一種基于D類音頻放大器的輸出濾波器的設計與實現

　在便攜式及小型化消費類產品中，D類音頻功率放大器的應用已非常普遍。本文介紹了D類音頻放大器的輸出低通濾波器的設計原理，給出了濾波器中電感和電容值的計算方法和選擇時的考慮因素。本文還以美國國家半導體的。

　　圖1：單片D類音頻放大器的組成。

　　目前，在大多數便攜式及小型化消費類產品，如MP3、便攜式DVD和平板顯示器等中，開關模式（D類）音頻功率放大器的應用已很普遍。由于D類放大器的功耗較低，因此能夠實現較高的效率。它延長了便攜式設備的電池使用壽命，并能夠減小散熱器的尺寸和PCB的面積，從而節省了系統成本。所以，許多大型平板顯示器和消費類音頻產品都更愿意采用此類放大器。

　　不過，D類放大器，是通過控制開關單元的ON/OFF，驅動揚聲器的放大器。D類放大器首次提出于1958年，近些年已逐漸流行起來。D類放大器在過去的幾代產品中，已經得到了巨大的發展，系統設計者極大地改善了系統的耐用性，并提高了其音頻質量。

　　在D類調制器中，通過將音頻信號與高頻固定頻率信號比較，并將結果在固定頻率的載波上調制，數字音頻信號被轉換成了PWM信號。形成的信號是可變脈寬的固定載波頻率（通常在幾百kHz），然后由高壓功率MOSFET對這些PWM信號進行放大，放 大后的PWM信號再通過低通濾波器去掉載頻，恢復出原始基帶音頻信號。

　　雖然這種拓撲結構很有效，但它也導致一些不希望的后果，如大量的輻射EMI。由于調制器采用固定頻率載波，因此將產生基載波的多次諧波輻射。而且，由于PWM信號自身的開關特性，過沖/下沖和振鈴將產生固定比率的高頻（10～100MHz的范圍）輻射EMI。為了壓制輻射EMI，最新一代PWM調制器發展的趨勢是采用擴展頻譜調制技術。

　　擴展頻譜調制技術用于在更大的帶寬內擴展開關PWM信號的頻譜能量，而不改變原始音頻的內容。一個改進傳統調制器高輻射EMI的有效方法是改變PWM開關信號的兩個邊沿，如圖1所示。信號以載波頻率為中心，但任何一個邊沿都不是按周期重復的。這不僅維持了固定載波頻率，而且由于邊沿不是以固定比率跳變的，載波頻率上的輻射能量就得到了極大的降低。

　　由于我們需要從數字化或調制信號來恢復所需的真實音頻信號（音樂），因而必需采用一個輸出低通濾波器來濾除高頻分量，以再生與人類聽覺系統相匹配的真實模擬信號。

　　這里，我們將闡述一些有關輸出低通濾波設計的考慮因素和建議。

　　圖2：BTL半電路模型。

　　D類放大器：單片式D類音頻放大器包括模擬音頻輸入、調制器、功率晶體管等（見圖1）。