精品文檔-下載后可編輯單端數(shù)字放大器設計指導-基礎電子數(shù)字放大器優(yōu)點之一是其具備設計復用的數(shù)字數(shù)據(jù)通路的靈活性。因為信號在到達揚聲器之前是保持在數(shù)字域的，所以在信號路由方面具有更大的靈活性。這種靈活性同時也能處理開發(fā)過程中和生產(chǎn)過程的填料選擇和/或固件變更。數(shù)字放大器有一個被稱為單端工作的常規(guī)模式。本文描述了單端設計基礎和工程相關的權衡考慮。

通常，數(shù)字放大器具有兩級架構。如圖1所示，脈沖寬度調(diào)制(PWM)處理器后緊隨著功率級。邏輯級的PWM處理器通常接收IIS格式的音頻數(shù)據(jù)。它執(zhí)行音頻處理并將脈沖編碼調(diào)制(PCM)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成PWM數(shù)據(jù)。一般情況下，通過I2C總線控制PWM處理器以改變音量、語音控制或諸如均衡等其他音頻處理功能。大多數(shù)PWM處理器還具有另一個主要特征，即能改變信號路由，甚至是在運行過程中。這允許設計者能靈活地設計PCB布線，或允許用戶將音頻內(nèi)容發(fā)送到不同的揚聲器。功率級將接收到的3.3VPWM信號轉(zhuǎn)換成高壓信號，并通過MOSFETH橋和二階LC濾波器將其供給揚聲器。

包含MOSFETH橋的功率級如圖1所示。這里是將MOSFET用作開關，使得+V電壓能通過正/負向跨接到揚聲器。對于將揚聲器連接在兩個MOSFET半橋之間的大多數(shù)立體聲功率級而言，橋接負載(BTL)是標準的配置。單端(SE)是指每個揚聲器由單個MOSFET半橋驅(qū)動。相對BTL而言，SE的通道總數(shù)是其兩倍；但對于特定的輸出負載，SE各通道的功率約為其25%。在SE模式中，當PWM信號為高電平時，接到揚聲器上的+V電壓是正向的；而PWM信號為低電平時，表示揚聲器接地。

數(shù)字放大器的單端工作模式如圖2所示，這與線性音頻放大器的單端工作并無太大差別。主要的區(qū)別在于重建濾波器(二階LC濾波器)把PWM信號中的高頻成分濾出，而只保留基帶音頻信號。直接將音頻信號供至揚聲器將導致一個很大的直流電壓加在揚聲器上，其值等于PVDD/2。由于揚聲器阻抗具有很大的感抗成分，這相當于在電感兩端加載了一個很大的DC電壓，會導致電流直線上升至非常大值，進而可能損壞揚聲器。因此，在放大器與揚聲器之間放置一個大電容以濾掉DC成分。但是，該電容也會使較低音頻成分產(chǎn)生衰減并在約為1/(2π·RspC)時出現(xiàn)3dB點，其中Rsp是揚聲器的阻抗。為了使更多的頻率帶寬通過揚聲器，須使用更大電容值的電容，但這要以成本和PCB面積為代價。

在上述的單端配置中，音頻信號以地為參考點。換言之，揚聲器的一端是接地的。隔離DC的另一方法是使用分離電容(split-cap)配置(如圖3所示)，因此音頻信號此時的參考電壓是PVDD/2。從交流(AC)的角度來說，當Csm=Cb/2時，圖2和圖3就沒有區(qū)別。額外插入電容時，Cs的半額定電流是Cb的一半，且Cs的等效串聯(lián)電阻(ESR)是Cb的兩倍，而音頻或溫度性能無任何變化。

圖1：具有H橋功率級的數(shù)字放大器數(shù)據(jù)通路

圖2：帶直流隔離電容配置的單端數(shù)字放大器

圖3：帶分離電容配置的單端數(shù)字放大器

與隔離電容配置相比較，分離模式配置的優(yōu)點是增加了電源紋波抑制比(PSRR)。圖4所示的曲線為TI的TAS5086/5142*估模塊(EVM)的PSRR測量值。在該EVM中，TAS5142*估板的功率級被配置成單端模式。也許有人會對一個開環(huán)單端放大器能具有如此高的PSRR感到奇怪。事實的原因是，PVDD的電壓變化(ΔPVDD)都處于分離電容的中點(都為ΔPVDD/2)，從而使得經(jīng)過揚聲器的PVDD變化被抵消掉了。

圖4：TITAS5086/5142EVM的單端PSRR曲線

SE分離模式的配置還需要解決下面兩個設計問題。如前所述，經(jīng)過重建濾波后的音頻信號有一個大小為PVDD/2的DC成分。若電容Cs是理想的，則兩電容的電壓都可充至PVDD/2，且沒有DC成分流經(jīng)揚聲器。然而，由于兩個電容不是理想的且存在偏差，所以直流電壓值并不等于PVDD/2。因此，上電后當音頻信號傳至揚聲器時，將會有一個DC電壓通過揚聲器，從而導致“劈啪”聲。由于分離電容的充電時間為RC所決定的時間常數(shù)所限定，所以會導致另一個相關的問題。雖然，在分離電容充完電之前只要MOSFET不產(chǎn)生開關動作，該問題便不會發(fā)生。但實際應用中這一點卻很難實現(xiàn)，因此會產(chǎn)生很大的“劈啪”聲。

針對上述兩個問題的解決方案是帶有一個專用于實現(xiàn)快速充電到PVDD/2的半橋的功率級，這在TAS5186A上已經(jīng)實現(xiàn)。其特點是具有50%的占空比，DC電壓輸出是PVDD/2，分離電容能進行快速、準確的充電。另一個給分離電容快速充電的方法是使用運算放大器。當沒有專用的半橋時，采用運算