版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
AudioClassDAmplifierIntroductionIntroductionOfClass-DAmplifier1OUTLINEClass-DAmplifier
的工作原理和結(jié)構(gòu)D類放大器的失真
CompareClass-DAmplifierWithClassABClass-DAmplifier
特徵參數(shù)的介紹和應(yīng)用ClassDAmplifier濾波器及filterlessAmplifierClassDAmplifierCodec&Touchscreencontroller2OUTLINEClass-DAudioAmplifier
的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3這樣模擬音頻信號(hào)就變成了一系列寬度受到調(diào)制的等幅脈沖信號(hào)。優(yōu)點(diǎn):1.原來的模擬信號(hào)包含在脈沖信號(hào)的寬度之中,則放大時(shí)晶體管的非線性引起的幅度失真不會(huì)引起信號(hào)的失真
。
2.晶體管可以工作在開關(guān)狀態(tài),在開關(guān)狀態(tài)的晶體管工作效率很高,且可以提供更高的功率。
NOTE:為了不失真地放大最高頻率分量為20KHz的音頻信號(hào),三角波的重復(fù)頻率最好在十倍音頻的最高頻率分量,也就是200KHz以上5
右圖表明了一個(gè)1KHz的正弦波音頻信號(hào),經(jīng)過三角波采樣后的輸出頻譜,其中包含有很多高頻分量。在PWM的輸出后面加上一個(gè)低通濾波器,就可以濾去矩形波的高頻分量。
NOTE:低通濾波器的截止頻率fc大於20KHz,小於開關(guān)頻率。圖2原始信號(hào)和PWM輸出信號(hào)以及經(jīng)過低通濾波器以后的信號(hào)頻譜
6雖然Class-DAmplifier的工作原理都是依靠PWM調(diào)製技術(shù),但在具體採(cǎi)樣方式和時(shí)序上,各個(gè)廠商之間卻各不相同,以TI&PAM為例:右圖為TI廠商型號(hào):TPA3110D2全橋輸出的波形。黃色曲綫和藍(lán)色曲綫分別為負(fù)載兩端對(duì)地的波形,紅色曲綫為黃色曲綫與藍(lán)色曲綫做減法運(yùn)算得到的波形即負(fù)載的輸出波形。圖3TPA3110D2全橋輸出的波形7圖4PAM8610全橋輸出的波形右圖為PAM8610全橋輸出的波形,黃色曲綫和藍(lán)色曲綫分別為負(fù)載兩端對(duì)地的波形,紅色曲綫為黃色曲綫與藍(lán)色曲綫做減法運(yùn)算得到的波形即負(fù)載的輸出波形。跟上圖比較可知PAM8610負(fù)載兩端的是半個(gè)正弦波的波形,兩者之間相位相差180度。而TPA3110D2負(fù)載兩端的波形雖然相位也相差180度但卻是兩個(gè)完整的正弦波。說明兩者的採(cǎi)樣方式和時(shí)序並不相同8圖5.D類放大器的結(jié)構(gòu)圖
最簡(jiǎn)單的PWM就是一個(gè)比較器,它的一端輸入原始要放大的信號(hào),另一端就輸入一個(gè)高頻三角波。在這個(gè)比較器的輸出就是一個(gè)脈寬被調(diào)制的矩形波。這個(gè)矩形波就直接加到一對(duì)互補(bǔ)晶體管進(jìn)行放大
。NOTE:采用負(fù)反饋回路可降低失真,最簡(jiǎn)單的方式:直接從輸出端經(jīng)過RF反饋到輸入端。10按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分Class-D類Amplifier可分為半橋和全橋結(jié)構(gòu)。全橋式特點(diǎn)就是信號(hào)的正半周時(shí),左邊上面的和右邊下面的晶體管導(dǎo)通,負(fù)載電流從左流向右;而當(dāng)信號(hào)進(jìn)入負(fù)半周時(shí),右邊上面和左邊下面晶體管導(dǎo)通,負(fù)載中的電流從右流向左。這樣相當(dāng)于把電源電壓提高了一倍。即可用增加晶體管數(shù)量而不用提高電源電壓的方法就可以提高輸出功率。
圖7.全橋式橋式輸出的D類放大器
12CompareClass-DAmplifierWithClassAB14Audioamplifierbasicconfiguration
Class-ABvs.Class-DClass-ABamplifiersusethesamepush-pullarchitectureasclass-B,butactivedevicesarebiasedonwithasmallquiescentcurrentwhenVin=0.advantage:excellentlinearitydisadvantage:poorefficiencyTriangleOut+Out-PowerGroundPGAComparatorVDDMOSFETsPWMClass-DamplifiersmodulatestheaudiosignalintoahighfrequencyPWMsignalthatdrivesthespeaker(s).
