D級放大器如何彌補與高分辨率AB級放大器的差距
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2016-05-18 17:00:24
擁有高度優(yōu)化和高性能引擎的賽車,因為不合格的車輪和輪胎影響性能,這并不罕見。在這種情況下,引擎必須更加費力地運行才能彌補車輪和輪胎的缺陷,而且賽車整個系統(tǒng)的性能也會受到影響。
同樣的道理也適用于高性能音頻和驅(qū)動揚聲器的放大器選擇。多年以來,人們一直選擇AB級放大器作為高清(HD)音頻的放大器。音頻D級放大器被認為是不合格的,因為它們不能滿足高清音頻的所有要求。但這種情況已經(jīng)改變。
高清或高分辨率音頻是指音質(zhì)在16位以上(超過激光唱片的音質(zhì)),取樣率大于44.1kHz的音頻,如圖1所示。
圖 1:一些聲頻格式的動態(tài)范圍和帶寬
在高清音頻中,數(shù)字前端包括帶有32位音頻數(shù)據(jù)路徑的數(shù)字信號處理機、不低于96kHz的音頻取樣率和集成的24位超低噪聲數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)。更高的位數(shù)改進了信號噪聲比(SNR)和動態(tài)范圍(DR),提供了更好的分辨率(>97dB),從而使極小的聲音也能被聽見且不失真。更快的取樣率能實現(xiàn)高于人耳聽力范圍(>22kHz)的更高的帶寬(取樣率/2),且能編碼更多聲音信息,從而進行準確復制。
驅(qū)動揚聲器的音頻放大器位于數(shù)字后端,在這里可以實現(xiàn)并評價音頻的性能和安全性。系統(tǒng)中包含一些聲音增強和聲音補償?shù)奶幚硭惴?如均衡算法、動態(tài)范圍控制、聲場空間定位和3D效果)。但即使擁有所有這些處理能力,補充這些性能的音頻放大器仍必須滿足特定的高清音頻規(guī)格,包括:
SNR和DR > 97dB。
總諧波失真+噪聲(THD+N) < -80dB。
帶寬(BW) >22kHz。
高清音頻放大器結(jié)合這些自動算法,產(chǎn)生了一個和諧運行的系統(tǒng),這樣,數(shù)字工程師就不必手動運行大型處理算法來彌補音頻放大器的不足。畢竟,高性能模擬放大器沒有很好的數(shù)字替代品。事實上,高性能模擬放大器在配備更小/更簡單/更便宜的數(shù)字引擎的情況下可實現(xiàn)相同甚至更高的性能。
上一代的D級放大器實現(xiàn)了0.03% (-70dB)的總諧波失真+噪聲,相比之下,擁有相似輸出功率的AB級放大器的總諧波失真為0.005% (-86dB),如圖2所示。圖3顯示了同樣的對比,但它使用了TI的高功率D級放大器。此前,雖然D級放大器在高功率水平時的效率要提高大約1.5倍,因此和相似功率的AB級放大器相比不需要很多散熱,但對于高清音頻,人們并不會考慮使用D級放大器。
圖 2:高功率AB級總諧波失真和功率性能對比

圖 3:TPA3251D2 總諧波失真+噪聲和功率性能對比
TI一代的高功率D級放大器通過與數(shù)字引擎產(chǎn)生共生關(guān)系,并向揚聲器高效傳輸增強的聲頻質(zhì)量,提升了高清聲頻系統(tǒng)的整體性能和效率。TPA3251D2及其同系列設(shè)備可提供0.002% (-94dB)的總諧波失真+噪聲、100dB的信號噪聲比和100kHz的帶寬,同時提供大于70W的輸出功率。該系列兼容具有超低噪聲和高達192kHz聲頻取樣率的系統(tǒng)。此外,內(nèi)置的保護功能使其能安全地驅(qū)動高清音頻。
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