個(gè)常見的問(wèn)題是電磁干擾(EMI)。所有連接在輸出級(jí)的PCD銅走線和電纜都攜帶著高頻大電流，其作用猶如一個(gè)天線。減少EMI最簡(jiǎn)便的方法是讓這些連接盡可能地短，有條件的話，電源和輸出級(jí)應(yīng)安置在同一PCB上。揚(yáng)聲器更不好處理。倘若系統(tǒng)設(shè)置了內(nèi)置揚(yáng)聲器，短揚(yáng)聲器電纜是克服EMI的有效手段，還能降低成本。如果揚(yáng)聲器是外置的，電纜長(zhǎng)度已超出了設(shè)計(jì)者所能控制的范圍，輸出級(jí)設(shè)置低通濾波器是必不可少的。

　　低通濾波器會(huì)帶來(lái)又一個(gè)權(quán)衡考慮，低截止頻率不僅抑制EMI，也會(huì)衰減音頻帶的高端成分，高階濾波器能滿足上述要求，但成本過(guò)高又讓人接受不了，特別是濾波器電感，它要有高品質(zhì)鐵芯才不致于電磁飽合。數(shù)字揚(yáng)聲器均衡器提供一種解決方案。當(dāng)它程控為三重音提升時(shí)，有可能采用低截止頻率的低階可重構(gòu)濾波器，且仍能在音頻范圍保持平坦的頻率響應(yīng)。對(duì)384KHz速率的PWM信號(hào)，為了防止三重音衰減，濾波器截止頻率約需45KHz。對(duì)EQ三重音提升，截止頻率可低至30KHz。EMI則可降低7dB?！?東華)