转：数字功放芯片的特点和制作

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关于D类功放一直争论不休，但我对D类功放非常看好。 D类功放取代模拟功放是必然趋势，就像晶体管功放取代电子管功放、CD取代LP一样。 目前，D类功率放大器的名称相当混乱。 有的叫数字功放，有的叫数字功放。 这里必须做出一些澄清。 D类功率放大器将模拟信号转换为脉冲信号进行放大，然后通过低通滤波恢复为模拟信号，输出到扬声器。 与传统功率放大器相比，前者工作在开关​​状态，而后者工作在线性状态。 D类功放的输入是模拟信号，输出也是模拟信号。 数字功放对数字信号进行功率转换，经过低通滤波后输出到扬声器。 输入是数字信号，输出是模拟信号。 数字信号的DAC转换是在功放级完成的，所以国外也称为功率DAC。 功率DAC的性能更好，技术难度也更大。

我陆续玩过几款D类放大器，当然由于条件限制，都是低端的。 我尝试的第一件事就是音质非常好。 我觉得反正也不贵，就试了一下，就买了一个，配备了IBM 37V 8A开关电源来供电。 打开聆听后，低音的变化令人印象深刻。 低音快速而有力，绝不马虎，中音还可以，但高音只是平均水平。 最大开关频率只有1，所以其性能肯定与Hi-Fi相差甚远。 使用几天后，发现最大的问题是输出滤波电感很烫，放大器有自激倾向，所以不敢用。 烧掉扬声器并不划算，因此被边缘化。 就这样我交了第一笔学费，但终于对D类放大器有了感性的认识。

后来看到一款国内外评价都不错的T类功放，又产生了兴趣。 T类功率放大器是D类功率放大器的一种，采用独特的调制方法。 在比较了各种型号的参数后，我决定选择一款。 有的输出功率和开关频率都大于1，基本满足我的要求，所以我购买了功放板。 名声不是白来的。 70W输出时，失真为0.015%，互调失真为0.1%，信噪比（A计权）为102dB。 为了充分发挥这款功放的性能，我决定安装一个高性能的电源。 手头正好有一台旧的Y-note集成功放，所以想把它改成线性稳压电源，同时扬声器保护电路还能用。 。 经过几天的模拟计算，终于改成了稳压电源。 将小功放板直接安装到旧功放机箱中，T类功放就完成了。 打开听了一下，确实物有所值，音质可以媲美3000元左右的AB类功放。 然而，我发现了 1.8kHz 处的干扰。 仔细研究了说明书，发现芯片内有一个自激升压电路，为驱动电路供电。 开关频率只有2kHz左右，正好落在人耳的敏感区域。 这对我来说是不可接受的。 因此采用LM317制作电源，直接为驱动级供电。 至此，这款功放开始正式投入使用，并一直使用至今。 不幸的是，该公司倒闭了。

后来又从淘宝买了一台SHARP SD-1位功放和一台SONY S550 S一体机。 它们都是小型AV功放。 我买它们只是为了满足我的好奇心。 S550是一款真正的数字功率放大器。 模拟信号仅出现在扬声器输出处。 为了实现音频输出，专门使用了DAC芯片。 说实话，S550的音质超出了我的预期。 声音非常纯净中性，但低频不够有力。 受电源输出能力的限制，采用 STR-F6267组成的自激式开关电源，功率不能超过300W。 想要达到最大功率输出显然是不可能的。

我一直在网上寻找相关信息，慢慢地将注意力集中在上面。 Bang &是一家由B&O和丹麦技术大学博士创立的公司。 其独特的D类功放模块现已发展到第三代。 从A系列（2001年）、ASP系列（2003年）、ASC系列（2005年）到现在的ASX2（2007年）系列，产品从中大功率转向中小功率，从单声道转向双声道。 通道和多通道。

ASX2 共有三种型号： 、 和 。 前两代并没有标榜Hi-Fi，但第三代明确表示“：今天，品牌以音响为主，一系列由最高端的音响组成”。

在海的另一边，功放很受欢迎。 一些著名厂家采用模块的Hi-End功放也获得了良好的声誉。 他们流着口水，却无能为力。 他们的模块不提供给个人使用，只能用于YY。 曾经有人在淘宝上卖了几十个模块，但都被隔壁论坛的人抢走了。 他来不及买，为此他郁闷了很长一段时间。 后来经过一番努力，终于得到了3个模块。 虽然力量有点小，但是我已经很满足了。 我打算用其中一块来做两声道功放，另外两块做两路功放。

