基于Xilinx Zynq SoC器件的D類音頻功率放大器系統(tǒng)設(shè)計

音頻放大器的目的是以要求的音量和功率水平在發(fā)聲輸出元件上重新產(chǎn)生真實、高效和低失真的輸入音頻信號，音頻頻率范圍約為20Hz~20KHz，因此放大器必須在此頻率范圍內(nèi)具有良好的頻率響應(yīng)，輸出功率能力根據(jù)應(yīng)用情況變化范圍很寬，從數(shù)毫瓦（mW）的耳機，幾瓦（W）的電視（TV）或個人計算機（PC）音頻。D類音頻放大器首次誕生于1958年，是指通過控制開關(guān)單元ON/OFF的方式來驅(qū)動揚聲器的放大器。

之前產(chǎn)生過A類和B類音頻放大器，但是都各有缺陷，比如A類音頻功率放大器雖然聲音清新透明，具有較高的保真度，但是功放效率低，損耗大；B類音頻功率放大器雖然在A類的基礎(chǔ)上效率有所提升，但是也僅為實際效率的50%左右。D類功放是放大元件處于開關(guān)工作狀態(tài)的一種放大模式。無信號輸入時放大器處于截止?fàn)顟B(tài)，不耗電。因此D類音頻功率放大器功率損耗小，效率高，下面是D類音頻放大器的詳細介紹：

來自英國的Converter科技公司啟動了一項基于Xilinx Zynq SoC器件的D類音頻功率放大器系統(tǒng)，目前已經(jīng)完成原型系統(tǒng)的設(shè)計，他們啟動這個項目的一個關(guān)鍵因素就是優(yōu)化音頻失真問題，這主要是由于PWM信號的時序錯誤和線性度不精確造成的，也就是說目前普遍采用的微控制器軟件來實現(xiàn)PWM轉(zhuǎn)換操作效率不高，會導(dǎo)致各種異常問題的出現(xiàn)，如果采用硬件方式實現(xiàn)，即Xilinx Zynq SoC的可編程邏輯資源則會帶來很大的優(yōu)化提升。

圖1：Converter公司設(shè)計的基于MicroZed SoM的D類音頻功率放大器系統(tǒng)原型

這個原型系統(tǒng)主要包括如下兩部分：

GaN（Gallium-Nitride，氮化鎵）功率晶體管器件用于輸出級，這個模塊應(yīng)該具有高效率的切換效率以及較低的空載時間，功率信號的輸出具備非常高的線性度

Xilinx Zynq SoC模塊，這部分是整個原型系統(tǒng)的核心，我們可以利用它的豐富資源來設(shè)計開發(fā)各種調(diào)制方案來測試線性度、噪聲和效率之間的關(guān)系?？梢岳肸ynq 的FPGA資源實現(xiàn)快速噪聲整形算法，同時ARM處理器也可以進行一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)的處理操作。

圖2：基于Xilinx Zynq SoC的MicroZed SoM模塊

MicroZed SoM是Xilinx合作伙伴安富利公司設(shè)計推出的基于Zynq SoC器件的開發(fā)套件，采用的Zynq型號涉及7010、7020和7030，包括豐富的外設(shè)接口以及100個用戶自定義I/O接口，具有無與倫比的系統(tǒng)性能、靈活性和可擴展性。