新型无滤波器D类放大器的导出 - 便携设备中反馈网络和扩谱调制技术的应用

　　3、新型无滤波器D类放大器的导出

　　传统D类放大器的一个主要缺点就是它需要外部LC滤波器。这不仅增加了方案总成本和电路板空间，也可能因滤波元件的非线性而引入额外失真。幸好，很多现代D类放大器采用了先进的“免滤波器”调制方案，从而省掉或至少是最大限度降低了外部滤波器要求。图2给出免滤波器调制器拓扑的简化功能框图。与传统的PWM型BTL放大器不同，每个半桥都有自己专用的比较器，从而可独立控制每个输出。调制器由差分音频信号和高频锯齿波驱动。当两个比较器输出均为低电平时，D类放大器的每个输出均为高。与此同时，或非门的输出变为高电平，但会因为RON和CON组成的RC电路而产生一定延时。一旦或非门延时输出超过特定门限，开关SWl和SW2随即闭合。这将使OUT+和OUT-变为低，并保持到下个采样周期的开始。这种设计使得两个输出同时开通一段最短时间t0N（MIN），这个时间由RON和CON的值决定。如图3所示，输人为零时，两个输出同相并具有t0N（MIN）的脉冲宽度。随着音频输入信号的增加或减小，其中一个比较器会在另一个之前先翻转。这种工作特性外加最短时间导通电路的作用，将促使一个输出改变其脉冲宽度，另一个输出的脉冲宽度保持为t0N（MIN）（图3）。这意味着每个输出的平均值都包含输出音频信号的半波整流结果。对两路输出的平均值进行差值运算，便可得到完整的输出音频波形。

　　

　　

　　由于MAX9700的输出端在空闲时为同相信号，所以负载两端没有差分电压，从而最大限度降低了静态功耗，并且无需外部滤波器。免滤波器D类放大器从输出中提取音频信号时并不依靠外部LC滤波器，而是依靠扬声器负载固有的电感以及人耳的听觉特性来恢复音频信号。扬声器电阻（RE）和电感（LE）形成一个1阶低通滤波器，其截止频率为：

　　

　　对大多数扬声器而言，这个l阶滚降足以恢复音频信号，并可防止在扬声器电阻上耗散过多高频开关能量。即使依然存在残余开关能量使扬声器组件产生运动，这些频率也无法入耳被听到或影响听觉感受。使用免滤波器D类放大器时，为获得最大输出功率，扬声器负载应保证在放大器开关频率下仍为感性负载。

　　4、利用D类放大器延长电池使用寿命

　　高效D类音频功率放大器使电池使用寿命延长为传统线性放大器的两倍，从而使音乐播放时间更长。DC音量控制等特性不仅降低了系统成本，实现了板级空间的最小化，同时其低噪声底限能扩大动态范围，并优化音频质量。D类音频放大器可为你的便携式扬声器系统提供灵活的低成本设计解决方案，见图4示意图。图4中D类放大器可采用TPA2008D2型2×3W D类放大器。该解决方案应用范围为：音频基座，迷你扬声器，轻便型收录机。其特性为：8Ω扬声器提供的88％的 D类放大效率；集成DC音量控制范田为-38dB至20dB，而步长为2dB；低噪声底跟；42μVrms；电源坟波抑制比（PSRR）70dB；TPA2008D2型为24引脚HTSSOP封装。