D類放大器如何采取有效的噪聲對策

由于其小巧的尺寸和高的能源效率，D類放大器已成為智能手機和電池驅(qū)動的人工智能（AI）揚聲器中的固定設(shè)備，在這些揚聲器中，空間和功率的預(yù)算非常嚴格。他們已經(jīng)取代了A類和AB類放大器，這兩種放大器均具有出色的線性度，高增益和低信號失真水平，但是卻非常耗電。

D類放大器是使消費者需求呈指數(shù)增長的關(guān)鍵技術(shù)要素之一，這些非線性開關(guān)放大器理論上可以達到100％的效率。與A類和AB類不同，電流僅流經(jīng)導(dǎo)通的晶體管。但是，D類放大器的顯著優(yōu)勢還有一個缺點，那就是它們的高速開關(guān)會產(chǎn)生潛在的噪聲（圖1）。

圖1高速開關(guān)會在諸如智能揚聲器之類的音頻設(shè)備中產(chǎn)生噪聲，資料來源：TDK

因此，設(shè)計工程師必須采取有效的噪聲對策。但是，與此同時，這些措施既不能增加布板面積，同時也不能影響信號和音頻質(zhì)量，這意味著插入揚聲器線路中的噪聲抑制濾波器的性能非常重要。揚聲器的音質(zhì)還受到D類放大器輸出級低通濾波器（LPF）中使用的電感器性能的影響。

另外，通常揚聲器線路中必須采取防靜電措施（ESD）。在這里，具有多層壓敏電阻技術(shù)的ESD陷波濾波器既可以保護與ESD相關(guān)的瞬態(tài)過電壓，又可以保護與無線通信相關(guān)的濾波器噪聲源。

ESD陷波濾波器在抑制輻射噪聲方面也起著關(guān)鍵作用。多層壓敏電阻具有特定的寄生電容，旨在與蜂窩，藍牙或Wi-Fi頻段干擾相關(guān)的濾波噪聲源協(xié)同工作（圖2）。

圖2 MAF和AVRF系列濾波器的協(xié)同工作可降低插入損耗。資料來源：TDK

下面總結(jié)了實現(xiàn)這些功能的基本應(yīng)用方法。

100 mW至2 W級音頻

在揚聲器輸出相對較?。?00 mW至2W）的智能手機和其他設(shè)備的揚聲器線路中，通常使用不帶LPF的D類放大器。聲音失真度通常以數(shù)字形式表示為總諧波失真加噪聲（THD + N）；其值越低，聲音質(zhì)量越好。

如果在揚聲器線路中使用通用的芯片磁珠，則輸出會導(dǎo)致THD + N值升高，從而降低聲音質(zhì)量。但是，對于噪聲抑制濾波器，THD + N特性等同于不使用濾波器的特性。即使增加輸出功率，對信號也沒有影響，也不會產(chǎn)生聲音失真。使用輸出信號的頻譜（1 kHz），使用貼片磁珠時，諧波水平明顯更高；這種諧波分量被稱為失真。相反，使用噪聲抑制濾波器時，高頻不會受到影響，因此只能聽到干凈的1 kHz信號。

與不使用濾波器相比，噪聲抑制濾波器在輻射噪聲抑制方面的效果等同于關(guān)閉D類放大器時的效果。例如，TDK的MAF系列濾波器是多層芯片組件，它們使用一種新型的鐵氧體材料來實現(xiàn)低失真，同時保持其噪聲消除特性。

由于其小巧的尺寸和高的能源效率，D類放大器已成為智能手機和電池驅(qū)動的人工智能（AI）揚聲器中的固定設(shè)備，在這些揚聲器中，空間和功率的預(yù)算非常嚴格。他們已經(jīng)取代了A類和AB類放大器，這兩種放大器均具有出色的線性度，高增益和低信號失真水平，但是卻非常耗電。

D類放大器是使消費者需求呈指數(shù)增長的關(guān)鍵技術(shù)要素之一，這些非線性開關(guān)放大器理論上可以達到100％的效率。與A類和AB類不同，電流僅流經(jīng)導(dǎo)通的晶體管。但是，D類放大器的顯著優(yōu)勢還有一個缺點，那就是它們的高速開關(guān)會產(chǎn)生潛在的噪聲（圖1）。

圖1高速開關(guān)會在諸如智能揚聲器之類的音頻設(shè)備中產(chǎn)生噪聲，資料來源：TDK

因此，設(shè)計工程師必須采取有效的噪聲對策。但是，與此同時，這些措施既不能增加布板面積，同時也不能影響信號和音頻質(zhì)量，這意味著插入揚聲器線路中的噪聲抑制濾波器的性能非常重要。揚聲器的音質(zhì)還受到D類放大器輸出級低通濾波器（LPF）中使用的電感器性能的影響。

另外，通常揚聲器線路中必須采取防靜電措施（ESD）。在這里，具有多層壓敏電阻技術(shù)的ESD陷波濾波器既可以保護與ESD相關(guān)的瞬態(tài)過電壓，又可以保護與無線通信相關(guān)的濾波器噪聲源。

