在便携式应用中设计D类音频放大器

高效率D类音频放大器正越来越多地被用于蜂窝电话、智能电话、PDA及其它类似的便携式应用中，以取代AB类放大器。采用D类放大器可延长电池供电终端产品的工作时间,并产生更少的热量,从而解决设备设计中的散热问题。测试结果也证实了D类放大器在延长电池寿命以及改善散热方面的优势。当D类放大器与AB类放大器架构进行比较时，所强调的区域需要在板极设计中更多的注意。D类放大器的板级布线、元件选择、放大器测量都与传统的AB类放大器有所不同。Nicholas  Holland、Greg  Hupp  及  Andy  Liang，德州仪器在诸如蜂窝电话、DVD播放器、笔记本电脑以及游戏设备等便携式设备中对音频集成已发展到了一定的程度，设计人员需要在其终端设备中实现越来越多的功能，诸如MP3及流媒体视频，同时，还必须保持，甚至降低总体功率预算。上述需求引入了许多新产品技术，包括了D类音频功率放大器(APA)。D类放大器比传统的AB类或线性化放大器更具效率，允许设计人员延长电池寿命。为了尽可能的利用D类放大器所附带的优势，很重要的一点是必须清楚地认识D类及AB类放大器工作中的基本差异，因为在设计整合了音频的系统时，采用不同的放大器技术需要做不同的考虑。上述两种放大器的工作差异将在本文中进行论述。对设计考虑因素的讨论将在D类工作方式的后续段落进行，将讨论在使用D类放大器时布线(layout)的重要性以及如何为载板选择并配置合适的元件。相关的电磁干扰(EMI)影响（取决于板载布线的优劣及元件的选择）也将在该部分论述。最后，如何评价基本参量，例如D类放大器输出功率及THD+N还将详细阐述。效率：D类放大器vs.  AB类放大器D类放大器具有比AB类放大器更高的效率。而放大器的效率越高，对电池功率的浪费也越少。图1展示了最新的D类立体声音频功率放大器TPA2012D2的功率消耗相对于输出功率变化的曲线，并与传统线性放大器的理论功率消耗进行了比较，图示了两种类型放大器技术的功率消耗随输出功率的变化。D类放大器改善的效率为音频设计人员提供了两大优势。对于便携式、电池供电的应用，由于热耗散导致的功率浪费更小，电池将可工作更长的时间  。此外，由于放大器的散热量更小，散热问题得以解决，更为优于AB类放大器。图1：TPA2012D2的功率消耗相对于输出功率变化曲线，并与AB类放大器的理论功率消耗相比较功率消耗直接转化为电池的使用时间。通过在使用两种类型放大器条件下测定电池放电所需的时间，可轻松的查看功率消耗的效果。图2展示了D类及AB类放大器分别连接至两套电池包（采用三个1.2V  NiMH电池）设定时，所测量的到的比较曲线图。在音频输入源输入至放大器时，将产生朗读文献作品的语音输出。图2展示了电池放电所需的时间。