一種基于D類音頻放大器的輸出濾波器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

　在便攜式及小型化消費(fèi)類產(chǎn)品中，D類音頻功率放大器的應(yīng)用已非常普遍。本文介紹了D類音頻放大器的輸出低通濾波器的設(shè)計原理，給出了濾波器中電感和電容值的計算方法和選擇時的考慮因素。本文還以美國國家半導(dǎo)體的。

　　圖1：單片D類音頻放大器的組成。

　　目前，在大多數(shù)便攜式及小型化消費(fèi)類產(chǎn)品，如MP3、便攜式DVD和平板顯示器等中，開關(guān)模式（D類）音頻功率放大器的應(yīng)用已很普遍。由于D類放大器的功耗較低，因此能夠?qū)崿F(xiàn)較高的效率。它延長了便攜式設(shè)備的電池使用壽命，并能夠減小散熱器的尺寸和PCB的面積，從而節(jié)省了系統(tǒng)成本。所以，許多大型平板顯示器和消費(fèi)類音頻產(chǎn)品都更愿意采用此類放大器。

　　不過，D類放大器，是通過控制開關(guān)單元的ON/OFF，驅(qū)動揚(yáng)聲器的放大器。D類放大器首次提出于1958年，近些年已逐漸流行起來。D類放大器在過去的幾代產(chǎn)品中，已經(jīng)得到了巨大的發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計者極大地改善了系統(tǒng)的耐用性，并提高了其音頻質(zhì)量。

　　在D類調(diào)制器中，通過將音頻信號與高頻固定頻率信號比較，并將結(jié)果在固定頻率的載波上調(diào)制，數(shù)字音頻信號被轉(zhuǎn)換成了PWM信號。形成的信號是可變脈寬的固定載波頻率（通常在幾百kHz），然后由高壓功率MOSFET對這些PWM信號進(jìn)行放大，放 大后的PWM信號再通過低通濾波器去掉載頻，恢復(fù)出原始基帶音頻信號。

　　雖然這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很有效，但它也導(dǎo)致一些不希望的后果，如大量的輻射EMI。由于調(diào)制器采用固定頻率載波，因此將產(chǎn)生基載波的多次諧波輻射。而且，由于PWM信號自身的開關(guān)特性，過沖/下沖和振鈴將產(chǎn)生固定比率的高頻（10～100MHz的范圍）輻射EMI。為了壓制輻射EMI，最新一代PWM調(diào)制器發(fā)展的趨勢是采用擴(kuò)展頻譜調(diào)制技術(shù)。

　　擴(kuò)展頻譜調(diào)制技術(shù)用于在更大的帶寬內(nèi)擴(kuò)展開關(guān)PWM信號的頻譜能量，而不改變原始音頻的內(nèi)容。一個改進(jìn)傳統(tǒng)調(diào)制器高輻射EMI的有效方法是改變PWM開關(guān)信號的兩個邊沿，如圖1所示。信號以載波頻率為中心，但任何一個邊沿都不是按周期重復(fù)的。這不僅維持了固定載波頻率，而且由于邊沿不是以固定比率跳變的，載波頻率上的輻射能量就得到了極大的降低。

　　由于我們需要從數(shù)字化或調(diào)制信號來恢復(fù)所需的真實(shí)音頻信號（音樂），因而必需采用一個輸出低通濾波器來濾除高頻分量，以再生與人類聽覺系統(tǒng)相匹配的真實(shí)模擬信號。

　　這里，我們將闡述一些有關(guān)輸出低通濾波設(shè)計的考慮因素和建議。

　　圖2：BTL半電路模型。

　　D類放大器：單片式D類音頻放大器包括模擬音頻輸入、調(diào)制器、功率晶體管等（見圖1）。