2008年7月8日,在德州仪器(TI)组织的D类放大器TP2016D2说明会上,TI中国区高性能模拟产品业务开发经理张洪为先生为专业媒体介绍了有关D类放大器的最新技术动态和发展趋势。
市场主流放大器区别
首先,张洪为先生介绍了市场上主流的几种放大器区别,传统的A类放大器,整个信号放大范围处于三极管设定区域内。B类放大器有两个三极管,他们都工作在这个区域内。D类放大器实际上是在整个工作范围内,该放大器三极管都工作在开关区域之内。D类放大器,输入的是模拟信号,输出则是PWM信号。它是在三极管开关状态,所以其信号很好,而且效率很高,一经推出就被广泛的采用。谈到D类放大器和全数字放大器的区别,他说数字放大器是纯数字信号,输出是PWM信号,信号在运作时没有任何转变,它和D类的区别在于输入信号不同。
可编程动态范围压缩
动态范围压缩(DRC)这个概念在20年前就广为人知了。它的原理主要是对较大声音进行较小的放大,而对较小的声音进行明显的放大,这实质上没有提高峰值功率,却可以大大提高人耳所能感觉到的平均响度。德州仪器新推的第一款具有可编程动态范围压缩功能的D类立体声音频
放大器TP2016D2引入DRC(可控制编程)后,声音应用范围得到了扩展,音频体验更舒适。
TP2016D2有6个参数需要进行最终的设计,根据不同的场景来选择,从而实现最佳的音频体验。如果没有可编程功能,那动态范围设计有的时候不能达到理想的效果。例如一个讲话的声音比较响亮,前面是一个音节,之后是一个短暂的停顿,而后又是一个音节。如果经过放大器以后,可以把偏重的信号放大一点,之后,小信号被放大,但接近峰值的信号没有得到充分放大,如果我们以信号电平和平均电平计算,平均电平在某个位置,在最大功耗没有增加的同时,使电平平均功耗大大提高。
TP2016D2设计优势:
可视化可编程工具简化设计难度助力产品快速上市
对于动态范围音频控制,前面提到的6个参数非常重要,传统设计通过DSP来实现控制,但是计算方法比较复杂,需要工程师有丰富的专业背景和知识,对快速消费电子产品快速进入市场是不利的,TI提供了一个可视化可编程工具,只要根据实际需求通过鼠标点击并拉动相应按钮就可以达到所需值,然后将这些数据配制成一个表格,并把该表格放在驱动程序中,软件工程师就可以实现轻松的设计。这个产品在整个音频的信号链中是最后一级,它可以和前级的音频编解码器配合工作。TI在前年,先后发布一系列的超低功耗音频编解码器,这些产品均具有数据过滤功能和数据处理编辑功能,而且都带有数字接口或模拟接口,通过连接就可以很容易的构成完整的数字音频处理系统。
低功耗、小尺寸设计
有一个著名的广告词是“想唱就唱,唱的响亮”,放大器需要有更大的功率,这就受到喇叭和电源电压的限制。功率越大,失真也会越大,声音质量就会下降。便携式产品体积很小,既要满足产品的外形设计,又要实现更低的功耗,在整个电池使用寿命上要提高音量。例如常见的锂子电池,电压在3.0-4.2间转换,直接用它供电,电压为4.2时是R分之16,电压在3.0时是R分之9,因此使用新电池声音会很响亮,当电池电量即将耗尽的时候,声音逐渐变小。另外还要限制最高功耗,不同的音源,如手机里面有MP3,FM radio等声音来源,其信号输入幅度是不相等的,这就需要灵活的控制,以及输出外设,像耳机、喇叭等,以喇叭为例,两个不同喇叭,灵敏度也是不一样的,这就需要设置增益。TP2016D2已经开始供货。它采用2.2×2.2封装,体积非常小巧。现在最常采用的是0402电阻,它只有0402电阻的一半大。
噪声阈值优化信噪比,提高音频体验
我们需要在保证良好的信噪比的同时最大化声音响度。面对这个设计挑战,现有的解决方案是电池电压在变化的时候,要保持足够大的声音输出,最简单的方法是提供升压的电路,这也是最常见的方法。TI之前提供了两款产品TPA2014D1、TPA2013D1,通过这种方法提供全电压之内恒定的最大输出功率。另外还有一个办法就是动态范围压缩,通过这种方法,我们对较大声音进行较小的放大,而对较小的声音明显放大,虽然没有提高峰值功率,但是大大提高了人耳所能感觉到的平均响度。噪声阈值即是在某段时间内的平均信号对比,若小于某一个值,就会被认为没有音乐输入,就可以把该外设完全关掉。此时音乐播放器信噪比会非常好,从而得到大大改善。这个信噪比值是固定的,提高了信噪比,也就提高了音乐体验。
另外还有一个办法就是动态范围压缩(DRC),使用这种方法最主要的原因是保护自己的喇叭不受损害,像100W、1000W的大功率,会超出喇叭的承受范围,会对喇叭造成毁坏,这样可以人为的控制输出功率。今天我们在推出