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AB類與D類放大器的比較
摘要: D類音頻放大器采用脈寬調制(PWM)信號而不是AB類放大器通常采用的線性信號,這里的PWM信號涵蓋了音頻信號以及PWM開關頻率與諧波,為非線性信號。D類放大器比AB類放大器效率高得多,因為輸出級的MOSFET管可從極高阻抗轉變為極低阻抗,從而在作用區的操作時間只有幾個ns。
Abstract:
Key words :

D類音頻放大器采用脈寬調制(PWM)信號而不是AB類放大器通常采用的線性信號,這里的PWM 信號涵蓋了音頻信號以及PWM開關頻率與諧波,為非線性信號。D類放大器比AB類放大器效率高得多,因為輸出級的MOSFET管可從極高阻抗轉變為極低阻抗,從而在作用區的操作時間只有幾個ns。利用上述技術原理,輸出級的損率變得極低。此外,LC過濾器或揚聲器的感應元件在各個周期還能存儲能量,并可基本保證切換功率不會在揚聲器中損失。

  在音樂手機等多媒體手機中,非線性的D類音頻放大器是最為合適的方案,它具有效率高、發熱少、功耗低、電池使用壽命長等優點。但是D類存在EMI電磁干擾的缺點,尤其是居高不下的價格,讓AB類音頻放大器成為主流的中低檔手機的首選,線性的AB類是低噪聲放大器,擁有低成本優勢。因此,在音頻IC市場中,出現D類和AB類爭奇斗勝的局面。甚至在一些場合出現了D類和AB類可以自由切換的模式,以滿足技術要求。

  然而,對于這兩種技術的未來發展趨勢,似乎大家一致看好D類,認為隨著技術的不斷完善,在未來手機音頻技術中,D類將占據主流地位,從而徹底打破D類與AB類平分秋色的局面,甚至有廠家預言,D類將最終替代AB類。

  究竟鹿死誰手,一比便知。以下通過5個方面對他們進行逐一比較,希望可以得到答案。

  第一輪:比效率

  傳統的AB類音頻放大器的效率只有25%左右,能耗大,很難滿足電池長時間續航的需要。與AB類不同,D類以高頻開關的方式工作,而不是利用晶體管的線性部分放大,具有高達90%的效率。此輪D類暫時領先。

  第二輪:比使用場合

  由于節能、省電的要求越來越高,在手機等應用中D類音頻放大器將更為流行,D類音頻放大器市場前景廣闊。在日愈豐富的多媒體數碼內容中,除了通話和鈴聲之外,更多是MP3音樂、影音片段和數字電視等,所以D類技術的效率會被更加重視。 此輪D類再度領先。

  第三輪:比音頻特性

  AB類技術的音頻性能好,THD+N低,PSRR的絕對數值高。此外,AB類的應用中沒有噼啪聲和咔嗒聲,噪聲很小,而且開啟時間和關閉時間都很短,亦可實現節能的方案。D類的工作模式完全不同于AB類,會產生某些高頻諧波。盡管這些諧波頻率遠遠高于可聽波頻率,不能被人耳所聽到,然而可能會對手機RF部分或者天線部分產生干擾,降低手機的靈敏度,導致手機無法正常工作。這就是D類技術必須面對的一大挑戰:EMI電磁干擾。AB類終于扳回一局。

  第四輪:比封裝尺寸

  雖然各個廠商對于改善D類技術的電磁干擾問題殫精竭慮,但小型化趨勢對降低D類音頻放大器的噪聲帶來了限制。 因為封裝尺寸的壓縮使得音頻設計高度集成化,導致了編解碼器、電源管理和揚聲器輸出功能的混合信號集成,這種集成給噪聲管理帶來了困難。當D類音頻放大器不斷減小封裝尺寸時,需要面對更加困難的噪聲管理的挑戰。本輪二者不分伯仲。

  第五輪:比價格

  除了電磁干擾噪聲之外,價格也是影響D類取代AB類的一個重要因素,D類音頻放大器最大的挑戰是價格太高。D類音頻放大器的成本一般是AB類的2至3倍,盡管D類提供較佳的功效及散熱能力, 但成本仍是非常重要的考慮因素,無疑會影響其的普及應用。

  [PK結果]

  五輪比試,二者2.5 :2.5,平分秋色,難分高低。

  目前而言,AB類還不可能被D類完全取代,兩者將一直共存下去。在音樂手機中D類會逐步取代AB類;而在小功率音頻驅動中,比如音頻耳機功放對效率和功率的要求不高,或者Hi-Fi耳機放大器對失真率有較高的要求,此時AB類功放的超低失真率就體現出了優勢,如今在耳機放大器的設計中AB類仍是唯一的選擇。

  與D類取代AB類的思路不同,歐勝微電子采取了折衷的方案,推出了可以在AB類和D類這兩種工作模式之間進行自由切換的WM8985,在沒有射頻發射/傳輸的時候,運行D類模式;在射頻發射/傳輸的時候,運行AB類模式,充分利用D類和AB類的優點,彌補各自缺點。

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