高保真数字功率放大器设计(15)

高保真数字音频放大器设计

湖南大学毕业设计(论文)第11

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3数字音频功率放大器原理及实现

3.1基本原理

数字功率放大器的主要部分是前端的数字信号处理，以实现把多比特数字信号（如PCM编码）变换成1bit的脉宽调制（PWM）信号流输出。用PWM信号来控制后端的H桥.MOSFET功率管的导通和截止，实际上也就实现了对PWM控制信号的能量放大。放大了的PWM信号流在通过一个低阶的无源低通滤波器，滤除高频部分，

理论上无失真地还原了模拟音频信号并送扬声器发声。其整体主流程框图如图3所示。为了将16bit的PCM信号转换成1bit的PWM信号，在理论上1bit调制器在每一个变换周期内要执216触发。因此在44.1GHz的取样频率下，1bit量化器的时钟频率达44.1X216=2.9GHz，这对于目前的技术来讲是不实际的。如果降低传输速率来满足硬件的限制，噪声级又增加了。为解决这些问题，采用了N倍过取样滤波和噪声整形技术，来提高取样频率和降低量化噪声。

图3数字功率放大器主流程

3.1.1N倍过取样滤波

N倍过样滤波就是把输入的以地fs抽样频率的数字信号用N倍fs的频率再抽样。在两个抽样值之间，插入的N-1个值是按两抽样值计算出来的。在实际过采样中，还常常先在多比特信号上加入1bit的抖动，再送入1bit量化器量化。这样可以减少量化噪声和防止空号模式引起的非线性。

当采用PCM调制时，其量化噪声分布在0-fs/2频带内，fs是PCM取样频率。现在以NXfs过取样，则噪声在NXfs/2频带内扩散，由于其量化噪声总量是保持不变，则单位频带的噪声密度减少了N倍。在低频音频信号内，其噪声总量也就减为原来的1/N。过采样对噪声的影响见图4。