数字功放基础知识
功放的分类
甲类放大器，这种功放的工作原理是输出功率器件始终工作 在传输特性曲线的线性部分，在输入信号的整个周期内输出 器件始终有电流连续流动，这种放大器失真小，但效率低， 功率损耗大，一般应用在高档机的较多。
乙类放大器，两只晶体管交替工作，每只晶体管在信号的半 个周期内导通，另半个周期内截止。该机效率较高，但缺点 是容易产生交越失真（两只晶体管分别导通时发生的失真） 。
图2
图1
图3
全数字功放工作原理
为适应CD 光碟等数字声源直接输出的脉冲编码调制（PCM ） 数字信号输入，数字功放内设有一个PCM 转换为PWM 的调制转换装置
数字信号 PCM输入
PCM转 PWM
PWM功率 放大
低通滤 波器
模拟信号 功率输出
全数字功放
DVD/CD SPDIF USB 1394 MOST
音频输入信号 250 kHz 三角波
正相输出
音频输入信号 250 kHz 三角 波
正相输出
反相输出
反相输出
末级功率MOS管工作原理
VCC
VCC
ON
OFF
OFF
ON
OUTP OFF
L1 15uH
OUTN ON
OUTP ON
L1 15uH
OUTN OFF
From Non-inverting Output
C2 L2
Post Filter (2nd Order)
OUTP
OUTN
Differential Voltage
+5v 0v
Across Load -5v
Current Decaying Current Increasing
Current
Currng
VALID PSVC
SCL SDA RESET MUTE PH_SEL
SCL SDA
RESET
DSP原理图 TPS76433 U301
+5V
3
IN OUT BYPASS
From Non-inverting Output
From Inverting Output
From Inverting Output
State 1: high-side OUTP On, low-side OUTN On
State 2: high-side OUTN On, low-side OUTP On
滤波& 缓冲
PREAMP.
Analog
Sound Control
14dB
VOL CTL.
PWR AMP.
30dB
数字区域
模拟区域
模拟功放功率级电路图
数字功放工作原理
D类数字音频功率放大器与上述各类模拟功放的最大区别是 不以线性放大音频信号为基础，而是以放大数字信号为原理 的一种数字信号放大技术。D类数字功放首先把模拟音频信号 变换为脉冲宽度调制（PWM）信号。在PWM 转换中，以 44.1KHz或48 KHz的取样频率和8bit 或16bit 的量化率（即 模拟信号振幅值的读出刻度）进行A/D（模拟/数字）变换。 然后再把PWM 数字信号进行高效率放大（D 类放大）。由于 音频信号的信息全部包含在脉冲的宽度变化中，与脉冲的幅 度变化无关，因此，只要采用截止频率为30 KHz ～40 KHz的 低通滤波器就可把模拟音频信号解调出来。
Binary modulation scheme's output voltage and current waveforms into
an inductive load
输出低通滤波器
采用开关放大技术的数字功放工作原理与模拟功放完全不同 其开关 功率级输出的高频PWM 信号中包含有音频信号，PWM 频率为几百 kHz比音频信号带宽20~20kHz 大得多为了从PWM 开关信号中恢复 出音频信号 通常采用低通滤波器LPF 低通滤波器频率特性如图1所 示。 图2 与图3 为PWM 滤波前后的时域与频域分析从图中可以看出减小 音频信号得到恢复但也总会残留部分高频开关成分 。
Pulse: 固定幅度 + 可变周期
time
PWM转换器作用
ENCODING
• 完成PCM到1-bit编码转 换:
– 较高的脉冲频率
PCM Signal
PWM Signal
– 能够被解码通过一个可 实现的低通滤波器, 不需 要额外的调制元件
– 高保真
– 低噪声
1
2
3
4
5
6
D C B A
1
VALID PSVC
Digital PWM Control
开关输 出平台
V+
过滤器
扬声器
TAS50XX 系列
V-
TAS51XX 系列
PCM 信号
幅度
T
Fs = 1 / T
X(4) X(5) X(6) X(1) X(2) X(3)
时间
PCM PWM
PCM
x(1)
x(2)
Area ~ 采样值
x(3)
PWM A
A
A
T T
模拟信号 PWM 输入 转换
PWM 功率 放大
低通 滤波 器
模拟信号 功率输出
CLASS D 功放
DAC
数字区 域
滤波& 缓冲
PREAMP.
Analog
Sound Control
14dB
VOL CTL.
CLASS D AMP.
模拟区域
数字区 域
CLASS D 功放
Class-D是工作在开关状态的放大器，其核心是一个比较器，它生成 脉冲宽度正比于输入音频信号的脉冲宽度调制波（PWM信号）
甲乙类放大器，兼有甲类放大器音质好和乙类放大效率高的 优点，被广泛应用于各种音响系统中。
“D类”放大器比较特殊，它只有两种状态，不是通就是断。 因此，它不能直接输入模拟音频信号，而是需要某种变换后 再放大。人们把此种具有"开关"方式的放大，称为"数字放大 器"。
模拟功放
甲类/乙类/甲乙类
DAC
Binary modulation scheme for switching H-bridge
CLASS D 功放原理框图
Rfdbk2
Audin
Cint2 Rs2
vdd/2
Ramp Generator
Rfdbk1
PVDD
Gate Drive
L1
OUTP
C1 C3
Gate Drive
PVDD
OUTN
Inter-
DSP Sound
PCM to
Face Control PWM
H-bridge
数字区域
模拟区域
全数字功放工作原理
数字信 号来源
数字部分
CD /DVD /DAB /SACD /MP3
24 bit 32-48kHz 96, 192kHz
equibit® PCM to
PWM Processor