高保真数字功率放大器设计

但是在进入后级功放前，必须又先转换成模拟信号。

然后在后级功放部分放大模拟音频信号，再推动音箱喇叭出声。

至于数字功放，基本的信号处理程序类似模拟功放。

只不过当最初的模拟音频信号转换成数字音频信号后，不需要再转换成模拟信号，直接进入后级功放进行数字放大，然后才转换成模拟信号推动音箱喇叭。

由此可知，数字功放的优点是少了个转换步骤，使失真现象减少。

不过，除非输入解码放大输第页出都是数字电路，否则它只能算是准数字式。

全数字式正如上面所说，真正的数字功放必定是按照全数字方式处理的从机机等数字音源直接输入数字音频信号，经过线性放大处理，输出线性放大的数字音频信号。

在这个过程中，大前提是没有经过任何模数转换器或数模转换器处理，同时应直接驱动音箱喇叭发声。

介绍几种数字音频放大器的主流产品来自丹麦的，是全球首家推出真正数字功放的品牌。

是该公司另款数字功放的升级型号，从外形上看两者极为相似，只不过的控制旋钮设于机身正中间，视觉效果上使机身左右完全对称。

它的面板操作相当简约，左右两个按钮分别选择确定音源，中间的控制旋钮用来调节音量，其余功能则交给遥控器负责。

的核心源自的运算技术，内置取样频率为，将信号转换为更高的信号。

经放大后的信号取样频率为，比快倍，通过与的开关控制电压来直接推动喇叭发声。

整个过程中没有任何模拟放大。

接口方面，备有其他机型较为罕见的端子，可与电脑连接。

原因是它的官方网站经常发布新版本的固件程序供用户下载，目的是升级和增强的功能。

至于音频表现，由于数字功放的音乐还原性高，因此相比起胆机电子管功放而言，的个性较好，所以无论是哪类型的音乐，都能够举重若轻地准确表现出来。

特别是对于那些动态大的音乐，可听出更多的细节。

如能够听出交响乐中的小提琴上的弦乐震动，或国内些录音上的瑕疵等。

技术规格第页输出脉动波纹总动态范围直流输出阻抗输入端子光纤输出端子外形尺寸重量售价约万元人民币欧洲机的设计与日本机是不同的。

是的新款数字式影音接收机，纯银色的机壳，体形与部机相仿，厚度只有。

然而，最吸引人的还是面板上的三只眼睛显示窗口。

打开机身电源后，眼睛泛出阵阵蓝光，而且每只眼睛提示的功能都不同。

左边只显示当前开启的功能模式，中间只显示输入信号类型和环绕声效果类型，右边只则显示输出声道。

不用听声音，单看外形已令人赏心悦目。

作为新代的数字功放，绝不能缺少和等高质的数字视频输出接口，飞利浦内置接口，可以同时输出视频信号和多声道音频信号。

另外，很多朋友对功放和接收机有些混淆，以为是两种不同的器材。

其实它们在功能上几乎是样的，只是接收机增加了收音机功能，飞利浦就是最新的例子。

技术规格每声道输出功率输出声道支持环绕声效果标准Ⅱ模拟端子分量视频复合视频第页数字端子同轴光纤外形尺寸重量售价元光看外表，其实很难分辨它是模拟机或数字机，因为身躯确实与纤薄背道而驰。

原因是虽然般数字功放采用高效率的开关电源，使得体积较小，但索尼为获得模拟放大器的音质，而使用了个体积庞大的模拟式环形电源变压器，并且垂直安放，才会增加机身高度。

外形方面，索尼采用般模拟功放的设计，金色机身，面板简约，但打开隐藏的暗门后，排排整齐有序的按钮自会曝光。

这部具有声道输出的数字功放，使用索尼专为数字功放设计连接最大输出功率每通道可最大输出每通道可最大输出第页不桥接以上不桥接可连接最低负载阻抗对电源电压的要求或需人工切换范围内无需切换散热要求由于电源利用率低，发热量大，温升高，必须采用强制冷却由于电源利用率高，机内发热量小，温升低，散热简单可靠性机内温升每提高。

，半导体器件的失效率提高倍机内温升低，因此可靠性系数增大体积和重量大小只有模拟功放的数字音频功率放大器原理及实现基本原理数字功率放大器的主要部分是前端的数字信号处理，以实现把多比特数字信号如编码变换成的脉宽调制信号流输出。

