關于數字音頻功率放大器原理及實現研究

王志輝

摘要：筆者自行制作的全數字音頻功率放大器，在各項技術指標當中，均優于當下市場上的相關產品。本文首先針對數字音頻功率放大器的工作原理進行闡述，并在筆者進行自主研發的基礎上，通過自身的經驗實際解析5.1聲道全數字功率放大器的實現，筆者希望謹以此文，拋磚引玉，給予從事相關行業的從業者帶來一些有價值的幫助。

關鍵詞：數字音頻 功率放大器 原理 實現

中圖分類號：TN722.75 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0112-01

當下，伴隨著我國科技水平的不斷進步，在電子科學方面，我國的相關科學技術水平在近幾年來也得到了長遠的發展，實現了長足的進步。集成電路的集成程度、功耗等諸多問題，正在通過相關技術人員的不懈努力而逐漸被優化和改良。在音頻功率放大器層面中，在近幾年世界范圍內也用了重大的土坯，筆者自行拼湊了一套5.1聲道數字音頻功率放大器進行分析，總結出功率放大器的數字化是不可避免的。

1 數字音頻功率放大器的基本工作原理

在數字功率放大器中，最為重要的一部分就是針對前段的數字信號的處理，以便完成多比特數字信號，例如pcm編碼等轉變為1bit脈寬調制，即pwm信號。再進行此類信號的輸出工作，應用pwm信號來對數字音頻功率放大器后端H橋MOSFET功率管進行針對其截止于導通的控制，從某種層面上來說也就是完成了針對pwm控制信號的能量擴大。經過擴大的pwm信號流在經過一個低階的濾波器之后，把高頻率部分進行了刪除，并在理論上將沒有失真的模擬音頻信號進行了還原，同時將信息送還到了揚聲器當中，并進行了發聲，其工作原理如圖1所示。

為了把16bit的pcm信號改變成1bit的pwm信號，因此在理論上1bit調制器在一個變換周期之中，需要進行216觸發，所以在44.1千赫茲的取樣頻率之中，1bit量化器的時鐘頻率將達到2.9G赫茲，這是與當下我國的科學技術水平不匹配的。因此，若降低聲音的傳送速度來讓相關硬性條件得到滿足，噪聲級又將會提高，為了讓此問題得到妥善的解決，筆者使用了N倍過取樣濾波與噪音整形技術，來增強取樣頻率并減少量化噪音。

2 5.1聲道數字功率放大器的實現

2.1 關于現狀

當下，在國際范圍內，全數字音頻功率放大器的研究和使用，正處于起步階段，在當前市面上，所常用的較為流行的數字功放芯片包括Apogee的DDX系列產品，TI的TAS系列產品，CIrrus Logic的CS44210系列產品，和索尼、TACT公司所生產的相關數字功率放大器產品。特別是TACT audio公司使用這種數字功率放大器制作成為專業級數字音頻功率放大器，并開始在較為高端的音像市場進行銷售，該行業相關專家表示，估計在10年左右，全數字音頻功率放大器將在我國音頻功率市場占有超過9成的市場份額。

2.2 DDX4100與DDX2060套片

針對上述所提到的數字功率放大器的認識和部分詳盡的思考，筆者選擇使用APOGEE公司所研發的DDX4100與DDX2060從而設計了一款5.1聲道的全數字功率放大器。

2.3 Mcu控制的可編程數字功率放大器的完成

由Microchip公司所生產的PIC16C72是一款建立在EPROM之上的8位高性能微型控制器，將PIC16C72與其它像個相似的控制器進行比較，它的任務執行速度與壓縮部分都要遠遠高于同價格產品，本文作者建立在PIC16C72之上，構思了如圖2所示的可編程攻防流程：

FC總線的初始化，是經過對相關軟件的控制完成的，MCU作為FC的重要設備，DDX4100作為附屬設備，在之前每一次經過FC傳送信息之前，首先依靠函數LOAD-ADDR-SUB編寫信息到相關芯片的存儲器之中。

2.4 整機質量

通過將數字音頻功率放大器與MCU進行結合，并一起工作，就自己拼湊出了一臺較為完整的全數字音頻功率放大器。在此部數字功率音頻放大器當中，筆者經過測試，其額定輸出功率為35w，該數字音頻功率放大器的面積是15cmx10cm，筆者在試音室進行針對數字音頻功率放大器的性能測試時，所得到的性能指標為：

（1）THD+N<0.08%（HZ *1W）。（2）SNR：89dB。（3）電源使用率達到了88%（在30w時進行測量）。

3 結語

筆者自行制作的全數字音頻功率放大器，在各項技術指標當中，均優于當下市場上的相關產品。針對當下我國信息時代的到來，相關多媒體技術正在蓬勃發展，針對全數字音頻功率放大器的研發，仍舊在相關技術人員的不懈努力下，有條不紊的進行著。

參考文獻

[1]胡純有.音頻功率放大器的分類和界定[J].演藝科技，2014，11：21-23+28.