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基于DDX技术的全数字功放解决方案

发布时间:2020-07-21 18:09:25 阅读: 来源:过滤器厂家

摘要: 本文论述了纯数字DDX音频放大器的基本结构,基本工作原理和优点,以及如何利用DDX音频放大器进行产品设计和开发。关键词:DDX调制;数模转换器;DDX音频放大器

前言随着数字音源与数字音频技术的迅速发展,直接对数字音频信号进行功率放大而不需要进行模拟转换(DAC)的数字音频放大器得到了迅速发展,它具有效率很高并且能与数字音源直接对接,实现端到端的纯数字音频处理和放大等优点。这种DDX音频放大器可以接受来自DSP直接输入的数字音频编码信号,采用专利的DDX信号处理技术来控制高效的功率器件,不需要为每个声道准备D/A转换器,从而减少了中间不必要的转换层级,音质得到显著的改善,成本也随着零部件数目的减少而下降,从而把高音质、低功耗和低制造成本带到人气很旺的高速增长的应用领域,如平板电视机、无线产品和个人音响系统。

DDX音频放大器的基本结构DDX音频放大器包括2个主要部分:第一部分是采用专利DDX技术的调制器,它把数字音频接口得到的或者A/D转换得到的PCM数字音频数据转换成三态调制信号输出;第二部分是功率输出级,它包括三态驱动逻辑电路和全桥电路。经过三态调制的脉冲信号控制全桥电路中晶体管的导通与截止,在负载的两端产生极性相反的脉冲信号,脉冲的频率成份包含还原的音频信号和与调制过程相关的高频分量,因此通常需要在输出级和扬声器之间插入一个低通滤波器,避免高频分量直接驱动扬声器,从而在扬声器上得到还原并且放大的音频输出(如图1所示)。

图1 DDX基本功能块图

DDX音频放大器驱动方式和调制方式DDX音频放大器的输出级采用全桥电路,它包含两个半桥输出级。每个半桥电路包括两个输出晶体管,一个是连接到正电源的高端功率管,另一个是连接到负电源的低端功率管。全桥电路可以由单电源供电,在相同的电源电压下,全桥电路的输出信号摆幅是半桥电路的两倍,理论上可以提供的最大输出功率是其四倍。传统的D类放大器采用差分工作方式,开关信号控制两个半桥电路中功率管的导通与截止,半桥A的输出极性必须与半桥B的输出极性相反,使负载电流从一个半桥流入,从另一个半桥流出,为滤波器提供极性相反的脉冲信号,因此只存在正态和负态这两种差分工作状态。

图2 DDX驱动状态DDX音频放大器的调制器采用DDX专利的三态调制技术,增加了一个共模工作状态,即两个半桥输出的极性相同(都为低),从而使滤波器的两端被连接到地。这个共模状态称为阴尼态,和差分工作状态配合产生DDX三态调制,如图2所示。阴尼态用于表示低功率水平,代替两态方案中在正态和负态之间的开关。当音频信号处于低功率水平的时候,传统的两态方案仍然使输出晶体管处于开关状态,输出正负抵消的无用信号给滤波器和扬声器,这样不但增加了的开关损耗和能量开销,降低了音频放大器的效率和信噪比,而且不断地处于开关状态不可避免地产生EMI。DDX三态调制方案利用阴尼态表示低功率水平,正态和负态用于对扬声器提供大功率。在相同测试条件下,DDX三态调制方案比采用两态调制方案的传统D类放大器产生的高频载波分量低16dB,在低功率水平时的放大器效率提高了20%。DDX三态调制方案的独有特性也改善了电源抑制比(PSRR),因为在低功率水平时,滤波器的差分动作非常小,阴尼态使扬声器的两端接地,从而使电源的噪声不被听见。许多D类放大器采用PWM输出至器件输入的负反馈环路以改善器件的线性,通过控制环路对输出进行校正,以减少失真问题和电源问题。闭环设计的优势是以可能出现的稳定性问题为代价的,这也是所有反馈系统共同面临的问题。而DDX音频放大器采用数字开环的设计,即使在驱动低阻抗扬声器的时候也不会产生放大器的稳定性问题。同时,利用先进的数字信号处理技术(DSP),对预期的输出级误差进行预补偿或者校正,也可以改善放大器的线性输出特性。并且可以在数字域对每个通道音频信号独立地编程,进行诸如分段EQ控制,低音/高音控制和音量控制等处理,而这些都可以通过I2C数字接口对内部寄存器进行编程来实现,不仅方便了用户的开发和使用,而且为用户增加了附加价值。

DDX音频放大器种类DDX音频放大器芯片主要分成两类,一类是完全独立的设计,即DDX控制芯片和音频功率放大器芯片是分开的,最多能处理八个音频通道,最大输出功率为单通道350W;另一类是单芯片设计,即集成了DDX控制和音频功率放大器功能,同时拥有2.1通道的DDX控制和音频放大器,输出总功率为40W至160W。用户可以根据产品开发的实际需要进行灵活地选择和搭配组合。

参考设计方案-平板电视专用音箱下面我们以意法半导体(STM)最新推出的一款DDX音频放大器STA328为例,来具体了解DDX音频放大器的结构和功能,以及如何利用DDX音频放大器进行产品设计和开发。该解决方案的主要特征:*音频放大器的输出为2.0通道(2

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