关于数字音频功率放大器原理及实现研究

王志辉

摘要：笔者自行制作的全数字音频功率放大器，在各项技术指标当中，均优于当下市场上的相关产品。本文首先针对数字音频功率放大器的工作原理进行阐述，并在笔者进行自主研发的基础上，通过自身的经验实际解析5.1声道全数字功率放大器的实现，笔者希望谨以此文，抛砖引玉，给予从事相关行业的从业者带来一些有价值的帮助。

关键词：数字音频 功率放大器 原理 实现

中图分类号：TN722.75 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）08-0112-01

当下，伴随着我国科技水平的不断进步，在电子科学方面，我国的相关科学技术水平在近几年来也得到了长远的发展，实现了长足的进步。集成电路的集成程度、功耗等诸多问题，正在通过相关技术人员的不懈努力而逐渐被优化和改良。在音频功率放大器层面中，在近几年世界范围内也用了重大的土坯，笔者自行拼凑了一套5.1声道数字音频功率放大器进行分析，总结出功率放大器的数字化是不可避免的。

1 数字音频功率放大器的基本工作原理

在数字功率放大器中，最为重要的一部分就是针对前段的数字信号的处理，以便完成多比特数字信号，例如pcm编码等转变为1bit脉宽调制，即pwm信号。再进行此类信号的输出工作，应用pwm信号来对数字音频功率放大器后端H桥MOSFET功率管进行针对其截止于导通的控制，从某种层面上来说也就是完成了针对pwm控制信号的能量扩大。经过扩大的pwm信号流在经过一个低阶的滤波器之后，把高频率部分进行了删除，并在理论上将没有失真的模拟音频信号进行了还原，同时将信息送还到了扬声器当中，并进行了发声，其工作原理如图1所示。

为了把16bit的pcm信号改变成1bit的pwm信号，因此在理论上1bit调制器在一个变换周期之中，需要进行216触发，所以在44.1千赫兹的取样频率之中，1bit量化器的时钟频率将达到2.9G赫兹，这是与当下我国的科学技术水平不匹配的。因此，若降低声音的传送速度来让相关硬性条件得到满足，噪声级又将会提高，为了让此问题得到妥善的解决，笔者使用了N倍过取样滤波与噪音整形技术，来增强取样频率并减少量化噪音。

2 5.1声道数字功率放大器的实现

2.1 关于现状

当下，在国际范围内，全数字音频功率放大器的研究和使用，正处于起步阶段，在当前市面上，所常用的较为流行的数字功放芯片包括Apogee的DDX系列产品，TI的TAS系列产品，CIrrus Logic的CS44210系列产品，和索尼、TACT公司所生产的相关数字功率放大器产品。特别是TACT audio公司使用这种数字功率放大器制作成为专业级数字音频功率放大器，并开始在较为高端的音像市场进行销售，该行业相关专家表示，估计在10年左右，全数字音频功率放大器将在我国音频功率市场占有超过9成的市场份额。

2.2 DDX4100与DDX2060套片

针对上述所提到的数字功率放大器的认识和部分详尽的思考，笔者选择使用APOGEE公司所研发的DDX4100与DDX2060从而设计了一款5.1声道的全数字功率放大器。

2.3 Mcu控制的可编程数字功率放大器的完成

由Microchip公司所生产的PIC16C72是一款建立在EPROM之上的8位高性能微型控制器，将PIC16C72与其它像个相似的控制器进行比较，它的任务执行速度与压缩部分都要远远高于同价格产品，本文作者建立在PIC16C72之上，构思了如图2所示的可编程攻防流程：

FC总线的初始化，是经过对相关软件的控制完成的，MCU作为FC的重要设备，DDX4100作为附属设备，在之前每一次经过FC传送信息之前，首先依靠函数LOAD-ADDR-SUB编写信息到相关芯片的存储器之中。

2.4 整机质量

通过将数字音频功率放大器与MCU进行结合，并一起工作，就自己拼凑出了一台较为完整的全数字音频功率放大器。在此部数字功率音频放大器当中，笔者经过测试，其额定输出功率为35w，该数字音频功率放大器的面积是15cmx10cm，笔者在试音室进行针对数字音频功率放大器的性能测试时，所得到的性能指标为：

（1）THD+N<0.08%（HZ *1W）。（2）SNR：89dB。（3）电源使用率达到了88%（在30w时进行测量）。

3 结语

笔者自行制作的全数字音频功率放大器，在各项技术指标当中，均优于当下市场上的相关产品。针对当下我国信息时代的到来，相关多媒体技术正在蓬勃发展，针对全数字音频功率放大器的研发，仍旧在相关技术人员的不懈努力下，有条不紊的进行着。

参考文献

[1]胡纯有.音频功率放大器的分类和界定[J].演艺科技，2014，11：21-23+28.