好不容易到一篇有关数字放大器的文章，虽然不是很全，但喜欢的也可以来探究探究 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 数字音频功率放大器的技术与现状 一、前言 功率放大器通常根据其工作状态分为五类。即A类、AB类、B类、C类、D类。在音频功放领域中，前四类均可直接采用模拟音频信号直接输入，放大后将此信号用以推动扬声器发声。D类放大器比较特殊，它只有两种状态，不是通就是断。因此，它不能直接输入模拟音频信号，而是需要某种变换后再放大。人们把此种具有"开关"方式的放大，称为"数字放大器"。 国外在数字音频功率放大器领域进行了二、三十年的研究，六十年代中期，日本研制出8bit数字音频功率放大器。1983年，M.B.Sandler等学者提出D类（数字）PCM功率放大器的基本结构。主要是围绕如何将PCM信号转化为PWM信号。把信号的幅度信号用不同的脉冲宽 度来表示。此后，研究的焦点是降低其时钟频率，提高音质。随着数字信号处理（DSP）技术和新型功率器件及应用的发展，开发实用化的16位数字音频功放成为可能。
一个音响系统必须具备音源、功放和音箱三大部分。音源部分目前已数字化了，如CD、VCD、DVD、DAB和数字电视等。但 的功放和音箱仍然是模拟统治的天下。在人们进入数字化、信息化的开发过程中自然想到了功放的数字化这一问题。
模拟功放始终无法解决效率、成本、音质这三者之间的矛盾。
国内市场开始出现AV数码功放，但所谓的数字功放实质上仅仅是指音频处理部分采用了数字处理，其功率放大器 则仍然采用模拟放大，这与真正意义的数字功放相差甚远。
音响产品的数字化是必然趋势。由于数字功放有很多优点，如体积小、功率大、 高、与数字音源的无缝结合、能有效降低信号间传递干扰、实现高保真等。在数字音源已经大量普及的时代，数字功放将会取代现有的模拟功放。
二、数字功放的特点
数字功放在功能模块上可分为：信号输入、信号处理、功率放大、输出部分。
若从信号输入到整个功率转换均是在数字方式下进行，没有模拟音频信号出现，则称为全数字功放（或纯数字功放）。
数字功放与模拟功放相比有如下一些明显优势：
·整个频段内无相对相移，声场定位准确:由于采用无负反馈的放大电路、数字滤波器等处理技术，可以将输出滤波器的截止频率设计得较高，从而保证在20Hz-20kHz内得到平坦的幅频特性和很好的相频特性。
·瞬态相应好，即"动态特性"好:由于它不需传统功放的静态电流消耗，所有能量几乎都是为音频输出而储备，加之无模拟放大、无负反馈的牵制，故具有更好的"动力"特征。
·
无过零失真:传统功放都在由于对管配对及各级调整不佳产生的过铃、交越失真。
·效率高、可靠性高、体积小:理论上D类功放的效率可达100%，而B类放大器效率仅为78%（理论值），A类功放的效率就非常低。可靠性知识告诉我们：半导体器件的温度每升高10C，失真率就提高一倍。
·适合于大批量生产:产品的一致性好，生产中无需调试，只保证元器件正确安装即可。
三、DPA功放的工作原理
DPA--即数字脉冲功率转换器，是采用数字处理、量化、编码等手段，以时钟倍数的脉冲宽度来描述音频信号，实现数字化的功率转换。
图1为DPA数字脉冲音频功转换器的电路方框图。从图可见，音频数据通过DSP编码后，直接控制场效应开关网络的工作状态。场效应管驱动器来缓冲DSP，使之驱动大功率FET。由于高电平脉冲信息只有微分分量，故利用Σ变换后才能得到大功率原始音频信息。
以下用数学和物理阐述DPA的工作原理。如图2为两个相邻采样点n和n+1的样值An和An+1，中间点a1、a2、a3、a4……为超取样点。超取样点曲数字滤波器计算产生出来，字后，所有采样点包括超取样点所构成的音频信号是比较平滑的，如图2曲线所示。
