不同功率的D類數(shù)字音頻放大器應(yīng)用前景探測(cè)

關(guān)鍵詞： D類 , 放大器 , 數(shù)字音頻 , 應(yīng)用前景

D類數(shù)字音頻功率放大器具有小尺寸、高效率的優(yōu)勢(shì)。利用D類功率放大器可以設(shè)計(jì)出更小更薄和更有效率的電子產(chǎn)品，可延長(zhǎng)便攜式產(chǎn)品電池的使用時(shí)間，因此在業(yè)界普遍得到認(rèn)可。手機(jī)、DVD、MP3和PMP等多媒體產(chǎn)品的普及，尤其加速了D類功率放大器在便攜式電子產(chǎn)品中的使用。此外，利用其中功率免用散熱片的特點(diǎn)，D類功率放大器尤其適合使用于LCD TV/ Monitor等薄型視訊產(chǎn)品。

以低功率，即1W"3W的多媒體功率放大器而言，在播放內(nèi)容以音樂(lè)為主的狀況下，AB類功率放大器與D類功率放大器的功率效率各約為15%及75%。由下表可知在播放1Watt音樂(lè)的狀況下，AB類功率放大器需要消耗6.7Watts的功率，但D類功率放大器在同樣的播放條件下只消耗1.33Watts。因此，使用D類功率放大器可延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間達(dá)5倍(6.7Watts/1.33Watts)。低功率的使用除了手機(jī)，DVD、MP3及PMP之外還有一些流行產(chǎn)品如iPod docking、手機(jī)docking、iPhone及數(shù)字相框。

以中功率，即10W"30W的LCD TV功率放大器而言，在播放內(nèi)容以語(yǔ)音為主的狀況下，AB類功率放大器與D類功率放大器的功率效率各約為25%及80%。由下表的算式可知在播放10Watts語(yǔ)音的狀況下，AB類功率放大器需要消耗40Watts的功率，但D類功率放大器在同樣的條件下播放只消耗12.5Watts。因此，使用D類功率放大器可降低LCD TV電源供應(yīng)器的成本將近3倍(40Watts/12.5Watts)，且D類功率放大器所產(chǎn)生的2.5W的熱可由一般功率封裝及PCB設(shè)計(jì)即可處理。

功率放大器在LCD TV/Monitor的應(yīng)用約可分為三個(gè)等級(jí): 2.5W×2，6W×2及15W/20W×2。2.5W×2大多用在12英寸以下的LCD TV/Monitor；而31英寸以上則用15W/20W×2；中間尺寸的LCD TV/Monitor則大多使用6W×2。但廠商為了規(guī)格競(jìng)爭(zhēng)常會(huì)升級(jí)規(guī)格，另有些娛樂(lè)或廣告應(yīng)用亦有以較大的功率放大器配合小尺寸LCD TV/Monitor。

一般廠商在計(jì)算功率時(shí)并不以聲音內(nèi)容做標(biāo)準(zhǔn)，而延用傳統(tǒng)的弦波訊號(hào)當(dāng)輸入。如以弦波訊號(hào)而言AB類功率放大器與D類功率放大器的功率效率各約為45%及80%。如果以15W×2來(lái)計(jì)算D類功率放大器的總供應(yīng)功率約為30W/80%=37.5W，AB類功率放大器的總供應(yīng)功率約為30W/45%=66.7W，所以使用D類功率放大器可節(jié)省將近30W的功率。由于功率放大器的電源由電源器件所提供，因此電源器件的成本將可以大大降低。我們初步計(jì)算如下：電源器件的成本約為每一瓦0.1美金，以這案例而言電源器件的成本可節(jié)省0.1美金×30=$3美金。故以BOM表成本而言D類功率放大器可節(jié)省總成本，這還不包括電源器件及功率放大器散熱的處理成本及散熱空間的需求。

各種D類音頻放大器的市場(chǎng)前景探測(cè)

過(guò)去數(shù)年來(lái)D類功率放大器的市場(chǎng)以曲線成長(zhǎng)，其將逐漸取代AB類功率放大器并在新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)取得優(yōu)勢(shì)。據(jù)第三方數(shù)據(jù)顯示，全球D類放器的營(yíng)收將從2006年的4千萬(wàn)美元上升到2008年的12億美元。

D類功率放大器急于攻占的市場(chǎng)以低功率而言在手機(jī)相關(guān)產(chǎn)品；對(duì)中功率而言則在于LCD TV。全球手機(jī)及LCD TV的出貨量仍在快速成長(zhǎng)中，D類功率放大器將隨著此兩大類產(chǎn)品而成長(zhǎng)。

