基于D類技術(shù)和產(chǎn)品在便攜式產(chǎn)品中的應(yīng)用優(yōu)勢

隨著系統(tǒng)的魯棒性和音質(zhì)的提升，與前幾代產(chǎn)品相比，最新的D類音頻解決方案已經(jīng)得到了顯著的改進。D類放大器具有與生俱來的優(yōu)勢，包括較高的功率效率、低發(fā)熱量等，可實現(xiàn)更小、更輕的消費類產(chǎn)品。

利用這些優(yōu)勢，基于D類技術(shù)的音頻芯片正在對今天的消費類產(chǎn)品產(chǎn)生著巨大的影響，尤其是在平板數(shù)字電視和便攜式應(yīng)用領(lǐng)域。

數(shù)字電視與D類技術(shù)的結(jié)合

雖然傳統(tǒng)的模擬放大器對CRT電視來說是一種很好的選擇，但是對平板電視就顯得力不從心了。這是因為設(shè)計師必須為了實現(xiàn)輕薄的產(chǎn)品，在限制音頻輸出功率和質(zhì)量方面做出極大的讓步。A類和B類放大器不但效率低，還會產(chǎn)生不必要的熱量，引發(fā)難以處理的設(shè)計挑戰(zhàn)，而且還需要散熱器，導(dǎo)致了進一步的設(shè)計問題。大多數(shù)平板電視都面臨著來自視頻系統(tǒng)本身功耗和散熱問題的很大挑戰(zhàn)。因此，許多平板電視只能在每個聲道提供大約5W的功率。D類數(shù)字放大技術(shù)已經(jīng)可以提供解決平板電視主要挑戰(zhàn)的解決方案，即可以在最大限度地減少熱耗散的同時，在輕薄尺寸中獲得高質(zhì)量的音頻效果。

目前，D類技術(shù)可在一個芯片上集成功率級和控制器，可以實現(xiàn)超過85%的效率，而且不需要散熱器。將新型D類芯片集成在系統(tǒng)中，平板電視就可以提供增強的音頻功率（每聲道大約15W），音質(zhì)水平也得到了全面提升。因此，OEM廠商可以實現(xiàn)增強的音頻功率和質(zhì)量，以更好地匹配視覺體驗。

表1是傳統(tǒng)的線性模擬放大器與數(shù)字PWM放大器的對比。

表1 單片線性電路和PWM放大器的對比

目前，D類技術(shù)已接近模擬放大器的性能水平，在某些方面甚至超過了性能期望值。其目前的功率水平已經(jīng)相當(dāng)于模擬放大器，而總諧波失真（THD）也與模擬放大器處于同等水平。事實上，其動態(tài)范圍已超過了集成的模擬放大器性能的平均值，后者通常低于80dB。先進的數(shù)字放大器可以實現(xiàn)超過100dB的動態(tài)范圍——靜音與最大功率輸出之差。

出現(xiàn)在導(dǎo)通期間的噪聲是另一個挑戰(zhàn)。雖然使用繼電器和較大的隔直流電容器相當(dāng)昂貴，但是數(shù)字集成有助于實現(xiàn)對放大器啟動的更強大的控制，而無需增加材料成本。因此，Cirrus Logic公司簡化了音頻通道，不使用反饋即可獲得較好的音質(zhì)。已有的開關(guān)電源足以提供穩(wěn)定的電壓。不過，那些采用傳統(tǒng)變壓器和擔(dān)心濾波的高端應(yīng)用還是在采用本地電源反饋。

為了滿足平板數(shù)字電視獨特的系統(tǒng)設(shè)計需求，Cirrus Logic最近推出了一種高度集成的、基于D類技術(shù)的音頻放大器CS4525。它集成了立體聲ADC、采樣率轉(zhuǎn)換器、數(shù)字音頻處理器，以及包括控制器和功率級的完整的30W D類放大器（例如每聲道15W）。CS4525的獨特之處在于，它支持輸入的模擬和數(shù)字音頻信號，其高效的功率級無需在系統(tǒng)設(shè)計中使用散熱器。

便攜式產(chǎn)品中的D類技術(shù)優(yōu)勢

通常，D類技術(shù)可以利用更小的面積為便攜式產(chǎn)品提供更高的輸出功率和更低的電壓。這種降低的功耗可以實現(xiàn)更長的電池壽命。D類技術(shù)也減少了系統(tǒng)設(shè)計的元件數(shù)，從而有助于降低成本。此外，采用D類技術(shù)的芯片尺寸通常比較小，可以更好地匹配空間有限的便攜式產(chǎn)品電路板設(shè)計。

D類系統(tǒng)設(shè)計的另一個問題是濾波。D類放大器的輸出需要濾波，一些倡導(dǎo)者把電感線圈作為驅(qū)動揚聲器濾波器的一部分，而另一些人則創(chuàng)建了一套獨立于揚聲器特性的全濾波輸出的完整設(shè)計。對那些將揚聲器作為產(chǎn)品一部分的音頻系統(tǒng)來說，在揚聲器中使用電感有助于節(jié)省元件成本。

對便攜式音頻應(yīng)用來說，由于耳機電線比較長，其輸出必須經(jīng)過全濾波而不出現(xiàn)帶外噪聲。但是，電線可能成為EMI的天線。由于需要電感器，用一個D類放大器實現(xiàn)這一點是很困難的，因為電感器的體積比較大，可能使應(yīng)用中的音頻性能受到影響。因此，一些產(chǎn)品，例如CS42L52立體聲D類放大器，為了實現(xiàn)更低的功耗，耳機輸出采用了一個傳統(tǒng)的低EMI模擬放大器，以及一個用于揚聲器輸出的更大功率的D類放大器，這些通常都集成于產(chǎn)品本身，可最大限度地減少所需的濾波量。

CS42L52采用了地居中輸出放大器。利用與耳機回送（接地）的直流電位相等的放大器輸出，直流電就不會流過頭掛聽筒。這樣，就不必使用昂貴的、體積較大的隔直流電容器，也不會影響音質(zhì)。因為這樣做需要有正負電源電壓存在，可在耳機放大器上集成一個充電泵，以產(chǎn)生負電源電壓來滿足這個要求。這種電荷泵比較有效，只需要極少的外部元件。

這種設(shè)計方法不僅無需在耳機中使用去耦電容器，還有助于1.8V系統(tǒng)有足夠的功率產(chǎn)生可接受的收聽音量。該電荷泵可以產(chǎn)生－1.8V的電源電壓，可有效地驅(qū)動3.6V的放大器。

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