在信号处理系统中，首先建立一组不同脉宽脉冲单元，它的脉宽虽各不相同，但其宽度是始终固定的，都是系统时钟的倍数。如果将此量化系统比喻成"天平"，那么可以将这些脉冲比喻成"天平"的一组"砝码"。现在来看DPA处理电路是如何对超取样点进行差值编码的。如图2，第一个超取样点a1与前值An的差为AX1即a1-An=数字家庭影院△X1，得到△X1。即用前述脉冲"砝码"去度量它，仅用一个脉冲宽度，余数进行记帐处理，留到下次度量，如余数为△X1。紧接着要传送的第二个差值编码为a2-a1=△X2，由于上次并未传够△X1，还余有△△X1，故这次应传△X2+△△X1，同样的方法用一个相近的脉冲去度量，余数记账，留到下次累计。可以看出，用"砝码"称量后的余数并未丢失，而是被累计在相邻的超取样点上，也就是说，如果站在音频信息的角度去看，An，a1，a2，a3……An+1曲线下方的面积与原值是相等的。所不同的是曲线An，a1，a2，a3……An+1上增加了以△△X1，△△X2……△△Xn幅度上
下波动的噪声，这种噪声是由于△X1与"砝码"不等所造成的。噪声分量不大，频率也很高，但若不对其事先进行数字处理，就会在末级被带进音频信息中。因此，必须事先让噪声的频谱全部处在音频带外。 图3为多脉宽脉冲差值编码的电路模型： 在图3A中Z-1为延时一个采样周期。Y1=X（1-Z-1）就是说将输入数据X和它的上下周期之值相减就得到差值Y1。在后级的多△量化电路中，差值Y1被送到减法器输入口，假设上一个周期多△量化器剩余数为零，即正好等于某个△值，那么此时，Z-1=0，输入口减法器就让输入信号Y1直通输入，但Z-1≠0时，剩余的bit 就在输入口与输入信号相减。这里用相减而不用相加是为了防止数字自激振荡。 图3A仅仅中一个原始电路模型，实际电路还应该加上噪声整形电路，若直接使用图3A电路，那么在整个频带将充满均匀和量化（背景）噪声。 图3B为使用了噪声整形的电路模型：
这是一个一次噪声整形电路，在采样频率、量化位数确定的情况，噪声整形次数直接影响S/N值。在数字功放中采用多次噪声整形是必要的。
图3C是二次噪声整形电路：
二次噪声整形电路与一次噪声整形不同的是环内多了一个积分器。若想将一次和二次噪声整形电路级联得到三次噪声整形，那么电路极易产生自激振荡。因此，为得到更高次噪声整形，就必须对量化误差进行噪声整形。如图3D：
由上图可以看出，量化噪声会进一步减小，它是一次量化误差的二次量化噪声的三阶微分值。Y1的主要量化噪声已被其反相失真成分抵消。
四、技术展望
21世纪将是数字化、信息化的时代，全新的技术体制将会引发全新的技术产业革命。格式，
然后到目前最新提出的SACD格式更是层出不穷，从MPEG-1到MPEG-2，从数字杜比（AC-3）到DTS等。数字功放更是国际上各大厂商关注的焦点。据了解，全球最大的视听设备制造商SONY公司最近准备推出它的数字功放产品，就连非常著名的日本汽车音响制造商（Alpine）也将推出数字功放（这两家均采用美国Tripath的芯片）。在数字信号处理方面极具实力的德州器公司（TI），2000年3月16日宣布成立自己的数字功放事业部，致力发展采用数字技术把高保真音质带入各种类型的音频设备中。因此，数字功放的春天即将到来，而且，在这场数字功放技术竞争中，唯有不断创新才能保持技术的领先地位。
数字音频功放不仅仅能应用在家庭影院系统、高保真重放系统，同时也可将该技术应用到特别需要省电、体积小的地方，如数字电视、汽车音响功放、便携听音设备，甚至是移动电话等设备。应该说该项技术的应用十分广泛，既可用来做上千瓦功率输出的专业功放，也可以是用来做几十毫瓦的便携机。 数字音频功放是全新一代的音频功放，是模拟功放发展的必然趋势和取代者。作为一种全新的技术，其市场的推广需要一段培育过程。以下这几个方面是该数字音频技术的关键技术和突破口：
◆ 数字音频功放技术的体制和标准。它的制定在一定程度上起到了保护民族工业的兴起，
保护国内市场的占有率，保证自己的专利技术。
◆ 数字音频功放（DPA）技术及ASIC技术，特别是ASIC，如果不能开发自己的专用芯片（通用芯片除外），就不能有自己的专利技术和产业基础。
◆ 技术本身可在不同的领域内使用。
特别需要省电的便携设备使用；
应用范围极为广泛的电视、收音机等一般音频重放设备使用。
Hi-Fi和家庭影院等要求高的场合使用。
◆ 高效、音质好、成本低是数字功放发展的方向。
◆ 模块化的功放单元开发，是决定数字功放命运的关键（质量、成本因素）
◆ 开发适合于DVD-Audio和SACD指标的数字功放。
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