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数字功放基础知识 功放的分类 模拟功放 模拟功放功率级电路图 数字功放工作原理 CLASS D 功放 CLASS D 功放 末级功率MOS管工作原理 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 。 全数字功放工作原理 全数字功放 全数字功放工作原理 PWM转换器作用 完成PCM到1-bit编码转换: 较高的脉冲频率 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 DSP原理图 功率输出级原理图 各类功放的比较 各类功放的比较 模拟 Class AB 音频功放 线性AB类功放功耗 线性AB类功放功耗 Class D功放 Class D 功耗 模拟功放和数字功放的体积比较 * * 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）。 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。 滤波 缓冲 Analog Sound Control 数字区域 模拟区域 DAC 14dB 30dB VOL CTL. PRE- AMP. PWR AMP. 甲类/乙类/甲乙类 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。 PWM转换 PWM功率放大 低通滤波器 模拟信号 输入 模拟信号 功率输出 滤波 缓冲 Analog Sound Control 数字区域 模拟区域 DAC 14dB VOL CTL. PRE- AMP. CLASS D AMP. 数字区域 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） 音频输入信号 250 kHz 三角波 正相输出 反相输出 音频输入信号 250 kHz 三角波 正相输出 反相输出 CLASS D 功放原理框图 图1 图2 图3 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 PCM转PWM PWM功率放大 低通滤波器 数字信号 PCM输入 模拟信号 功率输出 Inter- Face DSP Sound Control PCM to PWM H-bridge DVD/CD SPDIF USB 1394 MOST 数字区域 模拟区域 equibit? PCM to PWM Processor CD /DVD /DAB /SACD /MP3 过滤器 扬声器 开关输 出平台 24 bit 32-48kHz 96, 192kHz Digital PWM Control V+ V- TAS50XX 系列 TAS51XX 系列 数字部分 数字信 号来源 PCM 信号 幅度 时间 X(1) X(2) X(3) X(4) X(5) X(6) Fs = 1 / T T PCM ? PWM T A A x(1) x(2) x(3) Pulse: 固定幅度 + 可变周期 time T A PCM PWM Area ~ 采样值 PCM Signal PWM Signal ENCODING 保真度 性能 效率 纯数字功放 Class D Class A/AB 1/3 大小