關于開環閉環D類放大器

PSRR：關于開環閉環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異測量方法。但是，由于出現了越來越多的D類放大器，以及其擁有的效率優勢，僅僅依靠PSRR作為電源噪聲抑制性能的指示器已經遠遠不夠了。相比開環閉環數字輸入I2S放大器的PSRR規范，這一情況愈加明顯。很多時候，PSRR規范是一樣的，但當監聽低于理想電源的放大器時，很明顯會存在音頻性能差異。本文縱覽了傳統的PSRR測量方法，并解釋了其不能完全捕獲橋接式負載(BTL)結構中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類放大器統治消費類音頻電子設備的時代。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輸出結構中。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結構更多地用于那些沒有分裂軌電源的音頻系統中。不管是SE還是BTL結構，AB類放大器本身都擁有良好的PSRR，這是因為其基本架構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結構而言，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討論)。我們將時間向前推，便會發現D類放大器在當時的市場上風靡一時。它們以極高效率的運行改變了市場形態，從而在工業設計中實現了相當大的創新，特別是在更小的尺寸方面。但是，相比AB類放大器，它們的架構都存在根本的不同，同時它們的輸出結構選擇幾乎只有BTL。

　　在BTL結構中，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SED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結構，BTL輸出結構擁有諸多優勢，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，以及卓越的開/關咔嗒和噼噗聲性能。BTL架構存在的一些缺點是您需要兩倍數目的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，但大多數還是BTL。

　　在D類BTL結構中，傳統的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類放大器為開關放大器，其輸出在極高的頻率下(通常為250kHz或者更高)進行軌至軌切換。音頻信號用于脈寬調制(PWM)該開關頻率(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。這些開關架構均極為高效(在一些開關式電源中也采用相同結構)，但是相比傳統的AB類放大器它們對電源噪聲更為敏感。仔細思考一下就不難發現：放大器的輸出實質上就是電源軌(脈寬調制)，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)性能好壞的度量標準。在選擇音頻放大器時它是一個重要的參數，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。在消費類電子產品市場上，電源成本、尺寸和重量都是重要的設計考慮因素，特別是在產品尺寸不斷縮小、價格迅速下跌以及便攜式設計日益普遍的情況下。

　　傳統的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)。然后，測量輸出信號，并使用方程式1計算得到PSRR：

　　但這種傳統PSRR測量方法使電源噪聲明顯存在于輸出端上，重建濾波器以前和以后均存在。PSRR測量方法并不能給我們任何表示。PSRR測量方法失效的原因是測量期間輸入AC接地。在現實情況中，放大器將播放音樂，這就是事情開始變得有趣的地方。