advantage:highefficiencyClass-ABrequiresheatsink!!!15Single-EndedLoad(SE)ConfigurationD/AConverterDigitalInputRCLPF+VDDAnalogInputClass-ABSEPower = VRMS2/RL,VRMS=VPP/2.83 = VPP
2/8*RL = 0.63WRMSPowerVPPVPPVPP = 4.5VmaxVRMS = VPP/2?2 = 1.59VRL = 4WVDD = 5VRLfLOW=1/(2pRLCC)CCAdvantage:Simple,cheaperAdvantage:Simple,cheaper16EfficiencyOfClass-DAmplifier
和AB類放大器相比,D類放大器有很高的效率一般在80%以上。由於D類放大器的輸出級(jí)完全工作于開關(guān)狀態(tài),損耗很小只要考慮在導(dǎo)通時(shí)的損耗。假定負(fù)載電阻為RL,晶體管導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻為Ron,則效率為:
E=RL/(2Ron+RL)
除外,偏置電流、輸入電容充電、和切換電流都會(huì)降低效率,右圖為D類放大器和AB類放大器在不同的輸出功率時(shí)的效率
。圖9.D類放大器和AB類放大器在不同的輸出功率時(shí)的效率
NOTE:圖上為效率是在輸入為正弦波的情況下測(cè)出的,而在實(shí)際的音樂條件下,效率就沒有那么高(75%左右),但依然要遠(yuǎn)高于AB類amplifier(是Class-AB類的2.5~4倍)。17
為什么class-D類和AB類amplifier的效率相差那么多,可以通過計(jì)算他們的耗散功率得知如右。其中K為總線電壓和輸出電壓的比值,Psw為開關(guān)損耗,Pcond為傳導(dǎo)損耗,Pgd為柵極驅(qū)動(dòng)損耗,Qg為柵極的電量,Coss為晶體管輸出電容,tf為晶體管開啟時(shí)間。由右圖可知class-DAmplifier可通過Qg,Coss,tf和Rds(on)等參數(shù)的控制優(yōu)化得到最優(yōu)的效果圖10.D類放大器和AB類放大器的耗散功率18圖12TestofClass-DandClassAB20
D類放大器的失真
21THDandDeadtimeClass-D放大器根據(jù)輸出波形隨輸入時(shí)序波形變化分為3個(gè)區(qū)間:1.輸入電流從DAmplifier流向負(fù)載。當(dāng)高端器件斷開,低端器件開通之前輸出節(jié)點(diǎn)由負(fù)VBUS驅(qū)動(dòng),與低端開通時(shí)序無關(guān),因此輸出波形只隨高端輸入時(shí)序的變化而變化,導(dǎo)致了PWM變短;
2.負(fù)周期工作區(qū)狀況同上;
3.這一區(qū)間處于上述兩區(qū)間之間,輸入時(shí)序波形與死區(qū)時(shí)間無關(guān),輸出僅跟隨每個(gè)輸入的關(guān)斷沿的變化而變化.
