D级放大器如何弥补与高分辨率AB级放大器的差距

2016-05-13 17:19:43来源: EEWORLD
拥有高度优化和高性能引擎的赛车,因为不合格的车轮和轮胎影响性能,这并不罕见。在这种情况下,引擎必须更加费力地运行才能弥补车轮和轮胎的缺陷,而且赛车整个系统的性能也会受到影响。
同样的道理也适用于高性能音频和驱动扬声器的放大器选择。多年以来,人们一直选择AB级放大器作为高清(HD)音频的放大器。音频D级放大器被认为是不合格的,因为它们不能满足高清音频的所有要求。但这种情况已经改变。
高清或高分辨率音频是指音质在16位以上(超过激光唱片的音质),取样率大于44.1kHz的音频,如图1所示。

图 1:一些声频格式的动态范围和带宽
在高清音频中,数字前端包括带有32位音频数据路径的数字信号处理机、不低于96kHz的音频取样率和集成的24位超低噪声数字模拟转换器(DAC)。更高的位数改进了信号噪声比(SNR)和动态范围(DR),提供了更好的分辨率(>97dB),从而使极小的声音也能被听见且不失真。更快的取样率能实现高于人耳听力范围(>22kHz)的更高的带宽(取样率/2),且能编码更多声音信息,从而进行准确复制。
驱动扬声器的音频放大器位于数字后端,在这里可以实现并评价音频的性能和安全性。系统中包含一些声音增强和声音补偿的处理算法(如均衡算法、动态范围控制、声场空间定位和3D效果)。但即使拥有所有这些处理能力,补充这些性能的音频放大器仍必须满足特定的高清音频规格,包括:
SNR和DR > 97dB。
总谐波失真+噪声(THD+N) < -80dB。
带宽(BW) >22kHz。
高清音频放大器结合这些自动算法,产生了一个和谐运行的系统,这样,数字工程师就不必手动运行大型处理算法来弥补音频放大器的不足。毕竟,高性能模拟放大器没有很好的数字替代品。事实上,高性能模拟放大器在配备更小/更简单/更便宜的数字引擎的情况下可实现相同甚至更高的性能。
上一代的D级放大器实现了0.03% (-70dB)的总谐波失真+噪声,相比之下,拥有相似输出功率的AB级放大器的总谐波失真为0.005% (-86dB),如图2所示。图3显示了同样的对比,但它使用了TI最新的高功率D级放大器。此前,虽然D级放大器在高功率水平时的效率要提高大约1.5倍,因此和相似功率的AB级放大器相比不需要很多散热,但对于高清音频,人们并不会考虑使用D级放大器。

图 2:高功率AB级总谐波失真和功率性能对比

图 3:TPA3251D2 总谐波失真+噪声和功率性能对比
TI最新一代的高功率D级放大器通过与数字引擎产生共生关系,并向扬声器高效传输增强的声频质量,提升了高清声频系统的整体性能和效率。TPA3251D2及其同系列设备可提供0.002% (-94dB)的总谐波失真+噪声、100dB的信号噪声比和100kHz的带宽,同时提供大于70W的输出功率。该系列兼容具有超低噪声和高达192kHz声频取样率的系统。此外,内置的保护功能使其能安全地驱动高清音频。
图4中所示的TIDA-00874显示了TPA3251D2和高清系统数字引擎之间共生、和谐的关系。如果您想用D级放大器进行设计,TI的这款参考设计---TIDA-00874能够帮到你,它将PCM5242音频DAC与TPA3251D2 D级音频放大器配对,能够流取样率高达192kHz的多数字输入音频格式,增强音效体验。

图 4:配备有TPA3251D2和PCM5242的TIDA-00874
不到十年前,我们还认为激光唱片传送的是最高品质的声音。今天,“金耳朵”音响爱好者会嘲笑仅仅16位的音质。过去十年以来,伴随这种音质快速提升的还有海量的放大器可供选择。就像我们现在嘲笑CD一样,音响爱好者也曾经嘲笑D级放大器。但现在情况不同了。一个绝佳的例子就是能发出高清音质的D级音频放大器TPA3251D2。这是我上文提到的设备,它也在CES 2016上进行了展示,听众被它的音效所震撼。
您的系统里有没有这样一款帮你提高音质的设备呢?本文中使用了TPA3251D2作为示例,同系列的产品还包括TPA3250D2和TPA3255。那么您有过使用这些设备或其它D级放大器的经验吗? 
 

关键字:扬声器  信号  音频

编辑:王凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/article_2016051326612.html
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