ASX2到底有何特别之处？ 我们先来看看国外的产品。 每个通道使用一个块，工作在BTL模式。

Bel Canto S500，标价：2999 美元（美国）

国外Hi-End厂常用的做法是在模块上加一块小的输入电路板。

eAR 256 3G-WBT（标价 4,000 欧元）

让我们开始制作吧。 首先，我们将制作一个双通道功率放大器。 两路功放将在另一篇文章中发布。

先秀一下吧设计严谨，做工非常好，元件布局非常紧凑。 使用的是多层电路板，初步判断是4层板，电源和地是分开的层。 每件商品都有条形码，就像一个大工厂。 该模块异常小，只有手掌大小。 前级板上有±24伏电源输出。 我在这里只用它来为 LED 电源指示灯供电。

看看主要指标和特点。 输出功率（1% THD+N，20Hz–20kHz，4Ω，SE），450W（1% THD+N，20Hz–20kHz，4Ω，BTL）； 动态范围; THD+N 0.002%（1W、8Ω、1kHz、SE 模式）； 带宽1.5Hz-90kHz； 互调失真0.0009%； 瞬态互调失真0.007%； 阻尼系数>500； 最大输出电流30A，允许100ms至500ms，足以满足大功率音乐输出； 电源部分和功放部分设有过温保护和过流保护； 允许连续输出功率为65W（环境温度25℃），允许最大功率输出时间为80s（400W输出）。 令人惊奇的是，仅从指标来看，它就令大多数功放相形见绌。

首先，你需要一个漂亮的小型全铝机箱。 接下来，选择电线。 由于模块是通过插头连接器连接的，发热线太粗的话就无法使用。 只能使用特氟龙镀银线。 线径合适，传输阻抗小，可以在很短的线上使用。 。 前面板需要电源开关和指示。 如果使用常用的电源开关，LED指示就麻烦了。 面板很厚，安装发光二极管比较困难。 后来我发现了这款全铜镀镍开关，带有环形指示。 虽然很贵，但是确实很漂亮。 经过淘宝搜索，终于把所有的材料都收集齐了。

做好后我没有直接连接音箱进行测试。 首先通电并测量输出静态电压。 一个通道为 5mV，另一通道为 19mV。 两者都非常小并且非常稳定。 参考国外整机，没有扬声器保护电路，这里省略。 如果静态测试正常，则可以连接扬声器和前级进行测试。 连接好电线后，我​​先打开我的V1400功放，把音量调到最小，然后打开小功放的电源，然后慢慢调高音量，优美的声音慢慢响起。 成功了！

关于音质我不想多说。 我只是想说声音更厚实，整个频段更平衡。 我无法指出任何缺点。 这是一种相对中性的声音。 给我印象最深的就是淡定从容，一个字：稳。

我们来看看功放。

在发烧圈子里，明显有两个群体。 一组主张凭耳朵收货，另一组则认为指标很重要。 我们一直在战斗，但一直没有结果。 尤其是关于电线的问题，几天后就会有一场争论。 没有人能说服任何人，争论还将继续。 说实话，指标好并不代表音质好。 好的声音必须有好的指标。 对于指标差的设备，就不要谈好声音，否则会闹出笑话。 大家都明白，没有规则就没有规则。 事实上，播放音频只是为了乐趣和满足。 没必要这么死板。 每个人都有自己的玩法，随心所欲。 针对不同消费群体的产品无法用统一的标准来衡量。 这是一个很好的例子。 刚推出时并没有多少人看好它，但事实证明它取得了巨大的成功。 我敢说大部分用它的人只是把它当普通手机来用，但玩的不是手机，而是体验。 苹果的成功确实值得学习和思考。

是枝裕治在《前置放大器电路设计的发展史》中表示，“前置放大器不能仅靠电路设计来制造”。 当时我不明白，但现在我终于明白了。 我们喜欢将技术与产品混淆。 事实上，好的技术不一定会成为好产品，好产品也不一定采用最好的技术。 乔布斯卖的不是技术，而是经验和想法。 iPad只是一个载体。

话不多说，让我们回到放大器。 从晶体管诞生的那一天起，就一直存在着绊脚石和不断的争论。 晶体管放大器的规格虽然很好，但音质却不如电子管放大器。 为什么是这样？ 事实上，由于晶体管不是理想的线性器件，因此会产生各种失真（最常说的就是谐波失真和瞬态互调失真）。 于是就产生了各种电路类型，比如A类、超A类、ALA、电流浇注、前馈、AA类、超线性等等无数，但大多数最后都化为乌有。 随着半导体技术的不断进步，我们不再痴迷于特定的电路类型。 在产品同质化越来越明显的今天，作为普通消费者，我们只需要关心最终的音质还原效果。

