D類放大器：低功耗高效率推動(dòng)大規(guī)模普及

    D類放大器的應(yīng)用范圍非常廣泛，隨著技術(shù)的成熟，目前已進(jìn)入大規(guī)模普及階段。針對(duì)其在器件成本、EMI等方面的問(wèn)題，業(yè)內(nèi)企業(yè)也提出了多種解決方案。

    D類放大器技術(shù)是三四年前被業(yè)內(nèi)熱議的新技術(shù)，目前它已進(jìn)入大規(guī)模普及階段。業(yè)界正在積極解決應(yīng)用普及過(guò)程中的問(wèn)題，如EMI(電磁干擾)、成本和效率等。與此同時(shí)，集成技術(shù)也是一個(gè)不容忽視的趨勢(shì)。

轉(zhuǎn)入大規(guī)模普及階段

    三四年前，D類放大器在業(yè)界掀起了一個(gè)新技術(shù)的小高潮。D類放大器采用脈沖調(diào)制方式將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖，由MOSFET進(jìn)行放大，再通過(guò)低通濾波器恢復(fù)出原始基帶信號(hào)。相較于傳統(tǒng)的AB類放大器，這種開(kāi)關(guān)式的放大技術(shù)使其具備高轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)勢(shì)，其轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到80%-90%，而傳統(tǒng)AB類放大器的轉(zhuǎn)換效率僅在50%左右。

    不過(guò)，近兩年業(yè)界談?wù)揇類放大器技術(shù)的文章越來(lái)越少�！捌鋵�(shí)這并不是D類放大器市場(chǎng)轉(zhuǎn)淡了，而是該技術(shù)已經(jīng)比較成熟了�！�ADI公司便攜式音頻產(chǎn)品線低功耗D類產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理張楊女士對(duì)記者介紹說(shuō)，“而且，這兩年D類放大器開(kāi)始進(jìn)入了大規(guī)模的應(yīng)用和普及階段，因此，業(yè)界對(duì)它的宣傳已經(jīng)側(cè)重于多元化的應(yīng)用了。”“估計(jì)市場(chǎng)上近1/3的手機(jī)已使用了D類放大器;32英寸以上的平板電視基本上也都采用了D類放大器;在組合音響、iPod音箱等應(yīng)用中，D類放大器也越來(lái)越普遍�！�恩智浦半導(dǎo)體多重市場(chǎng)產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理徐小林向記者介紹D類放大器的普及情況時(shí)說(shuō)，“除了上述音頻應(yīng)用外，在馬達(dá)控制領(lǐng)域，D類放大器也漸漸有了少量應(yīng)用，值得我們關(guān)注�！�

    美國(guó)美信集成電路產(chǎn)品公司中國(guó)區(qū)市場(chǎng)傳播及應(yīng)用支持經(jīng)理魏智也對(duì)記者表示，隨著集成工藝的改進(jìn)和相關(guān)技術(shù)的引入，現(xiàn)代D類放大器在線性度、占用電路板空間等方面的特性都得到了改善，再加上它的高效率優(yōu)勢(shì)，目前，絕大多數(shù)應(yīng)用都可以選擇適當(dāng)?shù)腄類放大器。這些應(yīng)用包括低功耗便攜式應(yīng)用，如蜂窩電話和筆記本電腦，還包括大功率應(yīng)用，如車載音響系統(tǒng)或平板顯示器。

    除了音頻和工業(yè)市場(chǎng)外，D類放大器甚至進(jìn)入了新能源市場(chǎng)。“雖然今天D類放大器的增長(zhǎng)領(lǐng)域還主要集中在便攜式產(chǎn)品市場(chǎng)，但它的應(yīng)用范圍非常廣泛。只要可以接受開(kāi)關(guān)形式的應(yīng)用，都可以采用它。”張楊說(shuō)，“D類放大器的效率高，功率損失小、發(fā)熱量少，現(xiàn)在，在能源轉(zhuǎn)換市場(chǎng)，逆變器也采用了D類放大器的原理，由此可見(jiàn)它的應(yīng)用范圍是相當(dāng)廣泛的�！�

