数字功放基础知识

Binary modulation scheme for switching H-bridge
CLASS D 功放原理框图
Rfdbk2
Audin
Cint2 Rs2
vdd/2
Ramp Generator
Rfdbk1
Gate Drive
PVDD
OUTP
Gate Drive
PVDD
OUTN
L1 C1 C3
Inter-
DSP Sound
Face Control
PCM to PWM
数字区域
H-bridge
模拟区域
全数字功放工作原理
数字信 号来源
数字部分
CD /DVD /DAB /SACD /MP3
24 bit 32-48kHz 96, 192kHz
equibit® PCM to
PWM Processor
C2 L2
Post Filter (2nd Order)
OUTP
OUTN
Differential Voltage
+5v 0v
Across Load -5v
Current Decaying
Current
Current Increasing
Current Increasing
Current Decaying
61 PW M_P_6 60 PW M _ M_ 6 5 9 PW M_P_5 58 DPV D WDM__PMW_ 5M 5 7 DV SS_ PW M 5 6
55 PW M_P_8 54 PW M _ M_ 8 5 3 PW M_P_7 52 PW M _ M_ 7 5 1
50 49
3 .3V
R30 1 R30 2 R30 3 R30 4 R30 5 4 .7K 4 .7K 4 .7K 4 .7K 4 .7K
V AL ID P SVC
S CL S DA R ES ET M UT E P H_ SEL
S CL S DA
R ES ET
DSP原理图 TPS76433 U301
+5V
3
IN
O UT
B YP ASS
5 4
3 .3V C30 1
M LCK
GN D 2
C30 0 0 .1u F/ 16 V
C30 2 1 0u F
Binary modulation scheme's output voltage and current waveforms into
an inductive load
输出低通滤波器
采用开关放大技术的数字功放工作原理与模拟功放完全不同 其开关功率 级输出的高频PWM 信号中包含有音频信号，PWM 频率为几百kHz比音频 信号带宽20~20kHz 大得多为了从PWM 开关信号中恢复出音频信号 通常 采用低通滤波器LPF 低通滤波器频率特性如图1所示。 图2 与图3 为PWM 滤波前后的时域与频域分析从图中可以看出减小音频 信号得到恢复但也总会残留部分高频开关成分 。
P WM_ FL+ P WM_ FLPWM_ CEN+ PWM_ CENP WM_ FR + P WM_ FR P WM_ SL+ P WM_ SL-
D
M UTE PH_ SEL
S30 0 R ES ET
2
GND R ES ET
3
TPS 38 25
O
C31 8 0 .1u F/ 16 V
C
RES ERVE D PW M_ HPPR PW M _MHCPLMKR 6 4 PW M_ HPPL 6 3 PW M_ HPML 6 2
音频输入信号 250 kHz 三角波
正相输出
音频输入信号 250 kHz 三角波
正相输出
反相输出
反相输出
末级功率MOS管工作原理
VCC
VCC
ON
OFF
OFF
ON
OUTP OFF
L1 15uH
OUTN ON
OUTP ON
L1 15uH
OUTN OFF
From Non-inverting Output
7
8
C31 0 A VD D
9 10
4 .7u F/ 50 V
11
12
13
14
15
16
3 .3V
VRA_ PLL P LL_F LT_R ET P LL_F LTM P LL_F LTP AVS S AVS S_ GR VRD_ PLL AVS S_ PLL AVDD_P LL VBGAP /R ES ET /HP_ S EL /P DA /M U TE D VD D DVS S
P SVC
C32 0 0 .1u F/ 16 V
A
T itle Gold Insi gn ia --- 50 W 7 .1C h an nel Dig ital Aud io (TAS 51 12 +TAS5 50 8
S ize
Number
B
GIEVMTAS 55 08 -A
R ev isi on Ver. 1. 0
PREAMP.
Analog
Sound Control
14dB
VOL CTL.
PWR AMP.
30dB
数字区域
模拟区域
模拟功放功率级电路图
数字功放工作原理
D类数字音频功率放大器与上述各类模拟功放的最大区别是不以 线性放大音频信号为基础，而是以放大数字信号为原理的一种数字 信号放大技术。D类数字功放首先把模拟音频信号变换为脉冲宽度 调制（PWM）信号。在PWM 转换中，以44.1KHz或48 KHz的取样 频率和8bit 或16bit 的量化率（即模拟信号振幅值的读出刻度）进行 A/D（模拟/数字）变换。然后再把PWM 数字信号进行高效率放大 （D 类放大）。由于音频信号的信息全部包含在脉冲的宽度变化中， 与脉冲的幅度变化无关，因此，只要采用截止频率为30 KHz ～40 KHz的低通滤波器就可把模拟音频信号解调出来。
D
P WM_ FL+ P WM_ FL+
P WM_ FL- P WM_ FL-
U60 0 TAS 51 12 DFD
/S D
/S D
V AL ID
V AL ID
C60 2 1 uF G ND
TAS 55 08 PAG
VR_ PW M P WM_ P_ 4 PWM_ M_4 P WM_ P_ 3 PWM_ M_3 P WM_ P_ 2 PWM_ M_2 P WM_ P_ 1 PWM_ M_1
V AL ID DVS S /B KND_ER R D VD D DVS S DVS S VR_ DIG
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
A VD D
C31 2
C31 3
1 0u F
1 5p F/1 6V R31 6 1M
Y30 0 1 2.2 88 MHZ