用信号来控制后端的桥功率管的导通和截止，实际上也就实现了对控制信号的能量放大。

放大了的信号流在通过个低阶的无源低通滤波器，滤除高频部分，理论上无失真地还原了模拟音频信号并送扬声器发声。

其整体主流程框图如图所示。

为了将的信号转换成的信号，在理论上调制器在每个变换周期内要执触发。

因此在的取样频率下，量化器的时钟频率达，这对于目前的技术来讲是不实际的。

如果降低传输速率来满足硬件的限制，噪声级又增加了。

为解决这些问题，采用了倍过取样滤波和噪声整形技术，来提高取样频率和降低量化噪声。

倍过取样滤波，噪声整形处理调制输出功率桥无源低通滤波第页图数字功率放大器主流程倍过取样滤波倍过样滤波就是把输入的以地抽样频率的数字信号用倍的频率再抽样。

在两个抽样值之间，插入的个值是按两抽样值计算出来的。

在实际过采样中，还常常先在多比特信号上加入的抖动，再送入量化器量化。

这样可以减少量化噪声和防止空号模式引起的非线性。

当采用调制时，其量化噪声分布在频带内，是取样频率。

现在以过取样，则噪声在频带内扩散，由于其量化噪声总量是保持不变，则单位频带的噪声密度减少了倍。

在低频音频信号内，其噪声总量也就减为原来的。

过采样对噪声的影响见图。

噪声功率图过采样量化噪声分布图通过过取样滤波器后，输出的数字信号频谱以更高的抽样频率为中心，频谱镜像也是出现在过取样频率的整数倍处。

因而基带和阻带的距离变得更远了，个低阶模拟滤波器可以在不导致失真和相移的条件下滤除信号中音频信号的镜像频谱成分。

这样就减少了对模拟滤波器的要求第页噪声整形噪声整形就是对量化噪声在频带内的重新分配以减少基带内噪声，增加高频段噪声。

噪声整形中，量化器之前也常加入抖动，其原理框图如所示。

图噪声整形原理框图在图中，在为加入的抖动。

，分别为输入和输出数字序列。

为反馈传递函数。

通过把量化器前后之差通过传递函数反馈回，从而实现噪声整形的目的。

其变换的系统传递函数可以表示为从式可以看出，通过噪声整形后，对于输入信号没有影响。

而量化噪声却因而改变在整个频率内的分布。

以阶噪声整形为例，取，则相当于对噪声加上阶微分。

则经过微分，噪声频谱并不如图所示均匀分布，而是以倍频程的低频截止滤波器形状呈现，也即是对噪声实现了高通。

这样，可听频带内的噪声被减少，而频带外的噪声增加，使噪声分布状态变形，此为噪声整形的由来。

功率驱动及低通滤波用噪声整形后的信号控制起功率放大作用的桥，来实现对信号的放大。

第页控制桥各个臂的轮流导通及导通时间，受控制的输出电流在经低通滤波后，直接推动扬声器发声。

全数字音频功率放大器的实现数字功放芯片发展现状目前，全数字音频功率放大器芯片的研究及应用，正在国际上全面起步。

流的数字功放芯片有的系列，的系列，的，以及，等公司的相关产品。

每个公司的产品都各有特色。

但其基本原理如上所述。

由于都采用了各自相关的数字信号处理技术，使得用这些芯片做成的数字功率放大器有很高的性能。

公司用这类数字功率放大器制成专业音频功放开始投放于高端音响市场。

业内人士预计年内，全数字音频功率放大器将占音频功放市场的以上。

和套片基于对上面所提数字功率放大器的理解和些详细的考虑。

我们选用公司开发的和设计了款全数字音频功率放大器。

多通道数字音频处理器原理图如图第页图原理框图该处理器除了完成上面提及到的最主要的信号变换过程外，还有输入信号选择增益控制可编程控制控制接口等。

把输入数字信号通过采样频率转换模块转换成固定的提供处理。

处理后输出数字信号供其它设备如其他数字音频信号处理器使用或者是直接通过模块输出双极性编码。

是的全数字高效功率放大器，它用处理后的驱动内部桥，以实现功率放大的目的。

此外，它还具有输出过压保护和温度保护逻辑。

使用和的组合，就可以设计出低功耗小体积保真度高的数字功率放大器。

图是个声道的原理框图。

第页基于此，用片和片就可以组成数字功率放大器。

通过总线，用公司的对整个功放的音量音调输入选择以及复位等进行操作。

控制的可编程数字功率放大器的实现带有个输出接口，还含有个转换端口。

用到其中个分别作为对总音量左中右声道左右环绕和低音音量控制。

图是编程的流程图。

第页图可编程功放编程流程图总线的初始化，是通过软件来实现的。

作为的主设备，为从设备。

在每次通过传输数据之前，先用函数发送从设备地址，然后用写数据到指定芯片的寄存器。

语音信号处理过程的详细分析数字信号处理芯片采用公司的芯片。

其的程序和数据总线，允许时访问程序存储器和数据存储器，适合音频高速计算。

其可以在条指令中，同时执行次读操作和次写操作，且片内有字数据存储器，适合插值滤波计算中大量数据和滤波器系数的存放。

第页算法设计主要采用了多抽样率处理技术。

根据信息编码理论，输出的信息量不大于输入的信息量，反之对频率即，其中为。

为采样频率。

为，是二进制序列的位数，即二进制序列的频率。

根据上式，至少将达到。

多采样率处理首先采用内插使使抽样率增加。

内插过程的输入输出关系式为，当时，变换过程如下图所示图插值频谱变化第页此时的频谱多出了个映像，且频域范围增大倍。

我们必须采用数字滤波器将映像滤除。

可以注意到，其频谱具有定的特殊性。

高频带噪音和低频带信号是关于对称的。

对此，笔者采用了半带滤波器。

半带低通滤波器设计本系统采用多次反复插值和半带低通滤波的过程，逐步将抽样频率提高到需要的速率上去。

不过对于插值滤波过程，还要进行些必须的处理变换，才能达到所需的处理速度。

下面介绍第级半带数字滤波的设计。

半带滤波器的长度必须表示为，根据音频设备的要求，第级半带滤波器设计指标为，长度为，通带边沿为，阻带边沿，另外通带和阻带波纹设为。

在中用下列程序，频谱图如下图半带低通滤波器频谱之后对半带滤波器进行速度优化。

根据其奇数项系数为零，且中间项为，有