低功率D類數(shù)字功率放大器由于高效率或低耗電的特性其在各種可攜式產(chǎn)品的應(yīng)用逐漸普及，此外中功率D類數(shù)字功率放大器由于免用散熱片及考慮電源供應(yīng)器的成本，其在LCD TV等薄型電視市場(chǎng)必將逐漸增加。

高功率，即100W"200W的D類數(shù)字功率放大器在汽車音響亦將占有一席之地，在此高功率之下D類功率放大器仍免不了使用散熱片，但散熱面積與散熱量比AB類功率放大器所需的要小，由于高效率的原因，D類功率放大器可以在不啟動(dòng)汽車引擎的狀況下有較長(zhǎng)的使用時(shí)間而不消耗太多電瓶(Battery)的電量。
D類面臨的挑戰(zhàn)

D類功率放大器在設(shè)計(jì)上必須要注意的包括過(guò)電流保護(hù)及過(guò)熱保護(hù)，此二保護(hù)電路為功率IC或功率放大器所必備，否則將造成安全問(wèn)題，甚至傷及其所連接之電源器件或整個(gè)系統(tǒng)。過(guò)電流保護(hù)或短路保護(hù)的簡(jiǎn)單測(cè)試方式乃將任一輸出端與電源端(Vcc)或地端(Ground)短路，在此狀況下短路保護(hù)電路將被啟動(dòng)而將輸出晶體管關(guān)掉，此時(shí)將沒(méi)有訊號(hào)驅(qū)動(dòng)喇叭而沒(méi)有聲音輸出。由于輸出短路是屬于一種嚴(yán)重的異?，F(xiàn)象，在短路之后要回到正常的操作狀態(tài)必需重置(Reset)放大器，有些IC則可在某一延遲(Delay)時(shí)間后自動(dòng)恢復(fù)。詳閱各IC的datasheet 即可得知各家各產(chǎn)品不同的作法。至于過(guò)熱保護(hù)，其保護(hù)溫度通常設(shè)定在150℃"160℃，過(guò)熱后IC自動(dòng)關(guān)掉輸出晶體管而不再送出訊號(hào)，待溫度下降20℃或30℃之后自動(dòng)回復(fù)到正常操作狀態(tài)。

另外D類功率放大器必須要解決AB類功率放大器所沒(méi)有的EMI電磁干擾，電磁干擾是由于D類功率放大器之功率晶體管以開關(guān)方式操作，在高速開關(guān)及大電流的狀況下所產(chǎn)生。在大多數(shù)的市場(chǎng)要求下此項(xiàng)EMI干擾必須通過(guò)FCC等電磁干擾的規(guī)范，解決的方案是使用LC濾波器或磁珠(bead)濾波器以過(guò)濾其高頻諧波。在此規(guī)范下EMI成為D類一個(gè)進(jìn)入門坎之一，中高功率的D類功率放大器因?yàn)镋MI太強(qiáng)目前采用LC濾波器來(lái)解決，小功率則用Bead處理即可，但通常還要配合PCB layout及零件的擺設(shè)位置。

比如，采用D類放大器后，D類放大器接揚(yáng)聲器的線路不能太長(zhǎng)，這會(huì)相當(dāng)于外接了一個(gè)天線。一些公司的D類放大器僅可支持2cm，做得好的D類放大器則可支持到10cm，比如TI的D類放大器。

目前，市場(chǎng)上有些PDA和智能手機(jī)的做法是采用兩個(gè)單聲道的D類，這樣設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單一些，而采用立體聲D類設(shè)計(jì)更因難，這也是后者為什么銷售狀況不是很好的主要原因。

D類功率放大器的高效率效應(yīng)除了節(jié)省電源件器的成本以外亦節(jié)省電源的浪費(fèi)或電池的消耗，優(yōu)化了整個(gè)材料系統(tǒng)及使用環(huán)境。尤其歐美國(guó)家特別重視綠色環(huán)保，就如同高功因控制器(PFC)一樣，D類功率放大器有可能成為一種訴求。雖然目前D類放器的價(jià)格比AB類要高出近50%多，但是，隨著D類產(chǎn)品的上量，價(jià)格差別會(huì)逐漸消除。

震一科技(TaiMEC)目前的D類功率放大器由TMPA2155DS的2.5W×2到TMPA420DS 15W×2，涵蓋目前從手機(jī)到LCD TV/Monitor的需求。部分低功率放大器如TMPA208DS及TMPA218DS并加上音量控制的功能，另還有單芯片2.1聲道如TMPA421DS 6Wx2+15W以方便使用及降低成本。