您的位置:笔笔发 技术资料 音视频多媒体 正文
内容搜索
笔笔发:技术产业信息平台----成就有识之士创业梦想的殿堂
热门内容
推荐内容
D类放大器的常见问题解答--佐贝尔电路、测试、PCB布局与接地


作者:John Guy
美国国家半导体公司

在问与答的第二部分内容里,主要考虑佐贝尔电路、D 类放大器的测试与测量,以及PCB布局和接地相关问题。佐贝尔电路是什么?佐贝尔是阻抗匹配电路,常用于扩音器中。佐贝尔电路又称为Boucherot 单元,或者有时被不恰当的称为RC 串联电路(RC snubber标准的扩音器的阻抗不是固定的,在音频段的高端会明显变大。为了使D 类放大器按照设计那样工作,这种增加的阻抗需要在设计中予以考虑。一种最简单的补偿方法就是使用佐贝尔电路,即一个简单的电阻和电容串联连接到扩音器的终端。尽管佐贝尔电路元件的选择依赖于很多因素,下面的公式给予很好的解决:

RZ = RL

CZ = 1 / (2 * π * fC * RL)

其中RZ 是佐贝尔电路的电阻阻值,而CZ 表示为佐贝尔电路的电容,RL 是扩音器的阻抗,fC 是所需的截止频率。对于一个27.4kHz 的全桥设计例子,CZ 通常取值为0.73 μF。对于大多数应用,电容值可以取0.47 μF 1 μF,因为这并不是非常敏感的参数。3为佐贝尔电路的示意图。


image002 

是否可以使用磁珠来代替LC 滤波器?

在很多应用中,D 类放大器可与磁珠一道用于连接分流或差分负载电容的滤波。一个潜在的问题是,在开关频率时,磁珠几乎出现短路,他们的阻抗在1MHz 以上便会增大,100MHz 附近便会出现峰值。因为在D 类放大器的开关频率下,阻抗都是很低的,磁珠在输出过渡期会增加其峰值电流,从而不仅没有改善电磁干扰反而是加剧这种干扰程度。用于D 类放大器的磁珠过滤器是根据经验以及辐射测量推导出来的。一般而言,对于额定输入到负载阻抗的音频信号的峰值,100_ 或者更高的磁珠是较好的选择起点。例如,如果D 类放大器工作电压5V,负载为4_,那么需要选择峰值电流至少为1.25-A 的磁珠。磁珠通常通过一对并联的电容接地。同样,这两个电容的电容值也需要根据经验来确定,不过100pF 会是一个很好的选择点。与D类放大器一道工作的磁珠过滤器示意图如4 所示。


image004 

 

D 类放大器中是否需要双电感?

双电感有一对密切耦合的同样圆心的线圈。双绕组电容只用于D 类放大器,而且不需要特别的输出调制。换句话说,只有传统的“教科书”D 类调制可以接受,即两个全桥输出当没有音频信号时将偏离相位180 度。任何“无过滤性”的D 类放大器都无需配合使用双重绕组电感。

这里有一些专门用于D 类放大器的双电感,其厂商包括:

· Sagami

· Korea Coil Engineering

· FDK

· Toko

这些特定的双绕组应用,其特点是两个线圈的较低的互耦合。

是否需要为D 类放大器使用共模阻塞一些D 类放大器调制方案允许使用共模阻塞。共模阻塞意味着一条连接差分信号的低阻抗通道和一条通往其他任何共模信号的高阻抗通道。用在连接小的容性负载时,共模阻塞比电感有着更高的性价比,但比普通式磁珠要贵一些。共模阻塞用在D 类放大器的正常运作是可以观察到的。主要的验证参数是电磁干扰,还可以检查静态电流和THD+N 作为输出功率的函数。D 类放大器与共模阻塞不兼容的现象会导致静态电流和/THD+N 的性能退化。

是否需要在D 类过滤器中使用差分电容或单端连接很多已有的D 类放大器使用了单个差分电容,而其他的仅仅使用了一对并联电容。大多数情况下,单端差分电容将提供更好的音频性能,而并联电容会提供更好的抗电磁干扰性能。最好的解决方案是同时使用差分和并联电容,其中差分电容的值比并联的更大些。

一般而言,低容值的电容可以在更高的频率下表现得更好。

测试与测量问题

为什么在示波器中看不到正弦波形?

关于D 类放大器的一个共同的客户问题是示波器的观察。工程师习惯于在输出端看到一个正弦波,同样他们也认为放大器也是正弦振荡的。实际上,放大器确实是被设计为振荡的。外加串联的1-kΩ 电阻与并联的4700-pF 电容接地,通常会充分抑制开关频率,从而可以在示波器上看到音频信号。如需要更为精确的测量,需要使用有源滤波器或更高阶的LC 梯形过滤电路。

如何测量D 类放大器?

D 类放大器的较高的开关频率PWM 输出会超载大多数的音频分析仪输入。专门的过滤器,如音频精密辅助AUX-0025 提供了一个这样的过滤器来限制频谱外的能量。除此之外,平衡后的5 阶过滤器将与低失真运算放大器如LME49740 一起确保准确的读数。5 实例电路。


image006 

 

该电路是五阶巴特沃斯过滤器,并带有差分前端和一个单端输出。该电路有着归一化后的增益,并可工作在最高供电电压为34V 的环境中。截止频率为24kHz,电路在300kHz处有一个理想的108dB 的抑制,尽管实际上很难能做到这一点。

是否可以使用8Ω 4Ω 电阻作为测试负载?

