CS44800/44600數(shù)字D類PWM放大器中使用的電源抑制反饋分析

本應(yīng)用筆記介紹了CS44800 / 44600數(shù)字D類PWM放大器中使用的電源抑制反饋的性能，以及其反饋測量過程，例如電源抑制性能測試以及反饋性能與頻率的關(guān)系。本文檔還介紹了電源，以說明即使電源電壓下降，PSR反饋也將如何保持放大的音頻電平。

由于尚未開發(fā)出任何機(jī)制來提供實時反饋以抑制電源產(chǎn)生的不想要的音調(diào)（波紋）或由于噪聲耦合到電源軌上的噪聲，因此，當(dāng)前大多數(shù)可用的數(shù)字D類放大器被稱為“開環(huán)”系統(tǒng)。流過大型去耦電容器的紋波電流。由于功率MOSFET的高壓側(cè)直接連接到電源軌，因此電源軌上產(chǎn)生的所有音調(diào)和相關(guān)的諧波都耦合到音頻放大器通道的輸出上。

現(xiàn)在可以降低電源成本，并使用其他電源技術(shù)。“開環(huán)”數(shù)字D類PWM放大器禁止使用傳統(tǒng)的低成本，可靠和低EMI輻射噪聲的非穩(wěn)壓線性電源。針對當(dāng)前市場上D類放大器系統(tǒng)的已發(fā)布應(yīng)用筆記，建議結(jié)合使用大型，昂貴的低ESR電解電容器，使用開關(guān)模式電源，該模式具有非常低的輸出電壓紋波和針對負(fù)載和線路變化的嚴(yán)格調(diào)節(jié)能力。CS44800 / 44600 PSR電路消除了這些依賴性，并允許使用廉價的電源替代方案。

PSR反饋測量程序

電源抑制性能測試

以下用于性能測量圖的測試平臺包括CDB44800（半橋通道），Vpower = +40 V，電阻負(fù)載為6Ω。將輸入音頻流的通道A設(shè)置為開發(fā)板上的通道3，并將通道B設(shè)置為通道8。

1.使用非穩(wěn)壓電源（如果有）。可以使用任何類型的電源來查看PSR抑制，但是，通過輕度調(diào)節(jié)的電源比通過高度調(diào)節(jié)的電源可以更清楚地看到由于PSR反饋而導(dǎo)致的實際抑制量。

2.將被測板設(shè)置為具有6Ω電阻負(fù)載的2通道操作，并執(zhí)行適當(dāng)?shù)哪_本文件，以便從板播放放大的音頻并進(jìn)行PSR校準(zhǔn)。

3.使用數(shù)字音頻源（例如Audio Precision），將通道A設(shè)置為-1 – dBFS，1 kHz正弦波，將通道B設(shè)置為0 dB，60 Hz正弦波。通道B用于模擬廉價，調(diào)節(jié)不良的電源產(chǎn)生的諧波。通道B的60 Hz開關(guān)輸入將在軌上產(chǎn)生相應(yīng)的紋波電壓，該紋波電壓將耦合到被測通道，在這種情況下為通道A。

4.在僅打開通道A PWM輸出的情況下，使用模擬分析儀（例如Audio Precision），對通道A進(jìn)行幅度與頻率的FFT。1 kHz音調(diào)應(yīng)具有-1 dBFS的幅度。圖1顯示了僅啟用一個通道A作為基線的結(jié)果。

[通道A = 1 kHz，-1 dBFS，通道B =禁用，PSR反饋禁用]

