改善平板显示器的音频性能

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1、改善平板显示器的音频性能

2、第1引言音频功率放大器(APA)技术的最新发展进一步提高了平板显示器的音质，使之具有了与其优质图像质量相称的音响效果。随着液晶电视、液晶显示器以及等离子电视屏幕的尺寸不断增大，音频性能必须随之相应提高。散热与功耗是传统AB类、或线性APA本身所固有的问题，这妨碍其难以成为最新平板显示器的良好解决方案。由于线性放大器的效率低下，平板显示器业转而采用D类APA作为音频解决方案。D类APA的操作热量更低，消耗的功率也少得多。采用D类APA的设计人员能够进一步提高其应用的音频功率

3、性能，同时又不会增加热量与功耗，从而可以保持体积较小的变压器与稳压器，并消除了采用散热片的必要。事实上，D类APA甚至可以在增强功率性能的同时还能降低热量与功耗。为了最大化D类APA的性能，我们只需遵循有关文档详细要求的布局及测试程序即可。德州仪器(TI)的应用手册提供了全部所需内容，本文也将提及有关内容。线性APA的问题线性APA由于电源通过线性放大器的输出级晶体管产生的压降而导致其自身效率低下[1]。事实上，大多数情况下，其消耗的功率比所提供给喇叭的功率还要高。线性放大器之所以效率不高，原因在

4、于电源通过线性放大器的输出级晶体管产生的压降[1]。当线性放大器的输出电压信号与电源电压不相等时，放大器会出现内部功率损失。当放大器的输出电压信号与电源电压相等时，放大器又会产生失真，因为电压信号被电源轨"剪切"了，请参见图一。500)this.style.ouseg(this)">图一、10-V、1-kHz正弦波剪切电源轨剪切造成的失真影响听觉享受，通常应当避免。因此，总会有从电压至输出电压信号的内部压降。压降值由电源电压(VDD)减去输出电压的RMS值获得。压降乘以平均电源电流IDD(avg)

5、　就得到线性放大器的内部功耗。压降越大，放大器的效率就越低。计算差动输出线性放大器的简单方程式如下：h=(p*sqrt(2*PL*RL))/(4*VDD)(1)其中，PL=喇叭获得的功率RL=喇叭电阻VDD=电源电压从方程式1中，从12-V电源向8-ohm喇叭提供3输出波形带有音频信号。喇叭作为仅复制音频频率的低通滤波器发挥作用。在大多数应用中，在喇叭之前还要求进行最小过滤以减小EMI。用于平板显示器的新型D类APA解决方案为了满足各种平板显示器尺寸的需求，目前有几种新型的D类APA可供选择，请参

6、见图三。当为平板显示选择APA时，输出功率是应当考虑的主要规范。平板显示器越大，所要求APA的输出功率也就越大，因为最终用户观看屏幕内容时距离屏幕的距离会加大。500)this.style.ouseg(this)">图三、平板显示器的D类音频功率放大器图三显示的所有立体声D类APA均采用48引脚四方扁平表面贴装封装，且彼此引脚排列布局是相互兼容的。单声道TPA3001D1采用24引脚的TSSOP封装，最大尺寸仅为6.6mmx7.9mm。与此相当的线性放大器采用通孔单排封装(through-hole

7、singlein-linepackage)或双排封装(dualin-linepackage)，并且它们要求手工组装，尺寸也不理想，为19.6mmx22.5mm，大出8.5倍之多。此外，它们还要求采用散热片。TPA3004D2与TPA3002D2提供的特性包括集成的反移植电路系统(depopcircuitry)、DC音量控制、关断控制以及立体声耳机驱动程序的直连输出等。TPA3001D1、TPA3008D2以及TPA3005D2以四个集成的固定增益设置代替DC音量控制，以消除外部反馈与输入电阻。最后

8、，TPA3003D2还提供了低功率立体声D类备选方案，该方案除不具备立体声耳机放大器直连输出之外，拥有TPA3002D2的所有特性。所有D类放大器采用全差动输入级与桥接输出级，在最大化输出功率的同时还能最小化噪声。如何采用D类APA进行设计工作本部分将全篇幅引用TI的两本应用手册：《TPA300x系列部件布局指南》[3]以及《测量音频功率放大器性能指南》[4]。优化TPA3000D放大器的性能时，必须将如下五大布局因素纳入考虑范围：利用开关电流最小化跟踪环(traceloop)，并用开关电压最小化

9、大面积的镀铜区域。近场磁噪声(Near-fieldmagicnoise)由引导开关电流的大跟踪环造成。电场噪声由具有开关电压的、大的表面区域造成；输入跟踪的线路与输出跟踪分开，从而可最小化来自输出的所有输入噪声耦合；仅将输出功率接地及信号接地连接至Poouseg(this)">图四、差动输入--BTL输出测量电路。低通RC过滤器对测量准确性的影响很小，因为截止频率(cutofffrequency)设在20Hz到20kHz的音频带之上。利用表一中RFILT与CFILT的建议值，截止频