D 类放大器应该与一个负载一道进行测试,该负载代表了实际的扩音器,并不单单是一个电阻。如果用的是电阻,测试的效率要远远差与实际的性能。在大多数情况下,8Ω的电阻需要再串联68-μH 的电感,4Ω 的电阻需要串联33μH 的电感。PCB 布局和元件的问题D 类放大器中,PCB 布局是否重要?

PCB 布局在D 类放大器中是非常重要的,其布局影响到获取最佳信噪比、最佳热效率以及最低的电磁干扰。任何一个该领域的新设计师都需要检查一下已有的设计来领会最佳实践方案,同时还需要学习一些研究文献。

如何对D 类放大器接地?

正确的对D 类放大器接地方法仍处在争论中。一些工程师使用星式接地法,即将零散的接地汇聚成一个星型的接地点,通常D 类放大器的模拟地或电源地采用这种方法。尽管这种方法很容易在带有单个芯片的演示板实现,但对于系统中有很多混合信号芯片时则不适用。这些芯片无法成为星式接地,因此需要考虑另一种方法。

基于实验中与星式接地布局的对比,单一接地板面显示出明显的改善,包括电磁干扰性能、峰值输出功率和更低的THD+N。在这一例子中,单一接地板面在两层PCB 板的顶层和底层都注铜。每个芯片的接地管脚和每个旁路电容的接地端可以使用该接地板面上任何一个连接孔。此外,在PCB 开放区域,连接孔还直接连接着顶层和底层接地板面。通常情况下,连接孔的大小最好为2cm,如果空间允许可以更大一些。与这种单一接地方法相比,部件安置也很重要。高频率的电流会选择阻抗更小的通道,即尽可能的直线连接。因此,PCB 设计者将试图布局这些部件,从而保证电流确实可以按照这种设计的通道流通,而不需经过其他通道,尤其是对敏感的模拟输入来说。能做到这一点实际上可以称之为一种艺术。此外,对于那些通过电磁干扰认证的系统的研究,也不失为学习良好布局技术的方法。

D 类放大器正确的接地是否重要?

接地对于D 类放大器是非常重要的,尤其是涉及到获取最佳信噪比、最佳热效率以及最低的电磁干扰。任何一个该领域的新设计师都需要检查一下已有的设计来领会最佳实践方案,同时还需要学习一些研究文献。

使用两个单声道D 类放大器还是一个立体声设备?

如前所述,D 类放大器的致命弱点是它们的电磁干扰。一种可能的解决办法是考虑使用两个单声道放大器来而不是一个立体声设备。这将有助于使每个D 类放大器对应各自的扩音器最小化,并减小辐射区域。这种方法为笔记本带来的好处比手机更加明显。如果在系统中使用多个D 类放大器,设备需要通过一个共模时钟同步信号来驱动,从而确保没有任何谐振频率。

哪种电容最适合用作D 类放大器的供电旁路?

陶瓷芯片电容是D 类放大器供电旁路的最佳选择。他们的低ESP 和出色的高频特性将增强音频性能并有助于降低电磁干扰。如果D 类放大器布局在远离供电处,需要添加一些额外的散装电容。添加的电容最好是低ESR 的铝电解电容,但一般都使用通用性铝电解电容。一些工程师们将会用到多个旁路电容来减小电磁干扰。放置在电源管脚最近的是不超过0.1-μF 的小型旁路电容。更大一点的,如1μF 的电容放在紧挨着的位置。一般的做法都是使两类电容的容值量级相差10 倍,以避免形成共振频段。

 

做什么有助于确保符合电磁干扰认证?

为了满足符合辐射要求的测试限制,需要设计师选用高质量、低EMI D 类放大器,并通过合适的接地和旁路。此外,根据扩音器线的长度以及最终应用的指定频段,还需要一些输出滤波。

如何能将单端音频源连接到差分D 类放大器的输入?

很多D 类放大器都有差分输入来减少不需要的噪声。如果使用的是单端音频源,最好使用差分方法。将音频源的输出和其输出参考电压分别引到D 类放大器的差分输入对上。

6 为该例子的电路示意图。


image008 

 

如何能将差分的音频源连接到单端的D 类放大器输入?

如果要将差分源连接到单端输入的D 类放大器,最简单的方法是仅使用一个输出。

或者,在D 类放大器前端增加一个差分运算放大器。

 


 
点这里复制本页地址发送给您QQ/MSN上的好友
相关文章

D类放大器的常见问题解答 - 关于放大器选择
入门材料:电声学基础知识
camera调试经验分享
Camera 图像处理原理分析- 抗噪 变焦 频闪
手机摄像头介绍及其参数配置
工程师指南:HDMI ESD保护(第一部分)(转载)
[图文]MPEG-2压缩编码技术原理应用(九)(转
[图文]MPEG-2压缩编码技术原理应用(八)(转
[图文]MPEG-2压缩编码技术原理应用(七)(转
[图文]MPEG-2压缩编码技术原理应用(六)(转
TFT-LCD的三种广视角技术:IPS、MVA、TN+FI
基于TMS320DM642BAYER格式图像色彩复原的实
一种基于WM8741的音频解码器研究与设计
Adobe AIR 将杜比环绕声带给联网家庭数字设
智能轮椅导航系统研究现状和发展趋势

相关评论


本文章所属分类:首页 技术资料 音视频多媒体


反馈意见和建议