关于开环闭环D类放大器的探究

PSRR：关于开环闭环D类放大器
　　过去，电源抑制比（PSRR）就已成为一种测量放大器抑制电源输出噪声性能的优异测量方法。但是，由于出现了越来越多的D类放大器，以及其拥有的效率优势，仅仅依靠PSRR作为电源噪声抑制性能的指示器已经远远不够了。相比开环闭环数字输入I2S放大器的PSRR规范，这一情况愈加明显。很多时候，PSRR规范是一样的，但当监听低于理想电源的放大器时，很明显会存在音频性能差异。本文纵览了传统的PSRR测量方法，并解释了其不能完全捕获桥接式负载（BTL）结构中D类放大器电源抑制性能的原因，并介绍了一种测量D类放大器中电源噪声影响大小的替代方法。
　　要想了解PSRR测量方法无法能够充分地捕获电源抑制性能的原因，我们需要回顾到AB类放大器统治消费类音频电子设备的时代。同今天的情况一样，AB类放大器一般配置在一个单端（SE）或BTL输出结构中。实际上，SE AB类放大器拥有分裂轨电源（即±12V）是十分普遍的事，因为电源主要都基于变压器，而且增加第二个轨的成本也不是特别高。BTL结构更多地用于那些没有分裂轨电源的音频系统中。不管是SE还是BTL结构，AB类放大器本身都拥有良好的PSRR，这是因为其基本架构以及通常大大低于电源轨电压的输出电平。
　　就AB类放大器而言，PSRR测量方法可以相对较好地显示放大器抑制电源噪声的性能，而就SE结构而言，就需要特别精确的放大器电源噪声抑制性能（我们后面再展开详细讨论）。我们将时间向前推，便会发现D类放大器在当时的市场上风靡一时。它们以极高效率的运行改变了市场形态，从而在工业设计中实现了相当大的创新，特别是在更小的尺寸方面。但是，相比AB类放大器，它们的架构都存在根本的不同，同时它们的输出结构选择几乎只有BTL.
　　在BTL结构中，D类放大器具有两个输出级，其由4个FETS组成（也被称作全桥接）。而SE D类放大器只有一个输出级，由两个FETS组成（也被称作半桥接）。相比SE结构，BTL输出结构拥有诸多优势，其中包括给定在电源轨情况下的4倍输出功率，更好的低音响应，以及卓越的开/关咔嗒和噼噗声性能。BTL架构存在的一些缺点是您需要两倍数目的FET晶体管。这就意味着更大的硅芯片尺寸和更高的相关成本，并且重建滤波器（LC滤波器）成本也要翻倍。在今天的市场中，尽管SE和BTLD类放大器都可以看到，但大多数还是BTL.
　　在D类BTL结构中，传统的PSRR测量方法就无能为力了。要想更好地了解其原因，就需要了解D类放大器的工作原理，以及PSRR是如何测量出来的。D类放大器为开关放大器，其输出在极高的频率下（通常为250kHz或者更高）进行轨至轨切换。音频信号用于脉宽调制（PWM）该开关频率（方波）。然后，重建滤波器（LC滤波器）用于从载波频率提取音频信号。这些开关架构均极为高效（在一些开关式电源中也采用相同结构），但是相比传统的AB类放大器它们对电源噪声更为敏感。仔细思考一下就不难发现：放大器的输出实质上就是电源轨（脉宽调制），因此所有电源噪声都直接被传递给了放大器输出。
　　电源抑制比（PSRR）是一种衡量放大器抑制电源噪声（即纹波）性能好坏的度量标准。在选择音频放大器时它是一个重要的参数，因为低PSRR的音频放大器一般要求更高成本的电源和/或大去耦电容。在消费类电子产品市场上，电源成本、尺寸和重量都是重要的设计考虑因素，特别是在产品尺寸不断缩小、价格迅速下跌以及便携式设计日益普遍的情况下。
　　
　　传统的PSRR测量方法中，放大器的电源电压由一个DC电压和一个AC纹波信号（Vripple）组成。音频输入为AC接地，因此在测量时没有音频信号。所有电源电压去耦电容都被去掉，以使Vripple不受人为衰减（请参见图1）。