介绍数字功放制作原理

介绍数字功放制作原理

　　图２　数字功放编码过程示意图

　　图中表示两个相邻采样点N和N+1的采样值为AN和AN+1，中间点a1、a2、a3……为超采样点。超采样点是由数字滤波器计算产生的。通过数字滤波器后，所有采样点包括超采样点所构成的音频信号是比较平滑的。{{分页}}

　　在数字功放中，首先建立一组不同脉宽的脉冲单元，它的脉宽虽然各不相同，但其宽度始终固定的，都是系统时钟周期的倍数。

　　第一个超采样点a1与数值AN的差为Δx1，即a1-AN=Δx1，得到Δx1后，即用上述脉冲单元去量度它，仅用一个脉冲单元表示，余数保留至下次量度，假设余数为ΔΔx1。接着传送的第二个差值编码为a2-a1=Δx2，由于上次还保留余数ΔΔx1，所以还应加上，即当前应用一个脉冲单元去量度Δx2+ΔΔx1，同样余数保留至下一次累计。

　　由此看出，用脉冲单元表示后的余数，即低于最小量度单位的部分并没有丢失，而是累加至相邻超采样点上。而从音频信号的角度来说，曲线AN，a1，a2，a3……AN+1下方的面积和原值相等，因此音频信号并没有产生失真，但曲线增加了以ΔΔx1，ΔΔx2……ΔΔxN幅度上下波动的噪声，这种噪声分量不大，频率很高，用一个较简单的滤波器就可滤除，不会影响到音频信号还原。

　　在能量放大部分，采用平衡电桥开关技术，每通道使用四只MOSFET开关功放管构成平衡电桥开关网络。当功放管处于开关放大状态时，输出波形和输入的脉冲信号波形相同，但幅度近似于工作电压，即VOUT=VBUS，经滤波器滤波后，输出到负载上的波形峰值为VBUS。设MOSFET管内阻为rDSON，负载阻值为RLOAD，电源电压为VBUS，滤波器阻抗为Rx，则负载上均方值电流

　　IRMS=VBUS/[(2rDSON+RLOAD+Rx)]

　　所以负载上承受的功率为

　　PLOAD=I2RMSXRLOAD

　　={V2BUS/[2(2rDSON+RLOAD+Rx)2]}XRLOAD

　　η=[RLOAD/(2rDSON+RLOAD+Rx)]/[1+fX(■+▲)]

　　其中■=16VBUS/[π2XIRATEX(2rDSON+RLOAD+Rx)]

　　▲=2IRATE(t2RR/VBUS)(2rDSON+RLOAD+Rx)

　　当包含有开关损耗时，效率可由下式计算：采用RFP22N10MOSFET功放，内阻rDSON为0.08Ω，负载RLOAD为８Ω，工作电压VBUS为40V，开关频率f为700KHz，变换速率IRATE为50A/μs，翻转恢复时间tRR为100ns，滤波器内阻Rx为0.04Ω，可算出：PLOAD=95W，η=78%。

　　在滤波器设计时，我们采用六阶巴特沃斯低通滤波器，用于将大功率数字脉冲信号转换为模拟音频信号。巴特沃斯滤波器的特点是带内平坦度高，从而使得输出音频信号幅频特性较好。