5.接通通道B的PWM輸出，并進(jìn)行通道A的幅度與頻率的FFT。1 kHz音調(diào)應(yīng)具有-1 dBFS的振幅（帶有調(diào)制的側(cè)音）以及60 Hz的音調(diào)和相關(guān)諧波。圖2顯示了通道A和通道B的PWM輸出使能的通道A的FFT。原始的1 kHz音調(diào)顯示為-1 dBFS，而來自通道B的耦合60 Hz音調(diào)顯示為-50 dBFS。在通道B的MOSFET器件上播放的滿量程60 Hz音調(diào)會在電源電壓軌上產(chǎn)生相關(guān)的60 Hz紋波電流。該紋波電流以及電容器的等效串聯(lián)電阻（ESR）會在電源軌上產(chǎn)生離散的音調(diào)。由于系統(tǒng)非線性，請注意在120 Hz，180 Hz，240 Hz，300 Hz等頻率下的2、3、4、5等諧波。由于功率MOSFET以384 kHz的頻率開關(guān)將所有這些音調(diào)調(diào)制到通道A的音頻輸出上，因此這些離散的音調(diào)也將被調(diào)制，這些音調(diào)在1 kHz音調(diào)的每一側(cè)均顯示為對稱，等距的音調(diào)。使用標(biāo)準(zhǔn)的FM調(diào)制公式可輕松計算出每個調(diào)制音調(diào)的幅度和頻率。

FFT幅度與頻率的關(guān)系

[通道A = 1 kHz，-1 dBFS，通道B = 60 Hz 0 dBFS，禁用PSR反饋]

6.啟用PSR反饋（將寄存器34h中的CS44800 / 44600位5設(shè)置為1b）。在通道A的輸出上執(zhí)行幅度與頻率的FFT。1 kHz音調(diào)的振幅應(yīng)為-1 dBFS，但是60 Hz音調(diào)和調(diào)制側(cè)音的振幅將大大降低。圖3展示了同時啟用通道和啟用PSR反饋的結(jié)果。

FFT幅度與頻率的關(guān)系

[通道A = 1 kHz，-1 dBFS，通道B = 60 Hz，0 dBFS，啟用了PSR反饋]

圖4將圖2和圖3的結(jié)果顯示為覆蓋圖。

FFT幅度與頻率的關(guān)系

[圖2和3疊加圖]

7.為了顯示此噪聲調(diào)制對低電平音頻信號的影響，請將通道A上1 kHz音調(diào)的幅度設(shè)置為-60 dBFS。通道B保持60 Hz，0 dBfs信號。圖5顯示了與上述相同的測試。藍(lán)色跡線是關(guān)閉PSR時通道A輸出的FFT。品紅色軌跡表示啟用了PSR反饋的通道A的輸出。

FFT幅度與頻率的關(guān)系

[通道A = 1 kHz，-60 dBFS，通道B = 60 Hz，0 dBFS，啟用/禁用PSR反饋]

PSR反饋性能與頻率

圖6中的下圖顯示了PSR反饋將提供的抑制量與電源噪聲的頻率（通常在低頻范圍內(nèi)）之間的關(guān)系。通道B的頻率在20 Hz至20 kHz之間變化，該頻率在被測通道（通道A）上引起紋波電壓。該圖表示從電源軌到通道A的耦合噪聲的幅度與耦合噪聲的頻率之間的關(guān)系。

禁用PSR與啟用PSR

[通道A =“開”，但已靜音（零數(shù)據(jù)），以0 dBFS掃描通道B頻率”

電源壓降測試

為了演示PSR反饋如何補償電源軌中的下垂，請使用CDB44800執(zhí)行以下操作：

使用以上設(shè)置，校準(zhǔn)并啟用PSR，并將Vpower設(shè)置為+40 V，播放1 kHz音調(diào)，其峰峰值幅度約為10 V（或所需的任何幅度）。使用示波器的一個通道監(jiān)視通道A的正弦波輸出。使用示波器的另一通道監(jiān)視Vpower上的DC電壓。

使Vpower降低至+30V。即使Vpower電源將從+40 V降至+30 V，從通道A輸出的正弦波的峰峰值也將保持恒定。

該測試顯示了即使電源電壓下降，PSR反饋也將如何保持放大的音頻電平（播放低頻音頻時很常見）。播放滿量程信號時，最大電壓軌下垂補償量限制為標(biāo)稱電壓軌的10％。隨著正在播放的信號幅度減小，可以補償電壓軌中的更多下垂。

編輯：hfy