NOTE:死區(qū)時(shí)間會(huì)嚴(yán)重影響失真,時(shí)長(zhǎng)幾十納秒就可能導(dǎo)致THD達(dá)到1%以上。圖13THDandDeadtime23PowerSupplyPumping另一個(gè)導(dǎo)致THD增大的原因是總線充電,可以在半橋拓?fù)湎蜇?fù)載提供低頻的輸出信號(hào)時(shí)觀察到如右。這主要是由于D類Amplifier的增益與Vbus直接成比例關(guān)系,Vbus波動(dòng)造成輸出失真。由于D類Amplifier的開關(guān)時(shí)雙向的,當(dāng)大量LPF電感儲(chǔ)存的能量回流至電源時(shí),電源無法吸收從而導(dǎo)致Vbus上升產(chǎn)生波動(dòng)。NOTE:全橋式拓?fù)錄]有這個(gè)問題因?yàn)殚_關(guān)橋臂回饋的能量會(huì)被另一條橋臂吸收。圖14總線通電造成的失真24Class-DAmplifier
特徵參數(shù)的介紹和應(yīng)用26GeneralAudioAmplifierParameterBigThreeOutputPower(ex.Rout=8ohm,THDN=1%)Bandwidth(ex.GainFlatness,20~20kHz)SNR:(ex.1kHz,1VrmsFS)Others:THD+N(ex.0.01%,80dBFs,AweightingFilter)POPEfficiencyCross-TalkForStereoPSRR27MaximumOutputPower
28Audioamplifierparameter:THDN30
頻率響應(yīng)是指音頻功放輸入端口輸入的正弦信號(hào)電壓及音量控制恒定時(shí),音頻功放輸出的正弦信號(hào)電壓隨輸入信號(hào)頻率變化的函數(shù)關(guān)系。只要采樣的三角波重復(fù)頻率比音頻信號(hào)的最高頻率分量的頻率高10倍以上D類放大器就可以得到很好的頻率響應(yīng)。。所以用250KHz的三角波的D類放大器很容易得到超過20kHz的頻率響應(yīng)。D類放大器的頻率響應(yīng)
圖15.典型的D類放大器頻響(上面為增益下面為相位)31
電源紋波抑制比(PSSR)就是指電源的變化反映到輸出的變化之比,在線性放大器中,放大器的增益幾乎完全和電源電壓的變化無關(guān)。但在D類放大器中情況就完全不同。放大器的輸出直接和電源電壓有關(guān)。因?yàn)殡娫吹募y波可以直接經(jīng)過導(dǎo)通的晶體管加到輸出負(fù)載上去。所以這時(shí)候它的PSSR相當(dāng)于0dB。這是完全不能接受的。為了提高放大器的PSSR,通??梢圆捎秘?fù)反饋的方法,一般可以把PSSR提高到-70dB以上。D類放大器的電源抑制比(PSSR)
圖16.
PSRR定義和測(cè)量
32●considerationforInputcircuit:
----keepbalancebetweenthedifferentialpairinputs----meettherequiredfrequencyresponseApplicationOfClass-DAmplifier33TopTraceVDDGNDBottomTraceheatHeattransferrouteICPowerPadandambientairgroundplaneattoplayerandsolidViasgroundplaneatpcbbottomambientair●heattransfer/PCBlayoutItisagoodpracticetocopytheEVMPCBlayoutasmuchaspossible.34ClassDAmplifier
濾波器及filterlessAmplifier35喇叭阻抗會(huì)隨著信號(hào)頻率的升高而升高,這是由喇叭自身電感和分布電容產(chǎn)生自諧振
引起的。這會(huì)導(dǎo)致效率降低,射頻輻射嚴(yán)重,為解決這些一般都會(huì)在輸出加一個(gè)濾波器。高頻時(shí),負(fù)載呈現(xiàn)電容性,串聯(lián)一個(gè)電感就可以改善。這個(gè)串聯(lián)電感可使高頻分量不流向負(fù)載,從而減少了輻射,也提高了效率。只用一個(gè)串聯(lián)電感并不能有效地解決高頻輻射的問題。為了減小高頻輻射還必須再用一個(gè)并聯(lián)電容,以便直接把射頻干擾信號(hào)濾去。這時(shí)候它就變成了一個(gè)二階低通濾波器
如右.圖17.二階低通濾波器
36無濾波器D類放大器
有沒有可能去掉采樣信號(hào)后的低通濾波器呢?因?yàn)槔纫羧哂泻艽蟮碾姼?,可以直接把PWM的信號(hào)加到喇叭,由其音圈電感去濾掉高頻脈沖。但是如果直接把PWM信號(hào)加到喇叭,會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的靜態(tài)電流會(huì)增加很多。為了解決這一問題美國(guó)德州儀器公司在2001年提出了無濾波器的D類放大器的專利。它采用兩個(gè)相位差180度的三角波來對(duì)信號(hào)采樣,分別供給橋式的兩個(gè)輸出級(jí).這樣,在沒有信號(hào)的時(shí)候,負(fù)載兩端的脈沖波是同相的,沒有電流流過負(fù)載,也就不可能有過大的靜態(tài)電流。圖18.
