数字功放简介 - 图文

基于德仪音频的高保真数字功放

1 引言

音响成为了现代社会中必不可少的物件之一,同时研究音响也已经进入了数字化,只要整个音响系统的心脏-功放,它仍然还在数字化的门外.随着日益现代化的同时,在这里聚集了很大的音响市场,众多知名半导体制造商都将目光聚集在此,研究数字功放. 这里简要介绍数字功放原理与结构,并给出基于TI系列音频IC的高保真数字功放的设计思路与方法.

2 数字功放原理与结构 2.1 数字功放的原理

数字功放的基本原理:使用脉冲信号PWM驱动高速功率开关,其中PWM信号的低频部分包含调制信号.该信号通过一个低通滤波器,可将调制信号重现负载(音箱).本质上与传统模拟功放放大模拟信号的差异在于:数字功放直接对数字音频信号放大,再进行高精度D/A转换,因此效率高达85%;保真度极佳,THD+N(总谐波失真+噪声)低于0.05%. 2.2 数字功放结构

图l为数字功放基本结构,它由PWM调制器、H桥开关放大电路以及低通滤波器组成.PWM调制器将输入的数字音频信号转换成PWM信号,其中∑一△调制方法精度高,稳定性好.H桥开关放大电路则控制直流电源的通断,采用PWM信号电流向负载供电.低通滤波器能滤除开关成分,对输出波形进行平滑处理,从而得到模拟波形的音频信号.

3 TI数字音频系列IC简介

德州仪器公司(TI)长期致力于数字音频产品的研发,并取得突破性的成果.其中以TAS55xx,TAS50xx,TAS30xx,TAS-5lxx系列产品最为成熟,性价比最高.TAS55xx系列是高度集成的数字音频器,内部集成了PWM调制与DSP音效处理功能,内置8个声道,通道THD+N低于O.05%;TAS50xx系列为高精度音频PWM调制器,它只有2个声道,通道THD+N低于0.0l%,保真度极高;TAS30xx系列是专用的数字音频DSP,能实现音量、重低音调节等多种音效:而TAS51xx系列则是专用音频H桥放大电路. 4 数字音频功放设计 4.1 设计方案

这里提供2种设计方案,前者是TAS55xx+TAS51xx,可得到8通道数字功放;后者是TAS50xx+TAS30xx+TAS51xx得到2通道数字功放.因为后者设计方案保真度较高,DSP效果更好,成本更低,且所用器件在国内较易买到,以下详细介绍后一种设计方案.

实际设计采用TAS5015+TAS3002+TAS5100的组合.其中TAS3002自带A/D和D/A转换器,使得系统可接收模拟输入信号,扩展了产品适用范围.

4.2 工作流程

图2给出数字功放的具体工作流程,音源来自两个途径:①通过高品质CD机得到的S/PDIF信号(一种被高端音响商广泛使用的数字音频格式),它通过格式转换器DIRl703转换后进入TAS3002;②模拟信号通过话筒等拾音设备被TAS3002获取.系统内数字音频信号(以SDATA表示)在TAS3002中经DSP音效处理后,进入PWM调制器TAS5015,转换成PWM信号.随后进入TAS5100进行功率放大,经低通滤波器重建模拟信号驱动扬声器.在放大过程中,如果电路出现异常,TAS5100可自动发出报警信号重置系统,也可手动重置,避免事故发生.

4.3 I2S总线