那么，如何判断一个产品的好坏，如何看那些指标呢？ 我想谈谈我的感受，供参考。

1、分立元件功放好还是集成电路功放好？

制造商现在被愚弄，认为分立元件功率放大器是高音质的代名词。 错了，设计和调试不好的分立功放还不如集成电路功放。 分立元件功放的输出功率可以很大，设计灵活，但需要严格的管子配对和仔细的调试，成本较高，且难以补偿温漂。 因此，分立元件功放不敢采用扬声器保护电路。 该集成电路功放电路简单紧凑，产品一致性好，工作稳定可靠。 但由于热阻和半导体技术的限制，最大功率和转换率并不是很高。 这两款放大器都是优秀的产品。 集成电路功放广泛应用于有源音箱和中小功率功放。 近年来，越来越优秀的功放驱动IC出现，比如美国国家半导体的LME系列，提供了另一种选择。

商用机中，分立元件功放较为常见。 如果是DIY功放，要选择电路的话，我会优先考虑IC驱动功放。 它不仅具有IC功放稳定可靠的特点，而且通过合理选用输出管可以达到更高的性能。 分立元件电路永远不会被考虑，因为可靠性永远是第一要务。

2、需要大功率功放吗？

现在功放的功率越来越大。 即使是AV功放也往往在100W以上。 有必要吗？ 无论是Hi-Fi还是影院，都要求声音在播放时达到一定的声压级，如75dB或80dB。 声压级不仅取决于功率，还取决于扬声器的灵敏度。 以灵敏度为90dB的扬声器为例，如果距离扬声器4m，要达到90dB的声压级，需要4W的功率。 根据音乐信号的规则，平均功率是峰值功率的1/8。 要求功放最大输出功率为32W，留有一定的余量。 ，100W绝对够了。 当然，如果距离盒子8m的话，最大功率是200W。

对于最大功率，我们需要查看 1% 失真时的功率。 10%失真时的功率是没有意义的。

3.什么是推力？ 功率越大推力越强吗？

功放的推力并不是一个严格的科学指标，而是人的主观感受，但它可以很好地说明功放的实际工作能力。 恐怕我什至无法解释什么是推力。 在我看来，推力就是放大器的低阻抗推动能力。

在所有设备中，功放的工作条件是最差的。 它在高功率和大电流下工作。 更要命的是，作为负载的扬声器是复合负载，相当于R、L、C，复合电路的阻抗特性和相位特性都很差。 因此，功放在实际工作时各项指标严重退化。 很早以前，有一篇电声专家李宝山翻译的《民用音频功率放大器的功率输出能力》的文章，给我留下了深刻的印象。 和Otala使用电阻、电感和电容组成复合阻抗模拟扬声器，并测试了几款高品质功放的实际输出能力。 结果发现，当负载存在相位角时，很难避免出现较大的畸变（1%）。 ），有100W的功放，但实际输出只有5W。 输出变小是因为它的最大输出电流不足以驱动太低的阻抗。

实际扬声器的阻抗比我们想象的要复杂得多。

JBL L880：标称阻抗为8Ω，但实际最小阻抗仅为3.828Ω，不到标称阻抗的一半。

：标称阻抗4Ω。 您知道丹拿如此难以推荐的原因之一。

Sonus Faber Amati：标称阻抗4Ω

可见，最低阻抗往往仅为标称阻抗的一半。 在更变态的设计中，由于分频器中使用了复杂的补偿网络，某些频率下的阻抗可以低至1Ω。

我们已经检查了扬声器的阻抗特性，让我们看看一些Hi-End放大器的输出能力。 Krell KSA-50S，输出功率50W/8Ω、100W/4Ω、200W/2Ω、400W/1Ω，最大输出电流60A，注意功率/阻抗的整数倍关系。 从推力上来说，它确实是一台神奇的机器。 50W功放最大输出电流60A。 没有它不能推动的扬声器。 如果一般功放输出100W/8Ω，4Ω只能输出150W左右，说明供电不足，因为理论上输出功率应该达到200W。

可见，推力大并不一定与功率高相关。 500W的功率放大器可能无法推动1Ω的负载。 机器早已短路。 当然，在实际选择功放的时候，你不必像Krell那样变态。 如果能稳定驱动2Ω负载，则可以认为该功放具有良好的推力。

