D类放大器的几大发展趋势

D类放大器在过去的几代产品中已经得到了巨大的发展，系统设计者极大地改善了系统的耐用性并提高了其音频质量。实际上，对大多应用而言，使用这些放大器所带来的好处已经远远超过了它们的不足。

　　在传统D类放大器中，用控制器将模拟或数字音频信号在被集成到功率后端设备中的功率MOSFET管放大之前转换成PWM信号。这些放大器效率很高，使用很小的散热器或根本不需要散热器，且降低了对电源输出功率的要求。然而，与传统的A/B类放大器相比，它们本身也存在固有的成本、性能和EMI方面的问题，解决这些问题就是D类放大器的发展新趋势。

　　降低EMI

　　自从D类放大器诞生以来，由于其自身的轨对轨(rail-to-rail)供电开关特性而引起的大量辐射EMI就一直困扰着系统设计者，这将使设备无法通过FCC和CISPR认证。

　　在D类调制器中，通过将音频信号与高频固定频率信号比较，并将结果在固定频率的载波上调制，数字音频信号被转换成了PWM信号。形成的信号是可变脉宽的固定载波频率(通常在几百kHz)，然后由高压功率MOSFET对这些PWM信号进行放大，放 大后的PWM信号再通过低通滤波器去掉载频，恢复出原始基带音频信号。

　　虽然这种拓扑结构很有效，但它也导致一些不希望的后果，如大量的辐射EMI。由于调制器采用固定频率载波，因此将产生基载波的多次谐波辐射。而且，由于PWM信号自身的开关特性，过冲/下冲和振铃将产生固定比率的高频(10～100MHz的范围)辐射EMI。为了压制辐射EMI，最新一代PWM调制器发展的趋势是采用扩展频谱调制技术。

　　扩展频谱调制技术用于在更大的带宽内扩展开关PWM信号的频谱能量，而不改变原始音频的内容。一个改进传统调制器高辐射EMI的有效方法是改变PWM开关信号的两个边沿，如图1所示。信号以载波频率为中心，但任何一个边沿都不是按周期重复的。这不仅维持了固定载波频率，而且由于边沿不是以固定比率跳变的，载波频率上的辐射能量就得到了极大的降低。

　　改善音频质量

　　和性能优良的A/B类放大器相比，D类放大器的音频性能是很差的，不仅失真大，而且动态范围窄。所以，当前D类放大器的设计者就必须改进其性能。通过集成高性能采样率转换器(SRC)和Δ-Σ处理技术，新一代解决方案使失真(THD+N)得到了更大的改善，而且动态范围也超过了100dB。

　　目前，D类放大器的一个噪声源是音频采样时钟的抖动。而时钟通常是由SOC(MPEG解码器和DSP等)产生的，即使很小的抖动也能迅速地影响到常规D类放大器的性能，因为音频时钟是与调制器的输出时钟关联的。

　　解决这个问题的一个方法是采用SRC技术。因为SRC使用本地稳定的时钟源来同步数字音频的时钟，例如石英晶体振荡器，所以调制器的输出抖动实际上与其他音频时钟是独立的、不相关的。SRC的另一个优点是无论输入音频的采样率如何波动，其输出开关比率都是固定的，这一点与基于PLL的调制器不同。当音频输入源改变或输入时钟缺失时，SRC也通过消除可听见的噪声改善了系统的耐用性。

　　与目前的高端DAC所采用的技术类似，通过集成高阶Δ-Σ处理技术，D类放大器的音频质量也得到了改善。基于Δ-Σ技术的调制器采用可以降低调制误差的内部反馈。通过减小采样误差，调制器可以改善输出失真，从而获得更好的音质。

　　降低系统成本

　　为了追求D类放大器更低的成本，设计者在功率放大级采用半桥放大拓扑结构，以达到降低复杂性和减少物料成本的目的。因为半桥结构输出通常是全桥的一半，功率MOSFET和外部滤波器件的数量也就减少一半。这也增加了后端设备单位功率通道数的数量。然而，半桥放大器在输出端也需要一个隔直电容，而且对供电干线上的噪声也是极其敏感的。