0 .1u F/ 16 V
B
0 .1u F/ 16 V
3 .3V
C31 4
+5V MLC K
G ND LRC K
B CK D AT A 1 D AT A 2 D AT A 3 D AT A 4
数字功放基础知识
功放的分类
甲类放大器，这种功放的工作原理是输出功率器件始终工作在传输 特性曲线的线性部分，在输入信号的整个周期内输出器件始终有电 流连续流动，这种放大器失真小，但效率低，功率损耗大，一般应 用在高档机的较多。
乙类放大器，两只晶体管交替工作，每只晶体管在信号的半个周期 内导通，另半个周期内截止。该机效率较高，但缺点是容易产生交 越失真（两只晶体管分别导通时发生的失真）。
Pulse: 固定幅度 + 可变周期
time
PWM转换器作用
ENCODING
PCM Signal
PWM Signal
完成PCM到1-bit编码转换:
– 较高的脉冲频率
– 能够被解码通过一个可实 现的低通滤波器, 不需要额 外的调制元件
– 高保真
– 低噪声
1 D
C
B
A 1
2
3
4
5
6
V AL ID P SVC
From Non-inverting Output
From Inverting Output
From Inverting Output
State 1: high-side OUTP On, low-side OUTN On
State 2: high-side OUTN On, low-side OUTP On
3 .3V U30 3
P WM_ H_ P R P WM_ H_ MR P WM_ H_ P L P WM_ H_ ML P WM_ FL+ P WM_ FLPWM_ CEN+ PWM_ CENP WM_ FR + P WM_ FR P WM_ SL+ P WM_ SL-
P WM_ H_ P R P WM_ H_ MR P WM_ H_ P L P WM_ H_ ML
Digital PWM Control
开关输 出平台
V+
过滤器
扬声器
TAS50XX 系列
V-
TAS51XX 系列
PCM 信号
幅度
T
Fs = 1 / T
X(4) X(5) X(6) X(1) X(2) X(3)
时间
x(1) PCM
PCM PWM
x(2)
Area ~ 采样值
x(3)
PWM A
A
A
T T
D ate :
1 6-F eb -2 00 6
S heet o f 2 00 4/2 /6
F ile:
H:\数字功放厂家方案 \Texas In stru men ts(NewD)r\aGwInEVBMy :TAS 5C50ha8d\.TCAhSe5n5 08 .d db
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
功率输出级原理图 Front, Rear L Channel
48 47 46 45 44 43 42 41 40 3 9 VALID 38 37 36 35 34 33
P WM_ SR + P WM_ SR P WM_ SUB + P WM_ SUB PWM_ RL+ PWM_ RLPWM_ RR + PWM_ RR V AL ID
/S D 3 .3V
P WM_ SR + P WM_ SR P WM_ SUB + P WM_ SUB PWM_ RL+ PWM_ RLPWM_ RR + PWM_ RR -
P H_ SEL
C30 4 0 .1u F/ 16 V
R31 3 R31 4
2 00
2 00
C30 5
C30 6
0 .1u F/ 50 V 0 .1u F/ 16 V
0 .1u F/ 16 V
C30 8 C30 9
0 .1u F/ 16 V
3 .3V
1
2
3
4
AVS S 5
C30 7
6
0 .1u F/ 16 V
1
IN
0 .1u F/ 16 V
R31 7 1R C30 3
C31 5 1 0u F
0 .01 uF
R31 8
3 .3V R31 2
4 7R
C31 6
0 .1u F/ 16 V
R30 0 4 .7K
4 .7K U30 0
5
VDD R ES ET
1
4
wk.baidu.com
MR
U30 2
1 2 3
A
VCC
B
G ND
Y
5 4
7 4AHC 1 G0 8DB V
甲乙类放大器，兼有甲类放大器音质好和乙类放大效率高的优点， 被广泛应用于各种音响系统中。
“D类”放大器比较特殊，它只有两种状态，不是通就是断。因此， 它不能直接输入模拟音频信号，而是需要某种变换后再放大。人们 把此种具有"开关"方式的放大，称为"数字放大器"。
模拟功放
甲类/乙类/甲乙类
DAC
滤波& 缓冲
V AL ID
/S D
PSV C
SDIN1
SDIN2
SDIN3
SS CDILNK4
SLRC LC K
RES ERVE D
RXETSL _EIVNR E D
RES ERVE D
XTL _ OUT
VR _ DPLL OSD _ CA P
SDA
C31 9
R31 5
C31 1
0 .1u F/ 16 V
3 .3R C31 7
模拟信号 PWM
输入
转换
PWM 功率 放大
低通 滤波
器
模拟信号 功率输出
CLASS D 功放
DAC
数字区域
滤波& 缓冲
PREAMP.
Analog
Sound Control
14dB
VOL CTL.
CLASS D AMP.
模拟区域
数字区域
CLASS D 功放
Class-D是工作在开关状态的放大器，其核心是一个比较器，它生成 脉冲宽度正比于输入音频信号的脉冲宽度调制波（PWM信号）
+5V MLC K G ND LRC K B LK D AT A 1 D AT A 2 D AT A 3 D AT A 4
R30 6
R30 7
4 7R
R30 8
4 7R
R30 9
4 7R
R31 0
4 7R
R31 1
4 7R
4 7R
1 5p F/1 6V
R31 9 1 0K
R32 1 1 0K
R32 0 4 .7
图2
图1
图3
全数字功放工作原理
为适应CD 光碟等数字声源直接输出的脉冲编码调制（PCM） 数字信号输入，数字功放内设有一个PCM 转换为PWM 的调制 转换装置
数字信号 PCM输入
PCM转 PWM
PWM功 率放大
低通滤 波器
模拟信号 功率输出
全数字功放
DVD/CD SPDIF USB 1394 MOST