降低成本改善EMI

    在轉(zhuǎn)入大規(guī)模應(yīng)用之后，業(yè)界正在積極解決D類放大器在應(yīng)用中不斷出現(xiàn)的問(wèn)題。

    傳統(tǒng)D類放大器的一個(gè)主要缺點(diǎn)是它需要外部低通濾波器來(lái)恢復(fù)原始基帶信號(hào)，這不僅增加了方案總成本和電路板空間，也因?yàn)V波元件的非線性而給器件引入額外的失真。為此，美信開(kāi)發(fā)了一種擴(kuò)譜調(diào)制。據(jù)魏智介紹，實(shí)際開(kāi)關(guān)頻率相對(duì)于標(biāo)稱開(kāi)關(guān)頻率的變化范圍可達(dá)到±10%，盡管開(kāi)關(guān)波形在各個(gè)周期會(huì)隨機(jī)變化，但占空比不受影響，因此輸出波形可以保留音頻信息;擴(kuò)譜調(diào)制有效拓展了輸出信號(hào)的頻譜能量分布，使頻譜能量不集中在開(kāi)關(guān)頻率及其各次諧波上。“換句話說(shuō)，輸出頻譜的總能量沒(méi)有變，只是重新分布在更寬的頻帶內(nèi)。這樣就降低了輸出端的高頻能量峰，因而將揚(yáng)聲器電纜的EMI輻射降至最低�！彼�說(shuō)，“雖然一些頻譜噪聲可能由擴(kuò)譜調(diào)制引入音頻帶寬內(nèi)，但這些噪聲可以被反饋環(huán)路的噪聲整形功能抑制掉�！苯柚�這一技術(shù)，美信推出了許多免去低通濾波器的D類放大器。美信新一代D類音頻功率放大器還在這項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了一項(xiàng)新的、正在申請(qǐng)專利的有源輻射抑制電路。該技術(shù)在不降低音頻性能的情況下進(jìn)一步降低窄帶頻譜分量。

    恩智浦則采用了多項(xiàng)專利來(lái)改善EMI問(wèn)題，比如跳頻技術(shù)。目前，業(yè)內(nèi)無(wú)低通濾波器的D類放大器主要集中在小功率產(chǎn)品部分，當(dāng)功率較大或放大器和揚(yáng)聲器的連線比較長(zhǎng)時(shí)，仍需要加濾波器。

    在降低EMI方面，ADI產(chǎn)品采用的調(diào)制方式是PDM調(diào)制，與傳統(tǒng)方式PWM相比，PWM的單一頻率沖擊比較大，PDM調(diào)制使輸出盡量平緩，EMI控制得比較好。ADI最新的產(chǎn)品甚至可以把控制EMI的權(quán)力交給客戶。如果客戶希望EMI降得很低，就可以選擇把脈沖的上升沿和下降沿平緩下來(lái)，但脈沖平緩下來(lái)肯定就影響效率，這需要客戶自己去權(quán)衡，ADI在器件上留一個(gè)管腳，讓客戶根據(jù)自身的需要選擇模式。

    ADI公司張楊女士發(fā)現(xiàn)，在亞洲特別是中國(guó)，由于大家習(xí)慣把音響的聲音放得比較大，喇叭會(huì)承受不了，最后導(dǎo)致失效，這其實(shí)涉及一個(gè)D類放大器的自適應(yīng)性問(wèn)題。為此，ADI推出了ALC(自動(dòng)增益控制)技術(shù)。該技術(shù)自動(dòng)檢測(cè)輸入信號(hào)端，如果進(jìn)來(lái)的信號(hào)比較大，就把D類放大器的增益降低;如果信號(hào)很小，就提高增益。這樣，從喇叭中放出的聲音就比較均勻，也不會(huì)損壞喇叭。

小功率產(chǎn)品趨于主芯片集成

    集成也是模擬器件技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)話題。集成可以降低成本，這正是D類放大器需要解決的問(wèn)題。與傳統(tǒng)的AB類放大器相比，D類放大器由于架構(gòu)原因，芯片成本還相對(duì)較高。此外，外部通常還需要加濾波電路，也進(jìn)一步增加了D類放大器的應(yīng)用成本。這阻礙了一部分用戶對(duì)D類放大器的應(yīng)用。

    恩智浦半導(dǎo)體多重市場(chǎng)產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理徐小林表示，早期的D類放大器大多采用PWM和MOSFET分離的雙芯片方案，但目前的主流產(chǎn)品基本都集成了PWM和MOSFET。采用該集成技術(shù)的放大器芯片方案可令設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，成本也更低。

    除了自身的集成趨勢(shì)外，D類放大器正在走與其他器件整合的道路。張揚(yáng)認(rèn)為，業(yè)界對(duì)D類放大器的集成主要集中在變頻控制、EMI控制和增益控制上,此外，耳機(jī)、音頻接口也集成到了D類放大器中。徐小林認(rèn)為，在一些小功率應(yīng)用中，D類放大器正逐漸被集成到主芯片或其他器件中。在大功率應(yīng)用中，D類放大器還是主要的功能器件，D類放大器正集成更多的功能，比如揚(yáng)聲器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器等;小功率產(chǎn)品方面，恩智浦正在開(kāi)發(fā)在手機(jī)中應(yīng)用的集成I2S解碼的D類功放產(chǎn)品，它能有效提高音質(zhì)和抗干擾能力，并能對(duì)手機(jī)揚(yáng)聲器做頻響調(diào)整，能顯著提高手機(jī)的音頻性能。 ■