為輸出級(jí)選擇適當(dāng)?shù)脑浅ｊP(guān)鍵，因?yàn)槠涮匦詫?duì)系統(tǒng)性能具有很大的影響。首先，功率MOSFET必須能夠承受其所期望處理的電壓和電流。由于快速開(kāi)關(guān)的PWM信號(hào)會(huì)在輸出濾波電感器上引起反向電動(dòng)勢(shì)(EMF)，最大的額定漏-源電壓應(yīng)該至少比供電電壓高25到50%。其次，功率MOSFET的“通”電阻導(dǎo)致發(fā)熱并降低功率效率，因此應(yīng)該盡可能低。常用的具有4或8Ω阻抗的揚(yáng)聲器要求RON遠(yuǎn)低于0.2 Ω，以保證阻性損耗適度地低。

　　開(kāi)關(guān)延遲是選擇輸出器件的另一個(gè)重要參數(shù)。WM8608產(chǎn)生脈寬范圍為122ns到2.7μs的PWM信號(hào)。為了保持信號(hào)完整性，輸出級(jí)(功率MOSFET加上電平轉(zhuǎn)換器)的開(kāi)關(guān)延遲與最小PWM脈寬相比應(yīng)該很小。一個(gè)較不明顯的潛在問(wèn)題是晶體管之間開(kāi)關(guān)特性的匹配。例如，如果一個(gè)NMOS器件的開(kāi)啟比其對(duì)應(yīng)PMOS的關(guān)閉快的多，兩種器件的“通”時(shí)期就可能在信號(hào)邊緣出現(xiàn)短時(shí)間的重疊。在兩種器件都導(dǎo)通的情況下，供電電源本質(zhì)上是短路的，導(dǎo)致功率效率降低，熱耗散增加，并且可能降低供電電壓，這將使音頻信號(hào)失真。

　　最后，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該關(guān)注MOSFET門電容。大電容會(huì)引起RC延遲，放慢晶體管開(kāi)關(guān)速度。此外，這也增加了功率耗散，并使驅(qū)動(dòng)MOSFET的電平轉(zhuǎn)換器發(fā)熱。由于同樣的原因，電平轉(zhuǎn)換器的輸入電容也應(yīng)該很小。

　　某些制造商提供集成輸出級(jí)，可以直接連接到WM8608輸出。這些集成電路(IC)通常包含四個(gè)匹配功率MOSFET，并且還控制PWM信號(hào)從3.3V(在WM8608輸出)到更高電壓的電平轉(zhuǎn)換，以便能夠正確地開(kāi)關(guān)功率器件。此外，他們還提供內(nèi)置的短路和過(guò)載保護(hù)。

　　電源因素

　　線性與開(kāi)關(guān)電源的對(duì)比

　　在很多方法中，開(kāi)關(guān)電源相對(duì)于傳統(tǒng)線性電源越來(lái)越多的被使用反映了D類放大器的發(fā)展。兩者普及性的不斷增長(zhǎng)都得益于其高功率效率、小尺寸和更低的冷卻要求。因此，使用開(kāi)關(guān)電源幫助設(shè)計(jì)人員得到了D類技術(shù)的全部好處。不過(guò)，在成本是最重要考慮因素的情況下，D類放大器也可以由常規(guī)線性電源供電。

　　開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)潛在問(wèn)題是由于快速倒換大電流而引起的電磁干擾(EMI)。當(dāng)電源和放大器中的不同開(kāi)關(guān)頻率發(fā)生交調(diào)時(shí)，這個(gè)問(wèn)題就會(huì)惡化，產(chǎn)生在輸出中可能聽(tīng)得到的音調(diào)。作為PWM控制器中的獨(dú)特產(chǎn)品，WM8608提供了同步外部電源和芯片上PWM調(diào)制器的能力，消除了交調(diào)。

　　整流

　　無(wú)論使用何種類型的電源，D類放大器都比線性器件對(duì)電源供電質(zhì)量敏感得多。因此，盡管D類技術(shù)幾乎肯定能夠降低電源要求達(dá)50%或更多，實(shí)際的電源設(shè)計(jì)往往還是寧愿更復(fù)雜一些。理由很簡(jiǎn)單：如果在電源和輸出之間只有開(kāi)關(guān)(功率MOSFET全通或全關(guān))，供電線上的任何電源或音帶波動(dòng)都將調(diào)制輸出信號(hào)。換句話說(shuō)，所有數(shù)字D類放大器都具有一個(gè)0dB的電源供電抑制比;它們本質(zhì)上將電源用做電壓參考。

　　因此，好的負(fù)載整流，不僅僅是針對(duì)直流而是對(duì)于整個(gè)音帶來(lái)說(shuō)是不可或缺的;不良整流的電源會(huì)導(dǎo)致諧波失真。許多制造商提供浮動(dòng)整流器，可以附加到現(xiàn)有的電源上，以便在必要時(shí)改善負(fù)載整流。在每個(gè)放大器輸出使用一個(gè)獨(dú)立的整流器具有降低音頻聲道之間串?dāng)_得額外好處。

　　瞬態(tài)行為

　　供電電源的另一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是其處理瞬態(tài)的能力。為了使輸出級(jí)精確地重現(xiàn)PWM信號(hào)，電源必須能夠非?？斓靥岣呋蚪档推潆娏鳎⑶也划a(chǎn)生阻尼或降低輸出電壓。由于輸出級(jí)的帶寬限制在音頻范圍，線性放大器在這方面的要求更少。因此，一個(gè)在線性系統(tǒng)中表現(xiàn)良好的電源可能不適合D類技術(shù)。

