D级放大器与高分辨率AB级放大器的差距弥补解决方案分析

电子发烧友网工程师 发表于 2018-02-01 01:30:04 收藏 已收藏
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D级放大器与高分辨率AB级放大器的差距弥补解决方案分析

电子发烧友网工程师 发表于 2018-02-01 01:30:04

拥有高度优化和高性能引擎的赛车,因为不合格的车轮和轮胎影响性能,这并不罕见。在这种情况下,引擎必须更加费力地运行才能弥补车轮和轮胎的缺陷,而且赛车整个系统的性能也会受到影响。

同样的道理也适用于高性能音频和驱动扬声器的放大器选择。多年以来,人们一直选择AB级放大器作为高清(HD)音频的放大器。音频D级放大器被认为是不合格的,因为它们不能满足高清音频的所有要求。但这种情况已经改变。

高清或高分辨率音频是指音质在16位以上(超过激光唱片的音质),取样率大于44.1kHz的音频,如图1所示。

D级放大器如何弥补与高分辨率AB级放大器的差距

图 1:一些声频格式的动态范围和带宽

在高清音频中,数字前端包括带有32位音频数据路径的数字信号处理机、不低于96kHz的音频取样率和集成的24位超低噪声数字模拟转换器(DAC)。更高的位数改进了信号噪声比(SNR)和动态范围(DR),提供了更好的分辨率(》97dB),从而使极小的声音也能被听见且不失真。更快的取样率能实现高于人耳听力范围(》22kHz)的更高的带宽(取样率/2),且能编码更多声音信息,从而进行准确复制。

驱动扬声器的音频放大器位于数字后端,在这里可以实现并评价音频的性能和安全性。系统中包含一些声音增强和声音补偿的处理算法(如均衡算法、动态范围控制、声场空间定位和3D效果)。但即使拥有所有这些处理能力,补充这些性能的音频放大器仍必须满足特定的高清音频规格,包括:

ŸSNR和DR 》 97dB。

Ÿ总谐波失真+噪声(THD+N) 《 -80dB。

Ÿ带宽(BW) 》22kHz。

高清音频放大器结合这些自动算法,产生了一个和谐运行的系统,这样,数字工程师就不必手动运行大型处理算法来弥补音频放大器的不足。毕竟,高性能模拟放大器没有很好的数字替代品。事实上,高性能模拟放大器在配备更小/更简单/更便宜的数字引擎的情况下可实现相同甚至更高的性能。

上一代的D级放大器实现了0.03% (-70dB)的总谐波失真+噪声,相比之下,拥有相似输出功率的AB级放大器的总谐波失真为0.005% (-86dB),如图2所示。图3显示了同样的对比,但它使用了TI最新的高功率D级放大器。此前,虽然D级放大器在高功率水平时的效率要提高大约1.5倍,因此和相似功率的AB级放大器相比不需要很多散热,但对于高清音频,人们并不会考虑使用D级放大器。

D级放大器如何弥补与高分辨率AB级放大器的差距

图 2:高功率AB级总谐波失真和功率性能对比

D级放大器如何弥补与高分辨率AB级放大器的差距

图 3:TPA3251D2 总谐波失真+噪声和功率性能对比

TI最新一代的高功率D级放大器通过与数字引擎产生共生关系,并向扬声器高效传输增强的声频质量,提升了高清声频系统的整体性能和效率。TPA3251D2及其同系列设备可提供0.002% (-94dB)的总谐波失真+噪声、100dB的信号噪声比和100kHz的带宽,同时提供大于70W的输出功率。该系列兼容具有超低噪声和高达192kHz声频取样率的系统。此外,内置的保护功能使其能安全地驱动高清音频。

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