回到我为什么看好它，我们来分析一下。 我们先看一下电源。 由于市售电源无法满足功放的要求，工程师干脆集成了一个开关电源。 由于整体设计，可以将电磁干扰的影响降到最低。 它采用ST作为半桥开关电源的控制器。 这是一款老芯片，工程师选择它一定有他的理由。 半桥采用了两个大功率ST，耐压500V，电流20A，非常强大。 电源变压器次级整流输出采用高速同步整流，耐压100V，电流67A，导通电阻12.4mΩ。 滤波电容为金色高速电解，680uF/50V。 这就是为什么功放能够输出30A电流的有力保证。 贴心的是，电源部分具有防浪涌功能（8kV），防止感应雷击损坏电源和放大器。 我们来说说功放部分。 由于有散热器挡住了输出管，所以我们看不到输出管，但我们可以根据官方参数计算出来。 10%失真时最大输出功率为150W/4Ω，电源电压经计算约为36V。 按照最大输出40A计算，最小允许负载阻抗为1.2Ω，所以说明书上说可以驱动2Ω负载是完全可信的。 但为了保证功放长期可靠工作，手册规定对称负载时允许的最小负载为3Ω，非对称负载时一侧通道2Ω，另一通道6Ω。

4、为什么大家都认为AV功放不如纯功放？

这个问题其实不是技术原因，而是成本和尺寸的原因。 如果按照纯功放的概念来打造AV功放，对于大多数人来说可能太贵了，无法享受。 为了以有限的成本制造具有五通道或七通道分立元件的高功率功率放大器，必须简化功率放大器的设计。 要解决整机的散热问题并缩小尺寸，就需要降低功放的静态电流，使其更接近B类，变压器的功率也必须降低。 采用大容量电解电容保证瞬态功率。 最要命的是最大输出电流的限制。 AV功放不能使用低阻抗喇叭，电源功率不行，大功率管性能不行，散热不行。 因此，AV功放的音质，即使是旗舰级的，也无法与同档次的Hi-Fi功放相比。 想要追求极致的音质，只能使用分体功放。 先锋在中高端AV放大器上使用模块是另一个更具成本效益的解决方案，看来先锋会坚持下去。

数十万台高端功放对10Hz~50KHz频谱曲线的平坦度要求非常高。 通常不同频率下的灵敏度偏差≤±0.25dB。 我们在设计功放时可以参考这个标准。

D类功率放大器的输入阻抗通常较低。 例如只有9KΩ~60KΩ。 而且，60KΩ仍然是增益20dB时设置的输入阻抗。 所以输入端的电容需要比较大，否则低频影响会很大。 不同之处。 如果应用上述标准，并且不同频率下的灵敏度偏差≤±0.25dB，则不能直接使用截止频率，可以直接选择输入电容。 截止频率处的灵敏度衰减达到了-3dB。 如果功率放大器的±0.25dB低频下限频率取10Hz，那么0.05Hz频率的20倍就是10Hz。 这里，您需要考虑设置前置放大器级，以便末级可以采用较低的 20dB 增益。 对应的输入阻抗等于60KΩ，根据：1/(2πfC)=60000，则输入电容C=1/60000*2π*0.05=53uF（取68uF），而不是典型中给出的1~2.2uF电路。 同时，采用较大的电容，在同频率下的容抗Xc 时，听觉体验得到明显改善。 当然，对电容的要求也更高，因为大容量电容的内部电感也会增大。 普通电容会影响高频灵敏度，因此必须选择高频特性较好的优质电容。

从仿真结果来看，分频器的LC值很不合理（不过问题不大，重新计算一下即可）

首先，高频和低频的交点未对准。 高频和低频的交点应在-3dB处相交。 要实现-3dB处的交点，只需根据给出的计算公式重新计算即可得到-3dB处高频和低频的交点。 确切的值。

其次，对我来说最重要的是，从20Hz到20KHz，高低频点之间的相位差几乎是180°。 高低频扬声器的极性颠倒后，正好同相。 如今其他分发系统的情况也是如此。 变频器做不到。

第三，高通滤波器在4.8KHz处有最大驼峰约7.5dB，说明LC参数值不合理。 这也是第一个问题，需要重新计算。 应该可以防止驼峰峰值超过+2dB。

第四，低通滤波器在1.5KHz左右有一个小波谷，最大幅度约为-1.8dB，绝对值小于2dB，说明低频段频谱曲线非常平坦。

第五，这种分频器之所以具有良好的听感体验，主要原因在于能够实现基本相同的高低频相位。 从仿真图来看，相位差应为180°，偏差小于2°。