　　存儲(chǔ)電容器是確定電源瞬態(tài)行為的最關(guān)鍵元件。首先，其必須保持足夠的電荷來(lái)防止電流沖擊引起供電電壓下降，直到整流器發(fā)生作用(快速整流器有助于使電容器適當(dāng)?shù)匦?。其次，由于任何寄生電阻或電感都阻止存儲(chǔ)電荷的快速傳遞，必須使用低ESR(有效串聯(lián)電阻)電容器。添加一個(gè)與大的常規(guī)電解電容器并聯(lián)的小的低ESR電容器是不夠的：因?yàn)樗械妮敵龉β识家远痰耐话l(fā)形式提供，所以所有電容都必須是低ESR的。PCB銅跡線上的寄生電阻和電感同樣有害，應(yīng)該通過(guò)將存儲(chǔ)電容器盡可能靠近輸出級(jí)放置來(lái)盡量降低存儲(chǔ)電容。

　　通過(guò)安排不同輸出級(jí)中的MOSFET在不同時(shí)間開(kāi)關(guān)，可以緩解對(duì)電源瞬態(tài)行為的要求。對(duì)于這個(gè)目標(biāo)，WM8608的內(nèi)置“PWM輸出階段”功能在各個(gè)輸出聲道的PWM信號(hào)之間引入了160ns的延遲。盡管160ns遠(yuǎn)不足以在輸出中產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)差異，這將開(kāi)關(guān)瞬態(tài)擴(kuò)展到了整個(gè)PWM周期。在具有六聲道的多聲道系統(tǒng)

　　中，這種技術(shù)大大降低了最大順勢(shì)負(fù)載，并減少了串?dāng)_。

　　EMI和布局的考慮

　　EMI(電磁干擾)是D類放大器設(shè)計(jì)中永恒的關(guān)注點(diǎn)，因?yàn)樗坏貌怀休d高功率PWM信號(hào)的導(dǎo)線發(fā)射PWM頻率的電磁輻射及其進(jìn)入射頻波帶的諧波。長(zhǎng)的非屏蔽揚(yáng)聲器電纜本質(zhì)上就象天線一樣。因此，重建濾波器在滿足相關(guān)規(guī)章方面起到重要作用。設(shè)計(jì)人員經(jīng)常面臨兩難境地，即低截止頻率的濾波器可以抑制EMI，但是也損耗音頻頻譜的高端，而高截止頻率會(huì)保持平坦的頻率響應(yīng)，卻要付出增加EMI的代價(jià)。高階濾波器可以滿足兩種要求，但是更貴，而且會(huì)降低功率效率。WM8608提供了內(nèi)置的數(shù)字揚(yáng)聲器均衡器，可以安排為三重放大。這使得使用低截止的低階重建濾波器，同時(shí)仍然保持頻率響應(yīng)在音頻范圍內(nèi)平坦成為可能。

　　在放大器內(nèi)部，可以通過(guò)保持輸出級(jí)和濾波器之間的供電線和連接可行地短而降低EMI?？赡艿脑挘@些元件應(yīng)該與供電電源在同一塊PCB上。由于降低了阻性損耗，短而寬的銅跡線也使得放大器的效率更高。在多聲道系統(tǒng)中，很難將大量的功率MOSFET靠近電源放置，為了防止串?dāng)_，一種在每端具有一個(gè)低ESR存儲(chǔ)電容器的“星形”連接是非常理想的。

　　系統(tǒng)中可以方便地放置在離其它電路某段距離的地方的部件是PWM控制器。為了防止來(lái)自其它系統(tǒng)元件的干擾在PWM信號(hào)中引入抖動(dòng)，WM8608輸出可以從標(biāo)準(zhǔn)CMOS電壓電平切換到LVDS(低電壓差分信號(hào))模式，每條線都用100 Ω負(fù)載終結(jié)。LVDS還降低了電磁輻射以及由長(zhǎng)的信號(hào)運(yùn)行引起的RC延遲。

　　測(cè)得的性能

　　消費(fèi)者音頻放大器的三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是總諧波失真(THD)、信噪比(SNR)和功率效率，D類技術(shù)相對(duì)于模擬技術(shù)具有無(wú)可爭(zhēng)議的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于噪聲，D類技術(shù)現(xiàn)在在消費(fèi)者市場(chǎng)上與大多數(shù)模擬放大器相當(dāng)。例如，對(duì)于CD重放，SNR的瓶頸通常不在于放大器而在于光盤上的16-bit音頻編碼。借助更快的PWM開(kāi)關(guān)，SNR在未來(lái)可能進(jìn)一步改善。關(guān)鍵問(wèn)題是供電電源和輸出級(jí)是否能夠跟上開(kāi)關(guān)速度。這兩種元件共同決定了THD，理想情況下應(yīng)該作為一個(gè)單元共同設(shè)計(jì)。利用WM8608 PWM控制器和穩(wěn)定而良好整流的電源，在傳送1W音頻功率時(shí)，測(cè)量顯示THD為0.01% (-80dB)，在30W時(shí)則下降到0.1% (-60dB)。還得到了高達(dá)90%的效率和超過(guò)100dB (A-權(quán)重)的SNR。在同等線性放大器一半的功率消耗之下，D類技術(shù)達(dá)到這樣的性能指標(biāo)，證明其已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)在消費(fèi)者音頻業(yè)務(wù)中無(wú)人能夠忽視的地步。