HDTV市场中数字性能的闭环分析

　　对一个放大器抑制电源干扰能力的常用测量方法是电源抑制。不幸的是，这种测量技术并未突出表明在桥接输出结构中闭环系统相对于开环系统的优势。该技术将放大器输入接地，同时通过在 DC 电源顶部增加一个频率组件来对电源进行调制。在开环系统中，输入电压与进入电源纹波(参见图4)混频在一起。由于零输入，因此没有混频发生，同时每一个输出端上的干扰均被轻松地在桥接负载上被抵消掉。在正弦信号输入频率的现实音频系统中，输入频率与电源纹波混频，同时创建出音调和音频带失真。另外，开环放大器增益可以通过电源纹波进行调制。图5中，以总谐波失真加噪声(THD+N)扫描的形式显示了这种效应，其中，将一个闭环放大器同一个开环放大器进行了对比。

图 4 开环结构图

　　图5中，一个100Hz 正弦波被施加于所有系统的输入端，同时该输入电压被增高以扫描 THD+N 曲线，与测得的 8W负载输出功率形成了对比。所用电源为非定制 12V 开关调节器。当为负载提供 5W 输出功率时，在 300mVp 条件下，测得在每一个放大器输入端的输出纹波。由于对电源的需求带来更多的电压纹波，因此开环和闭环系统之间的 THD+N 差异增加了。在那些调节器有大输出摆幅校正困难的低频率下，这一现象甚至更为明显。

图 5 THD+N 与功率的关系曲线—开环放大器与闭环放大器的对比

　　总之，闭环系统让一个音频电路设计人员可以获得较高的音频性能，无需在设计紧密的系统电源(特别是为音频电路)上面花费更多的时间或金钱。

EMC优势

　　闭环系统的另一个优势是具有使输出转换上升沿和下降沿缓慢下来的能力，并且不包含总谐波失真或转换率控制。这就是将栅极驱动器从关闭状态缓慢地转换至开启状态的情况，从而带来一个更为缓慢的系统响应(更低的 dV/dt 响应)，以及在 EMC 测量中更低的峰值。

　　在 D类放大器中，无反应时间是产生总谐波失真的一个重要原因。当输出 H 桥接中的两个 MOSFET 均处于关闭状态时，被定义为时间。在开环系统中，实现无反应时间在输出 MOSFET 之间的匹配来避免二阶效应至关重要。为了最小化无反应时间，脉宽调制 (PWM) 输出上升沿或下降沿均在非常快的速率下进行转换。图 6 显示了一个典型开环放大器(在 2.4ns 时进行测量)的上升时间，以及一个闭环器件(在10ns 时进行测量)的上升时间。请注意在示波器采集(随较大过冲产生的快速上升沿)中产生 EMC 的一些原因。

图 6 开环与闭环响应的示波器采集

　　在闭环放大器中，通过将输入信号(理想输出响应)和实际输出响应之间的误差与较慢的边缘转换相结合， 反馈可以对较慢的边缘转换进行校正。

　　图 7 中，EMC 曲线图对比了一个开环放大器和一个闭环放大器。由于不恰当的电路板布局是影响 EMC 性能的一个重要因素，因此此处的电路板布局要与本实验非常匹配。另外，需要注意的是，该闭环放大器的频谱仅通过一个输出端 LC 滤波器来测量。开环放大器在每一个输出端上都拥有更多由一个 R 和 C 组成的缓冲电路，用于限制 dV/dt。缓冲电路不仅增加了系统材料清单 (BOM)，同时还增大了电路板面积。在昂贵的四层电路板上减少电路板面积至关重要。如果工程时间没有被花费在 EMC 室进行电路板调试，则不但节省了时间，而且还节省了成本。

图 7 闭环放大器与开环放大器的 EMC 性能对比

结语

　　总之，闭环放大器在 HDTV 市场中具有三个主要的优势：较高的阻尼因子、较好的电源噪声抗扰度(即较高的电源纹波抑制比，或 PSRR)，以及较高的 EMC 性能。随着从模拟输入 D 类音频放大器向数字输入放大器的过渡，一些闭环器件(例如TAS5706 D类放大器、TAS5601 及 TAS5602 PWM  功率级)正为设备厂商们提供更高的性能、更低的成本和更短的产品上市时间。

参考文献：

　　1.  Albert Paul Malvino，电子原理，第 4 版，1989 年版
　　2.  Katsuhiko Ogata，现代控制工程，第 3 版，1997 年版