数字音频功率放大器的研究背景与发展现状

1.1数字音频功率放大器的研究背景与发展现状
随着现代电子技术的不断发展，集成电路被广泛应用于各类电子电路中[1]。随着近
十几年来半导体技术的进步，功率放大电路也得到了飞速的发展和应用[2]。音频功率放
大电路是原理上最为基本、应用上最为广泛的功率放大电路。目前大部分音响系统中的
功放都是模拟类型，传统的模拟功放按放大器的工作状态可分为：A类、B类、AB类等
形式。A类、AB类功放是音响系统中最为常用的功放。传统类音频放大器的一个共同缺
点是效率很低，A类音频放大器的理论效率是25%，实际效率大约为15-20%;B类音频放
大器的理论最大效率是78.5%;AB类音频放大器的理论效率75%，实际效率在50-70%之
间。无论A类，B类还是AB类音频功率放大器，当它们的输出功率小于额定输出功率时，
效率就会明显降低，播放动态的语言、音乐时平均工作效率只有30%左右。音频功率放
大器的效率低就意味着工作时有相当多的电能转化成热能，也就是说，这些类型的音频
功率放大器要有足够大的散热器。
在半导体设计潮流走向轻薄短小之际，不仅半导体组件本身的封装要小，整个模块
的尺寸也变成决定系统客户接受与否的关键规格。全球音视频领域的数字化浪潮以及人
们对音视频设备节能环保的要求，迫使人们尽快研究开发高效、节能、易于与数字化设
备接口的音频功率放大器。D类数字音频放大器就是在这样的背景下兴起的。D类数字
音频功率放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM(Pulse Code Modulation,脉冲编码调
制）数字信息变换成PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号，然后用
PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，也称为开关放大
器。由于其开关管工作于开关状态，因此具有高效率、低功耗等优点。目前，D类音频
功率放大器在移动电话、平面电视、LCD显示器以及各种以电池供电的便携式游戏设备
等消费类电子产品中已获得广泛的应用。在手机、PDA、MP3Player等应用中，以D类取
代AB类放大器的趋势便已相当明显
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。数字音频功放的概念早在20世纪60年代已被提
出，但由于当时技术条件的限制，进展一直较慢。1983年，M.B.Sandler等学者提出了
D类放大的PCM数字音频功放的基本结构，主要技术要点是如何把PCM信号变成PWM。
1999年意大利POWERSOFT公司推出了数字音频功放的商业产品，从此，第4代音频功
率放大器—数字音频功率放大器进入了工程应用领域，并获得了世界同行的广泛认可，
市场日益扩大，数字音频功率放大器已经成为近年来的研究热点之一[13]。