TI的無濾波器調(diào)制方案
37Filter-lessClassDAmplifierTopology38Filter-lessWaveform39EmulationResult(I)40EmulationResult(II)41ClassDAmplifierCodec&Touchscreencontroller
42圖19BasicBlockDiagramHeadphoneSpeakerPLLAudioBusControlBusInputsADCDACVolumeControlEqualizerAudioEffects3DMixerDifferential
or
Single-EndedDifferential
or
Single-EndedInputsLDOCodec=ADC+DAC+Effectsprocess+systemclockgenerator+control43ADC-DACArchitecture
Theprimaryarchitectureusedinaudioapplication
is
type
ADCSingle-endDifferentialconverterN-orderDelta-sigmamodulatorAnti-aliasfilter
serialdatainterfaceDigitaloutput
DecimationFilterDACVolumeeffectInterface
ModulatorN-orderX8fsDigitalFilter
R-C
LPFDigitalinputVoutLVoutR
DACAnaloginput44AudioMasterClockGenerationHighlyflexibleclockgenerationschemecanusePLLorbypassitentirelyifnotneeded.
DesignallowsPLLtobeusedforentirelyseparatepurposeifnotneededforaudio–PLLcanuseGPIO2asinput,andoutputclockcanberoutedbackoff-chipforexternalusesthroughGPIO1.(AIC33only)
AlsoallowsBCLKtobeusedasclockinput,soMCLKnotalwaysnecessary.45IntegratedinputAGCfunction:KeepconstantoutputsignalamplitudewhenrecordingspeechsignalsKeepoutputconstant46
Digitalaudioprocessing:GiveyouthedesiredgoodsoundeffectAlsocanbedoneinADCpath47FlexibleInputsignalsMUX/MIXfunction:Giveyoutheutmostselection48Outputsignalmultiplepaths:Anyinputsignalcanro
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 初中語文++《唐詩(shī)五首》課件++統(tǒng)編版語文八年級(jí)上冊(cè)
- 【創(chuàng)新設(shè)計(jì)】2024屆高考政治(浙江專用)二輪專題復(fù)習(xí)提升訓(xùn)練:專題5-《經(jīng)濟(jì)生活》模塊整合
- 4.6 利用相似三角形測(cè)高 北師大版數(shù)學(xué)九年級(jí)上冊(cè)堂堂練(含答案)
- 《寫讀后感》習(xí)作課件
- 2024年白酒釀造技術(shù)師知識(shí)考試題庫(kù)與答案
- 凝膠微柱法介紹
- 股權(quán)結(jié)構(gòu)對(duì)公司企業(yè)文化的影響分析
- 江蘇省泗洪縣2023-2024學(xué)年初中數(shù)學(xué)畢業(yè)考試模擬沖刺卷含解析
- 江蘇省連云港市贛榆縣重點(diǎn)中學(xué)2024年畢業(yè)升學(xué)考試模擬卷數(shù)學(xué)卷含解析
- 2023年浙江交投人才發(fā)展集團(tuán)有限公司招聘考試試題及答案
- 《金貴要略》試題及答案
- 2024春形勢(shì)與政策課件當(dāng)前國(guó)際形勢(shì)與中國(guó)原則立場(chǎng)
- 普洛斯物業(yè)管理操作手冊(cè)
- 集中用餐信息公開制度
- 2021年4月廣東高考英語一模讀后續(xù)寫思路指引
- 第10課 瓷器之美- 課件 2023-2024學(xué)年浙美版初中美術(shù)八年級(jí)上冊(cè)
- 江蘇省無錫市天一實(shí)驗(yàn)學(xué)校2022-2023學(xué)年七年級(jí)上學(xué)期10月月考數(shù)學(xué)試題(解析版)
- 《義務(wù)教育語文課程標(biāo)準(zhǔn)》(2022年版)原文
- 2024年考研管理類聯(lián)考綜合能力真題及答案
- 豚鼠合作合同
- T-BJCC 1003-2024 首店、首發(fā)活動(dòng)、首發(fā)中心界定標(biāo)準(zhǔn)
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論