摘要：本文详细阐述了d类音频放大器技术及其设计要素，并介绍了adi公司的d类放大器的产品特点。

　　关键词：d类放大器；输出级功率；输出晶体管；emi；lc滤波器

音质

　　在d类放大器中，要获得好的总体音质必须解决几个问题。

　　“卡搭”声：当放大器导通或断开时发出的卡搭声非常讨厌。但不幸的是，它们易于引入到d类放大器中，除非当放大器静噪或非静噪时特别注意调制器状态、输出级时序和lc滤波器状态。

　　信噪比(snr):为了避免放大器本底噪声产生的嘶嘶声，对于便携式应用的低功率放大器，snr通常应当超过90 db，对于中等功率设计snr应当超过100 db，对于大功率设计应当超过110 db。这对于各种放大器是可以达到的，但在放大器设计期间必须跟踪具体的噪声源以保证达到满意的总体snr。

　　失真机理: 失真机理包括调制技术或调制器实现中的非线性，以及为了解决冲击电流问题输出级所采用的死区时间。

　　在d类调制器输出脉宽中通常对包含音频信号幅度的信息进行编码。用于防止输出级冲击电流附加的死区时间会引入非线性时序误差，它在扬声器产生的失真与相对于理想脉冲宽度的时序误差成正比。用于避免冲击最短的死区时间对于将失真减至最小经常是最有利的；欲了解优化开关输出级失真性能的详细设计方法请参看深入阅读资料2。

　　其它失真源包括：输出脉冲上升时间和下降时间的不匹配，输出晶体管栅极驱动电路时序特性的不匹配，以及lc低通滤波器元器件的非线性。

　　电源抑制 (psr): 在图2所示的电路中，电源噪声几乎直接耦合到输出扬声器，具有很小的抑制作用。发生这种情况是因为输出级晶体管通过一个非常低的电阻将电源连接到低通滤波器。滤波器抑制高频噪声，但所有音频频率都会通过，包括音频噪声。关于对单端和差分开关输出级电路电源噪声影响的详细说明请参看深入阅读材料3。

　　如果不解决失真问题和电源问题，就很难达到psr优于10 db，或总谐波失真(thd)优于0.1%。甚至更坏的情况，thd趋向于有害音质的高阶失真。

　　幸运的是，有一些好的解决方案来解决这些问题。使用具有高环路增益的反馈(正如在许多线性放大器设计中所采用的)帮助很大。lc滤波器输入的反馈会大大提高psr并且衰减所有非lc滤波器失真源。lc滤波器非线性可通过在反馈环路中包括的扬声器进行衰减。在精心设计的闭环d类放大器中，可以达到psr > 60 db和thd < 0.01%的高保真音质。

　　但反馈使得放大器的设计变得复杂，因为必须满足环路的稳定性(对于高阶设计是一种很复杂的考虑)。连续时间模拟反馈对于捕获有关脉冲时序误差的重要信息也是必需的，因此控制环路必须包括模拟电路以处理反馈信号。在集成电路放大器实现中，这会增加管芯成本。

　　为了将ic成本减至最低，一些制造商喜欢不使用或使用最少的模拟电路部分。有些产品用一个数字开环调制器和一个模数转换器来检测电源变化，并且用调整调制器进行补偿，这可以参看深入阅读资料3。这样可以改善psr，但不会解决任何失真问题。其它的数字调制器试图对预期的输出级时序误差进行预补偿，或对非理想的调制器进行校正。这样至少会处理一部分失真源，但不是全部。对于音质要求宽松的应用，可通过这些开环d类放大器进行处理，但对于最佳音质，有些形式的反馈似乎是必需的。

调制技术

　　d类放大器调制器可以有多种方法实现，拥有大量的相关研究和知识产权支持。限于篇幅，在此从略。

emi处理

　　d类放大器输出的高频分量值得认真考虑。如果不正确理解和处理，这些分量会产生大量emi并且干扰其它设备的工作。

　　两种emi需要考虑：辐射到空间的信号和通过扬声器及电源线传导的信号。d类放大器调制方案决定传导emi和辐射emi分量的基线谱。但是，可以使用一些板级的设计方法减少d类放大器发射的emi，而不管其基线谱如何。

　　一条有用的原则是将承载高频电流的环路面积减至最小，因为与emi相关的强度与环路面积及环路与其它电路的接近程度有关。例如，整个lc滤波器(包括扬声器接线)的布局应尽可能地紧密，并且保持靠近放大器。电流驱动和回路印制线应当集中在一起以将环路面积减至最小(扬声器使用双绞线对接线很有帮助)。另一个要注意的地方是当输出级晶体管栅极电容开关时会产生大的瞬态电荷。通常这个电荷来自储能电容，从而形成一个包含两个电容的电流环路。通过将环路面积减至最小可降低环路中瞬态的emi影响，意味着储能电容应尽可能靠近晶体管对它充电。

　　有时，插入与放大器电源串联的rf厄流线圈很有帮助。正确布置它们可将高频瞬态电流限制在靠近放大器的本地环路内，而不会沿电源线长距离传导。

　　如果栅极驱动非重叠时间非常长，扬声器或lc滤波器的感应电流会正向偏置输出级