關(guān)于開環(huán)閉環(huán)D類放大器的探究

PSRR：關(guān)于開環(huán)閉環(huán)D類放大器
　　過去，電源抑制比（PSRR）就已成為一種測量放大器抑制電源輸出噪聲性能的優(yōu)異測量方法。但是，由于出現(xiàn)了越來越多的D類放大器，以及其擁有的效率優(yōu)勢，僅僅依靠PSRR作為電源噪聲抑制性能的指示器已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。相比開環(huán)閉環(huán)數(shù)字輸入I2S放大器的PSRR規(guī)范，這一情況愈加明顯。很多時候，PSRR規(guī)范是一樣的，但當(dāng)監(jiān)聽低于理想電源的放大器時，很明顯會存在音頻性能差異。本文縱覽了傳統(tǒng)的PSRR測量方法，并解釋了其不能完全捕獲橋接式負(fù)載（BTL）結(jié)構(gòu)中D類放大器電源抑制性能的原因，并介紹了一種測量D類放大器中電源噪聲影響大小的替代方法。
　　要想了解PSRR測量方法無法能夠充分地捕獲電源抑制性能的原因，我們需要回顧到AB類放大器統(tǒng)治消費類音頻電子設(shè)備的時代。同今天的情況一樣，AB類放大器一般配置在一個單端（SE）或BTL輸出結(jié)構(gòu)中。實際上，SE AB類放大器擁有分裂軌電源（即±12V）是十分普遍的事，因為電源主要都基于變壓器，而且增加第二個軌的成本也不是特別高。BTL結(jié)構(gòu)更多地用于那些沒有分裂軌電源的音頻系統(tǒng)中。不管是SE還是BTL結(jié)構(gòu)，AB類放大器本身都擁有良好的PSRR，這是因為其基本架構(gòu)以及通常大大低于電源軌電壓的輸出電平。
　　就AB類放大器而言，PSRR測量方法可以相對較好地顯示放大器抑制電源噪聲的性能，而就SE結(jié)構(gòu)而言，就需要特別精確的放大器電源噪聲抑制性能（我們后面再展開詳細(xì)討論）。我們將時間向前推，便會發(fā)現(xiàn)D類放大器在當(dāng)時的市場上風(fēng)靡一時。它們以極高效率的運行改變了市場形態(tài)，從而在工業(yè)設(shè)計中實現(xiàn)了相當(dāng)大的創(chuàng)新，特別是在更小的尺寸方面。但是，相比AB類放大器，它們的架構(gòu)都存在根本的不同，同時它們的輸出結(jié)構(gòu)選擇幾乎只有BTL.
　　在BTL結(jié)構(gòu)中，D類放大器具有兩個輸出級，其由4個FETS組成（也被稱作全橋接）。而SE D類放大器只有一個輸出級，由兩個FETS組成（也被稱作半橋接）。相比SE結(jié)構(gòu)，BTL輸出結(jié)構(gòu)擁有諸多優(yōu)勢，其中包括給定在電源軌情況下的4倍輸出功率，更好的低音響應(yīng)，以及卓越的開/關(guān)咔嗒和噼噗聲性能。BTL架構(gòu)存在的一些缺點是您需要兩倍數(shù)目的FET晶體管。這就意味著更大的硅芯片尺寸和更高的相關(guān)成本，并且重建濾波器（LC濾波器）成本也要翻倍。在今天的市場中，盡管SE和BTLD類放大器都可以看到，但大多數(shù)還是BTL.
　　在D類BTL結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)的PSRR測量方法就無能為力了。要想更好地了解其原因，就需要了解D類放大器的工作原理，以及PSRR是如何測量出來的。D類放大器為開關(guān)放大器，其輸出在極高的頻率下（通常為250kHz或者更高）進(jìn)行軌至軌切換。音頻信號用于脈寬調(diào)制（PWM）該開關(guān)頻率（方波）。然后，重建濾波器（LC濾波器）用于從載波頻率提取音頻信號。這些開關(guān)架構(gòu)均極為高效（在一些開關(guān)式電源中也采用相同結(jié)構(gòu)），但是相比傳統(tǒng)的AB類放大器它們對電源噪聲更為敏感。仔細(xì)思考一下就不難發(fā)現(xiàn)：放大器的輸出實質(zhì)上就是電源軌（脈寬調(diào)制），因此所有電源噪聲都直接被傳遞給了放大器輸出。
　　電源抑制比（PSRR）是一種衡量放大器抑制電源噪聲（即紋波）性能好壞的度量標(biāo)準(zhǔn)。在選擇音頻放大器時它是一個重要的參數(shù)，因為低PSRR的音頻放大器一般要求更高成本的電源和/或大去耦電容。在消費類電子產(chǎn)品市場上，電源成本、尺寸和重量都是重要的設(shè)計考慮因素，特別是在產(chǎn)品尺寸不斷縮小、價格迅速下跌以及便攜式設(shè)計日益普遍的情況下。
　　
　　傳統(tǒng)的PSRR測量方法中，放大器的電源電壓由一個DC電壓和一個AC紋波信號（Vripple）組成。音頻輸入為AC接地，因此在測量時沒有音頻信號。所有電源電壓去耦電容都被去掉，以使Vripple不受人為衰減（請參見圖1）。