数字功率放大器调试

数字功放的测试技术不同于模拟放大器,因为特别的拓扑结构,不可避免的输出谐波,较高的dv/dt是一般的仪器不能接受的,美国音频测试技术公司提供的测试方法值得交流.目前在功率功放机业界正兴起一股应用高速开关技术的风潮,这种被称为”Class-D”、”Class-T”甚至被误称为”DigitalAmplifier”的设计,可以显著提升功率放大效率及降低成本,可以在有限的空间内达成传统模拟设计线路无法达成的高功率或多声道输出的要求,特别适合用于个人及汽车音响产品上.这种新的开关式设计对音频特性的测量技术构成了新的挑战,这类功放机的输出信号中除了一般音频信号外还包含了上升时间极短的高频开关脉冲信号,这些脉冲信号并不会对一般的扬声器负载造成问题,因为一般的扬声器负载对这些脉冲信号而言相当于一个低通滤波器,不过对音频分析仪而言却是一个问题,一般音频分析仪的前端模拟前置功放级电路无法处理上升时间极短的脉冲信号(即一般音频分析仪的仪表读到的数据受到了音频以外高频信号的影响,是不准确的),哪怕在最好的状态下仍然无法完整正确地测量出这类功放机的真正特性.为了解决这个问题,必须在待测功放机的输出与音频分析仪的输入之间安装特殊设计的低通滤波器,该滤波器必须能有效地滤除高频段的开关(switching)能量,同时必须能够承受功放机输出的大讯号,最重要的是不能增加音频分析仪的失真及噪声.开关式功放机输出的开关(switching)能量可以视为”out-of-band”噪声的一种,但请不要和倍频取样(over-sampling)转换器所产生的”out-of-band”噪声混为一谈,这类转换器虽然于取样频率的1/2以上的频带产生噪声,但这些噪声并不含有高速切换的上升及下降边缘及其伴随的能量,虽然倍频取样转换器所产生的”out-of-band”噪声会影响到”in-band”音频特性量测的结果,但并不一定会妨碍到音频分析仪输入电路的运作,开关模式功放机输出信号高速切换的上升及下降边缘会超过大多数音频分析仪输入电路的回转率(slewrate)限制,使得分析仪的输入电路进入非线性状态而产生无法预期的结果,自动增益电路也无法正确运作导致无法精确地量测音频特性,更惨的是任何位于输入电路后端的滤波器都无法弥补这种在输入端就已经造成的错误,因此有必要在待测功放机的输出信号输入音频分析仪之前就解决这个问题.AudioPrecision的音频分析仪可以安装多种加权及带通滤波器,这些滤波器位于两级自动增益电路及THD+N量测滤波器之后,其设计的目的是为了调整量测的频宽或予以加权以符合测试规范的要求,SystemTwo或Cascade/Plus也可以安装针对AES17规范所设计的特殊低通滤波器S-AES17,AES17是测量数字音频电路方法的规范,该规范要求在量测之前先以多极(multipole)低通滤波器滤除20kHz以外的噪声,S-AES17可以非常有效地滤除倍频取样转换器所产生的”out-of-band”噪声,但不论是S-AES17或是其它加权或带通滤波器皆无法有效滤除开关模式的能量;如之前所提,必须使用特殊设计的外部高功率低通滤波器来滤除开关模式的能量.为了解决开关式功放机设计者在量测上的困扰,AudioPrecision设计了可以和AudioPrecision音频分析仪(甚至它牌音频分析仪)搭配使用的特殊低通滤波器AUX-0025,该滤波器安装于待测功放机的输出与音频分析仪的输入之间,它可以滤除音频范围以外的开关(switching)噪声,对250kHz以上的信号可以衰减50dB以上,更重要的是该双信道(channel)滤波器的被动式设计不会增加与其搭配使用的音频分析仪的失真及噪声.AUX-0025是目前解决开关式功放机量测问题的唯一方案,目前市面上大部份的音频分析仪都无法量测开关式功放机的音频特性,尤其是失真及噪声值,即使少数可以量到读值的音频分析仪如AudioPrecision,其读值也会因为分析仪本身所产生的失真及噪声而失去准确性