ESD陷波濾波器在抑制輻射噪聲方面也起著關(guān)鍵作用。多層壓敏電阻具有特定的寄生電容，旨在與蜂窩，藍牙或Wi-Fi頻段干擾相關(guān)的濾波噪聲源協(xié)同工作（圖2）。

圖2 MAF和AVRF系列濾波器的協(xié)同工作可降低插入損耗。資料來源：TDK

下面總結(jié)了實現(xiàn)這些功能的基本應(yīng)用方法。

100 mW至2 W級音頻

在揚聲器輸出相對較?。?00 mW至2W）的智能手機和其他設(shè)備的揚聲器線路中，通常使用不帶LPF的D類放大器。聲音失真度通常以數(shù)字形式表示為總諧波失真加噪聲（THD + N）；其值越低，聲音質(zhì)量越好。

如果在揚聲器線路中使用通用的芯片磁珠，則輸出會導(dǎo)致THD + N值升高，從而降低聲音質(zhì)量。但是，對于噪聲抑制濾波器，THD + N特性等同于不使用濾波器的特性。即使增加輸出功率，對信號也沒有影響，也不會產(chǎn)生聲音失真。使用輸出信號的頻譜（1 kHz），使用貼片磁珠時，諧波水平明顯更高；這種諧波分量被稱為失真。相反，使用噪聲抑制濾波器時，高頻不會受到影響，因此只能聽到干凈的1 kHz信號。

與不使用濾波器相比，噪聲抑制濾波器在輻射噪聲抑制方面的效果等同于關(guān)閉D類放大器時的效果。例如，TDK的MAF系列濾波器是多層芯片組件，它們使用一種新型的鐵氧體材料來實現(xiàn)低失真，同時保持其噪聲消除特性。

2 W至20 W級揚聲器線

對于揚聲器輸出為2 W至20 W等級的設(shè)備，例如AI揚聲器，平板電腦和其他音頻設(shè)備，有必要在外部為LPF提供電感以容納大電流?？紤]這些電感器已插入揚聲器線路，因此它們不得影響這些線路中的信號。

金屬電感由金屬磁性材料制成。它們可以容納大電流；但是，THD + N值隨著輸出功率的增大而增大。具有使用鐵氧體的繞線屏蔽磁結(jié)構(gòu)的電感器可以提供諸多優(yōu)勢，包括低直流電阻，Rdc和適應(yīng)大電流的能力。因此，當(dāng)插入揚聲器時，THD + N值僅略有變化。

與輸出功率較低的智能手機揚聲器一樣，在2 W至20 W功率的揚聲器線路中添加噪聲抑制濾波器將避免輻射噪聲引起的音頻輸出任何可能的劣化。

同樣，繞線式噪聲抑制濾波器的THD + N特性與不使用濾波器的等效，諧波水平也幾乎相同。這些結(jié)果清楚地表明，用繞線式噪聲抑制濾波器替代了磁珠揚聲器線在減少失真和改善聲音質(zhì)量方面非常有效（圖3）。

圖3噪聲抑制濾波器可有效減少失真并改善智能揚聲器設(shè)計中的聲音質(zhì)量。 資料來源：TDK

揚聲器線路的噪聲強度與頻率特性的比較表明，如何降低100 MHz至400 MHz頻帶中的噪聲強度。它還表明，該頻帶中的線繞噪聲抑制濾波器的高阻抗使其適合作為D類放大器的噪聲對策，可以輕松地滿足CISPR B類標準并具有一定的凈空（紅色虛線）。

對于揚聲器輸出為2 W至20 W等級的設(shè)備，例如AI揚聲器，平板電腦和其他音頻設(shè)備，有必要在外部為LPF提供電感以容納大電流?？紤]這些電感器已插入揚聲器線路，因此它們不得影響這些線路中的信號。

金屬電感由金屬磁性材料制成。它們可以容納大電流；但是，THD + N值隨著輸出功率的增大而增大。具有使用鐵氧體的繞線屏蔽磁結(jié)構(gòu)的電感器可以提供諸多優(yōu)勢，包括低直流電阻，Rdc和適應(yīng)大電流的能力。因此，當(dāng)插入揚聲器時，THD + N值僅略有變化。

與輸出功率較低的智能手機揚聲器一樣，在2 W至20 W功率的揚聲器線路中添加噪聲抑制濾波器將避免輻射噪聲引起的音頻輸出任何可能的劣化。

同樣，繞線式噪聲抑制濾波器的THD + N特性與不使用濾波器的等效，諧波水平也幾乎相同。這些結(jié)果清楚地表明，用繞線式噪聲抑制濾波器替代了磁珠揚聲器線在減少失真和改善聲音質(zhì)量方面非常有效（圖3）。

圖3噪聲抑制濾波器可有效減少失真并改善智能揚聲器設(shè)計中的聲音質(zhì)量。 資料來源：TDK

揚聲器線路的噪聲強度與頻率特性的比較表明，如何降低100 MHz至400 MHz頻帶中的噪聲強度。它還表明，該頻帶中的線繞噪聲抑制濾波器的高阻抗使其適合作為D類放大器的噪聲對策，可以輕松地滿足CISPR B類標準并具有一定的凈空（紅色虛線）。
編輯：hfy