集成音頻放大器DSP如何提高音頻放大器的效率

您是否曾認(rèn)為音頻放大器中的集成數(shù)字信號處理器(DSP)僅用于數(shù)字濾波器、均衡或音頻混合？現(xiàn)實情況是，現(xiàn)代音頻放大器中集成的DSP可以帶來更多好處，包括提高放大器和音頻系統(tǒng)的效率。

電池供電的揚聲器仍然是超級便捷的音頻播放方法之一，適用于室內(nèi)、室外或其他任何播放音樂的場合。在本文中，我將討論具有集成DSP的音頻放大器是如何提高揚聲器的效率并延長其運行時間的。

“電池可以持續(xù)多久呢？”

顯然，消費者希望便攜式揚聲器能夠更持久地播放自己喜歡的播放列表或播客，并且所需的充電時間更短。揚聲器生產(chǎn)公司已經(jīng)注意到這一點，有時甚至在零售包裝上列出了揚聲器的播放時間。

如果電池壽命對于便攜式揚聲器而言如此重要，那么您應(yīng)該選擇容量更大的電池，對吧？對于某些設(shè)計是這樣的，但對于緊湊型揚聲器而言，根本沒有足夠的空間?；蛘?，額外的電池容量可能會大幅增加系統(tǒng)成本。

在無法靈活增加電池容量的情況下，設(shè)計人員面臨的問題就變?yōu)椤叭绾斡萌萘肯嗤碾姵貙崿F(xiàn)更長的播放時間呢？”答案是提高效率。對于音頻應(yīng)用，中高功率（假設(shè)大于10W）的更高效放大器仍然是D類放大器，其理論效率為100%（實際大于90%）。

盡管大于90%的效率是基準(zhǔn)，但這通常是在實驗室使用恒定的輸入信號和輸出功率測量得到的結(jié)果。實際上，對于典型的音頻片段或歌曲，測得的放大器效率會根據(jù)所提供的輸出功率而不斷變化。這是因為在較低的輸出功率下，功率因放大器金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管中的熱量而損失的比率會增加。為了減小這些沒必要的損耗，最簡單的解決方案是降低電源的電壓。對于音頻，設(shè)計人員可能不愿意這樣做，因為降低電源電壓可能會降低系統(tǒng)提供更高輸出功率的能力，尤其是在更高動態(tài)范圍內(nèi)提供峰值功率的能力。

中高功率揚聲器的電池壽命解決方案

為了在不影響輸出功率的情況下提高效率，TI推出了在DSP中采用Hybrid-Pro算法的TAS5825P D類音頻放大器，該放大器通過連續(xù)分析輸入的音頻信號并向外部直流/直流轉(zhuǎn)換器提供脈寬調(diào)制反饋，可提高系統(tǒng)效率并降低沒必要的損耗。利用反饋，直流/直流轉(zhuǎn)換器可在音頻峰值需要時增大電源電壓，并在不需要更高的輸出功率時降低電源電壓。該功能可在低音量播放音頻時降低功耗并提高效率，同時不會限制放大器提供最大輸出功率的能力。圖1顯示了TAS5825P的方框圖。

圖1：TAS5825P方框圖

Hybrid-Pro理念很簡單，它和我們在家中或工作中嘗試節(jié)能的方法是相同的。例如，當(dāng)不使用房間中的電燈時，您會將其關(guān)閉以減少電費。不過，對于音頻放大器，您不希望只是關(guān)閉音樂！為了進行更精確的比較，請將Hybrid-Pro視為一個自動調(diào)光器。光傳感器并不關(guān)閉電燈（音頻放大器），而是自動將電燈調(diào)暗，使其恰好達到當(dāng)時需要的亮度（放大器的電源電壓）。圖2說明了這一概念，其中放大器的電源電壓(PVDD)會隨著所需輸出電壓的增大而增大。

圖2：TAS5825P Hybrid-Pro 包絡(luò)跟蹤

啟用Hybrid-Pro運行測試可使電池供電的揚聲器實現(xiàn)更長的運行時間。與具有固定電壓軌的典型放大器相比，配置為Hybrid-Pro模式的TAS5825P可以將電池壽命延長20%以上。此外，TAS5825P中的可調(diào)音頻先行緩沖器提供了高級電壓軌控制，而沒有音頻削波的風(fēng)險。

盡管DSP過去僅用于均衡和音頻濾波，但在音頻放大器中集成DSP所帶來的好處是空前的。TI具有集成DSP的D類音頻放大器產(chǎn)品系列不斷突破極限，實現(xiàn)更高的系統(tǒng)級效率。

審核編輯：郭婷