摘要：采用直接数字放大技术，设计了基于dppc2006的数字音频功率放大器，该系统采用高速vmosfet构成h桥互补对称结构，控制功能由at89s51实现.测试结果表明:该系统最大不失真输出率大于6w，平均效率可达73.24%，性价比较高。
关键词：数字功放；dppc2006；pwm；at89s51 

        引言
 
        随着电子产品的数字化进程不断演进，音响设备(尤其是其中的关键产品功率放大器)的数字化也提上了日程。目前市场上很多功放产品都打出了“数字”的旗号，但其中有很多只是对产品进行了一些数字化处理，严格意义上只能称作数字化功放，真正的音频信号还是模拟的.数字功放是指在信号的处理过程中采用的是数字音频信号，用开关的方式放大信号.数字功放最大的特点是效率高，对电源及散热的要求大大降低，此外还有输出功率大、频响宽、体积小、信噪比高等优点。笔者设计了一款采用直接数字放大技术，通过专用音频信号处理芯片dppc2006处理，再经由高速vmosfet组成的h桥互补对称电路放大的纯数字功放。

        电路构成 

        本方案由前、后级构成，前级由dppc2006处理输入的数字信号转换成pwm波输出，后级由高速vmosfet组成的h桥互补对称放大电路及低通滤波器组成.同时用模数转换器(adc)cs5333实现对模拟信号的兼容，由单片机at89s51完成音量调节、显示、声道、静音等控制功能.整机组成见图1。

图1　基于dppc2006的数字音频功率 

        芯片工作原理 

        数字功放处理芯片dppc2006是具有我国完全自主知识产权的hi-fi级全数字6通道音频功放编码处理芯片。该芯片具有6通道全数字(pcm)输入和独立脉宽编码(pwm)输出;每声道音量可独立调整，124级增减可调;352.8khz或384khz高速开关频率;支持24bit多脉宽脉冲差值编码、噪声整形、平衡电桥等技术;6通道数据输入，采样率支持32khz～768khz;内置s/pdif接收器，采样率支持44.1khz～96khz;内置输入数据组选择电路;供电+3v～+5.5v;封装形式为qfp100a. 

        主要技术指标 
        频率响应±0.5db(20hz～20khz);动态范围95db;总谐波失真<0.02%. 该芯片能直接接收cd，dvd等数字音源输出的同轴或光纤数字音频信号，全数字信号放大处理，单颗ic可以放大6个声道，前后级分开，后级采用不同的mosfet，可实现不同的输出功率.用dppc2006构成的数字功放电路简单、功能完善，其输入可以分别选择光纤和同轴的数据，也可选择cd，vcd，dvd等产品内部的data，bck和lrck格式的数据，还可支持高采样率的数据输入;没有数字信号输入的地方，外接音频a/d转换器后也可以输入dppc2006供选用，应用非常灵活。

        模拟信号的兼容 
        
        为了与普通的模拟信号兼容，dppc2006的数字输入接口可以接收串行adc输出的数据.只要符合图2所示格式的数字音频数据输入即可正常工作(左右对齐由dppc2006的mo脚配置选择).本方案中采用cirrus公司推出的26bit，96khz立体声音频专用模数转换器cs5333。

图2　串行音频数据格式 

        后级pwm放大 

        完整的后级pwm放大由mos管h桥互补对称放大电路和低通滤波器(lpf)构成，实际电路如图3所示(图中只有一个通道).图中r307、c303、l303、c307、c308为emc元件；l301、l302、c304为滤波电路；r308、c305为音箱匹配电路。

        1)h桥放大电路.这里u6为fet的输入驱动器，电路中用74hc541或天奥的db802芯片.选用不同电流的mosfet，即可得到80w～300w的输出功率.

图3　后级pwm放大电路 

        2)低通滤波器.采用二阶lc滤波器，要求滤波器上限频率≥20khz，在通频带内特性基本平坦。经用ewb仿真软件进行仿真，得到l、c的较佳参数为l301=l302=22μh，c304=0.47μf。

        功能控制 

        对dppc2006的控制由51系列单片机at89s51实现，完成对芯片模式设置、通道选择、音量控制及显示等功能的操作。该单片机带有isp(在系统可编程)功能，可以直接通过下载线进行在线开发，使用非常方便.单片机控制程序流程如图4所示。
图4　单片机控制程序流程图 

        波形及测试结果
 
        1)pwm波形：pwm输出波形如图5所示.图中a)为未调制的pwm输出波形，b)，c)为已调制的pwm输出波形.从图5可以看出，输入信号幅度的变化已变换成输出脉冲宽度的变化. 

        2)电源效率.电源效率见表1.由表1可知，平均效率η=(76.8+66.0+76.9+68.8+7717)%/5=73.24%.由测试数据可知，与传统模拟功放相比，数字功放的效率大大提高，功放的效率和最大不失真输出功率与理论计算值还有一定的差别，这是由h桥输出电路、驱动电路等存在静态损耗引起的，特别是小功率输出时影响更为明显。


图5　dppc2006芯片pwm输出端波形 

        结语 

        本系统以采用直接数字放大技术(ddx)的专用数字音频信号处理放大芯片dppc2006为核心，可直接输入s/pdif同轴或光纤数字信号.经过内部运算，将pcm信号转化为pwm信号输送给高速vmosfet管构成的互补对称h桥电路放大，输出放大后的双通道音频信号。同时预留扩展接口，输入兼容普通模拟信号，输出可以非常方便地扩展到环绕6声道。通过使用不同的mosfet，很容易得到80w～300w的输出功率，理论上平均效率可达到90%以上，甚至后级放大管完全不需散热片。使用单片机进行灵活控制，实现静音、数字音量调节、显示等功能.可以应用于dvd机内置功放、汽车功放、高档桌面组合音响、计算机多媒体和各种多通道av功放设计，性价比极高，具有很广阔的应用前景。

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