从D类到T类----谈音频的数字放大技术!
早在20世纪60年代就有人开始研究数字放大技术,1983年M.B.SANDLER等学者提出D类PCM(脉冲编码调制)数字功放的基本结构,主要技术要点是如何将PCM调制信号变为PWM(脉冲宽度调制)信号,这种PWM数位讯号是一种高度相同.宽度不同的方波信号,它看起来类似于声波的疏密结构。
这类功率放大器的原理是:首先将PCM音频数据流通过专门的等比特数字处理器变换为PWM数据流。采用脉宽调制后,音频信号便成为一系列的用“0”和“1”表示的宽度可变的脉冲串,脉冲的宽度月越宽,信号的幅度就越大。将这些脉宽调制的数据流去推动功率放大器的常规晶体输出管,晶体输出管将迅速的时而饱和导通,时而截止,音频信息便包含在这些接通。断开的周期过程中,采样频率为44.1kHz或48kHz,信号振幅的量化率为8bit或16bit。然后再对PWM信号进行功率放大(即D类放大),采用截止频率为30kHz--40kHz的低通滤波器就可以把模拟信号从PWM中解调出来。
D类数字放大技术在电源利用上可以达到90%以上,它的延时也只有模拟放大的1/6,因此中.高音的音质更清晰,声像定位更准确。
但是D类放大技术只是一种数字技术的早期探索,还存在以下缺点:1:输入的数字音频信号虽然没有转换为模拟信号,可是PWM调制也只是幅度不变,宽度变化的脉冲信号来代替原来的线性放大,用脉冲宽度变化来控制输出管导通时间的长短,可以说这仍就是一种模拟技术。2:在PWM编码过程中,很难做到上升和下降沿的陡度,于是使得理论上“0”和“1”两态的波形已经不是完全的方波,而变形成为三角波,结果使得输出开关功率管处于不能全通或全闭状态,这势必引入新的失真。
针对D类功率放大器的缺陷,美国Tripath公司发明了一种“Digital Power ProcessingTM(DPPTM)”的全数字功率放大处理技术,它是T类功放的核心,也被称做“E-Bridge”模式。T类功率放大器的功率输出电路和脉宽调制D类功放相同,功率晶体管也是工作在开关状态。不同的是:它不使用脉宽调制的方法,而是把通信技术中处理小信号的适应算法及预测算法运用到这里。输入的数字音频信号流直接经过DPPTM数字处理用于控制功率晶体管的导通关闭,因而不存在脉宽调制D类功放的那些缺陷。此外,T类功放的动态范围更宽,频率响应平坦,群延迟小。
DPPTM 技术的出现,把功率放大器真正推向了一个全数字化处理的高度。