音频应用崭露头角，数字放大器凸显优势

家庭影院和汽车娱乐系统等多声道音频系统正在越来越多地依靠数字放大器来实现。据市场研究公司Forward Concepts预测，2004至2006年间，全球音频放大器声道销售量将超过10亿个。在如此庞大的市场召唤下，以及各种终端音频设备轻、薄、小的发展趋势使然，数字放大器正逐渐崭露头角。由于采用了数字放大技术，AV接收机比以前变得更小和更轻，新一代音频接收器、DVD播放器和单机家庭影院(HTIB)系统正在取代过去那种宛如庞然大物般的家庭音响系统。
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数字放大器更适于音频应用

- K# h- m1 a0 o% z+ \据德州仪器数字家庭音频事业部经理Jeff Akgul介绍，数字放大器的效率超过90%，远远高于AB类放大器(40%-50%)，因此其散热更低，只需较小的散热器或根本不需要散热器，从而减少了 PCB上的占用空间并降低了最终产品的整体尺寸。Akgul说，数字放大器还具有音频后处理功能，如音量及音调控制、低音管理、扬声器均衡和预设/参数EQ，比模拟放大器更易于使用和定制。数字电路可直接或经过定制用于不同的设备和应用中，而模拟电路则必须重新设计，尤其是滤波器应用。数字放大器还可从不断缩小的数字化工艺技术中受益，而使用模拟工艺的AB类放大器却无法拥有这些优势。图题：TI的无滤波器D类音频低功率放大器适用于手机和PDA应用。
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. {. S" b5 G& `& f  P数字放大器最早的应用领域是HTIB系统。由于外型小巧，设计者可将它集成在DVD播放机中。经过集成后，最终产品仅为1个机箱和5.1扬声器(它们构成了HTIB系统)。在此之前，受尺寸和成本的限制，消费者必须购买各种独立设备来组装整个系统才能实现家庭影院。对许多消费者来说，这种系统成本高昂而且体型庞大。自数字放大器推出后，它逐渐进入了各个新领域，如具有音频处理功能但PCB空间有限的电视机、汽车应用、便携式产品等。

' m) ^# C- j' W3 H* B& J配套滤波方案是用户考虑的关键

然而，采用数字放大器虽然可以大大缩小音响系统的体积和降低成本，但一些消费类高保真音响发烧友和消费电子产品OEM厂商却对其音质表示担忧。实际上，这些数字放大器需要精心设计的滤波器。而滤波器元件(电感和电容)可能像数字放大器想要取代的散热器一样又大又笨，但少了它们又可能对音质造成灾难性的影响。
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滤波器比较复杂，这可能是数字放大器的致命弱点。音频放大器输出必须经过仔细过滤，以滤除数字脉冲串中的残余高频分量和谐波。这促使半导体供应商介入滤波器设计业务，而其客户？消费电子设备制造商未必会遵照参考设计或者听从半导体制造商的建议。因此，如果终端消费者不满意一套家庭影院系统的音质，就可能归咎于半导体供应商，而实际上问题可能出在设计不周的滤波器上。

3 `+ d/ Q9 }  s% m* q$ ^一般而言，这些制造商都有意把外部滤波器元件的复杂性(以及元件数量和价值)最低化，以满足潜在客户的需求。部分制造商，如国家半导体和美信集成正在专心致力于开发用于手机和PDA的耳机放大器等低功率放大器。在这些应用中，数字放大器必须节能，所需的滤波器最少，对音质的影响基本可以忽略不计。另外一些以美国D2Audio公司为代表的制造商则正在努力通过提供预调谐插入式电路板来使客户彻底摆脱滤波器。

但最突出的是以Tripath Technology、TI和Apogee Technology为代表的一类制造商，它们面向消费类大众市场推出了高功率放大器元件。这些制造商正在采用“零交叉”、展频和其它降噪技术，尽力使所需的外部滤波器减至最少。Tripath Technology公司是最早研究滤波器问题的公司之一。该公司发现开关工作频率在600kHz-1.5MHz时，可以用尺寸更小和价值更低的电容器取代工作频率为250 kHz的电解电容器，有效地降低了滤波器的复杂程度。
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4 W' p. g- I5 G: \' ^凌云逻辑也宣布进入这部分市场，不过其数字放大器产品线迄今一直专注于低功率耳机放大器。这个阵营中的供应商一直主张并向人们演示，数字放大器确实可以接近发烧级高保真音响的音质。但要使数字放大器得到“金耳朵”一族的认可，厂商将需要付出巨大的努力。
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数字放大器可使功率器件得到更有效的利用

在工作时，数字放大器利用一串数字脉冲的宽度和频率来承载音频信号。较大振幅和较高频率的信号由一串较密集的、持续时间较短的脉冲表示；振幅较小和频率较低的信号由较长的脉冲表示，二者分得很开。把数字脉冲串送入一对功率MOSFET，然后产生音频信号。这两个MOSFET一般采用推挽式配置。一个附加的感应电容滤波器(即扬声器线圈本身)帮助“维持”信号，有效地使脉冲保持平滑。

: _. b0 ^: n% ]# R3 I晶体管不是天然的放大器，它们是开关器件。为了让晶体管发挥放大器的作用，比如在传统的A/B类放大器中，必须施加一个偏流，迫使晶体管永远保持在完全导通和完全截止之间的状态。这意味着A/B类放大器的晶体管将吸收电流和产生热量-即使在没有音频信号的情况下。
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当功率晶体管处于“热偏”状态时，即施加几乎足够大但又不是非常充足的偏流使它们处于“导通”状态时，许多类型的功率晶体管的表现非常线性(而且据称是最佳的)。这将使功率晶体管变得极其烫手，不能用手触摸，而且这些高端甲类放大器肯定要采用30磅重的铝吸热器。相比之下，数字放大器可以更有效地利用功率晶体管。脉宽调制解调器使其开或关，而且努力使开关转换过程不需太多的时间(或功率)。结果，在数字放大器中，由PWM、驱动级和功率晶体管输出组成的链条显著短于多级甲乙类放大器。
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. Q& N. y5 @2 P% o0 rHTIB系统是数字放大器的主要增长推动力

德州仪的Akgul表示，数字放大器的增长将与DVD录放机的增长成正比。DVD录放机刚开始集成放大器，DVD接收机在推动放大器增长的同时也慢慢地演变为DVD录放接收机，甚至个人视频录放机(PVR)。在汽车应用市场，放大器的增长主要来自信息通信/汽车信息娱乐系统。许多使用DSP进行音频/视频数据解码的系统都具有直接数字接口，无需任何D/A转换器便可与数字放大器连接，从而为各种不同的最终设备节省成本。
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1 Y0 Z3 e$ v# L6 X# J+ [目前，数字放大器所面临的最大挑战是设计工程师的思想转变和对他们的影响。Akgul说：“音频放大器设计工程师应以身作则，停止设计模拟放大器同时开始设计数字放大器，并且逐渐熟悉数字放大器的设计要求和限制。”此外，数字放大器的另一只“拦路虎”就是其本身与模拟放大器的价格差，尽管数字放大器和模拟放大器的每声道价格差越来越小，但考虑到成本问题，许多低端系统仍然使用AB类模拟放大器。Akgul表示：“我们认为价格问题与市场需求有直接关系。随着数字放大器需求增加，数字放大器与模拟放大器的价格差将逐渐消失，它的性能、功能、音频质量会比后者更好。”