如今，MP3播放器、PMP和手機等便攜産品都面臨延長電池使用時間的挑戰。在這方面，由於(yú)比AB類放大器具備更高的效率，D類放大器備受矚目，特别是無濾波器D類放大器爲工程師在設計便攜産品時提供瞭(le)更大的靈活性。

如今，MP3播放器、便攜式媒體播放器(PMP)或手機等許多便攜式産品都具備MP3或MP4播放/錄音功能。不論採用的是硬件抑或軟件解碼，功耗都是個問題。因此，這些便攜式産品所採用的電池也遇到使用時間縮短的難題。某些情況下，用戶會用免提(揚聲器模式)播放電影或音樂。這給系統電池增添瞭額外的負擔。盡管電池容量通過採用新技術??從鎳鉻(Ni-Cad)電池到鎳氫(Ni-MH)電池再到锂離子(Li-ion)電池??而得到改進，但仍然無法完全克服電池使用時間縮短的問題。

爲瞭使電池貯存更多的電量，功率放大器成爲瞭我們注意的一個焦點。其中，D類放大器具有比AB類放大器更高的效率。大家知道，典型的AB類放大器效率最高隻能達到50-70%，而典型的D類放大器與之相比，效率可達85%，尤其是在低功率輸出方面。更高效率意味著可以節省功率，並使産生的熱量較少。而更低的功率消耗及熱量能使你設計的系統更加可靠，電池使用時間更長。你可以發現D類放大器比AB類放大器能儲存更多的能量。即使是全功率或低功率輸出，效率方面也更爲突出。

基本的D類放大器理論是給定的小模拟信号作爲功率放大器的輸入。功率放大器内部調制器将模拟轉換成數字信号，如脈寬調制(PWM)或脈沖編碼調制(PCM)(取決於器件採用何種調制方式)。但它仍然是一個微弱的數字信号。然後，橋接放大器将數字信号的振幅放大。爲瞭将高幅度數字信号轉換回模拟輸出，還需要一個無源LC濾波器。圖1能說明更多細節，其中，紅色方框内代表功放器件(芯片)部分。

圖3：典型的低通濾波器電路。

圖2是典型的PWM D類放大器結構(gòu)。藍色方框代表PWM轉換器(調(diào)制器)。紅色方框表示高功率放大器。放大器和揚聲器之間的最終輸出級是無源低通濾波器(LPF)。D類放大器的低通濾波器必不可少。

圖3是典型的低通濾波器電路。功放和揚聲器之間串聯兩個電感。當功放工作時，大電流會流過這兩個電感。由於(yú)有大電流通過，因此要選擇大尺寸電感。但對於(yú)便攜式産品，PCB空間十分有限，不允許使用兩個大電感。除瞭(le)兩個大電感之外，外部的三個電容也占用瞭(le)PCB空間。

爲瞭(le)避免使用輸出濾波器，美國國家半導體(National Semiconductor)專門研制出瞭(le)系列無濾波器D類放大器，爲攻占這一市場提供瞭(le)靈活性。其概念是採(cǎi)用一個移動的線圈揚聲器作爲變送器(transducer)。音頻放大器上的典型變送器負載相當感性(感性負載)。因此，揚聲器負載可擔當作爲其自身的濾波器。

美國國家半導(dǎo)體提供多款“無濾波器”D類放大器解決方案，如LM4666、LM4667、LM4670和LM4671等。下面列出的是這幾款放大器的主要特性或典型設計電(diàn)路。

圖4所示爲典型的LM4666應用電路。LM4666是一款每聲道可輸出1.3W的高效率全面差分D類立體聲揚聲器放大器，增益更可由用戶自行選擇(6-12dB)。這個單芯片的立體聲解決方案不但設計靈活，而且容易使用，由於增益可自行選擇，因此所需的零件可以減至最少，而電路闆的闆面空間也可盡量縮小，有助降低系統的整體成本。由於這款放大器芯片的能源效益極高，因此功耗較低，而芯片本身所耗散的熱能也較少，有助延長移動電話的電池壽命及通話時間。此外，由於LM4666也採用delta-sigma調制技術，因此可以抑制輸出噪音，減少總諧波失真(THD)，以這方面來說，確實比傳統的脈沖寬度調制(PWM)D類放大器優勝。

圖4：典型的LM4666應用電路。

當THD等於1%(Vdd=5V)時，LM4666能将每通道1.2W的輸出功率傳送給8歐揚聲器。兩個内部固定增益通過一個增益選擇引腳進行控制，如6dB或12dB。LM4666具有低功耗關斷模式。封裝爲micro-SMD及MSOP。當電源電壓爲3.3V時，能驅動4歐揚聲器。

LM4667是一款全面集成的單電源、高效率開關音頻放大器。由於這款芯片設有創新的調制器，因此無需裝設一般開關放大器必須採用的輸出濾波器。LM4667採用delta-sigma調制技術處理模拟輸入信号，因此輸出噪音以至總諧波失真及噪音(THD+N)都比採用傳統的脈沖寬度調制器低。LM4667芯片是專爲移動電話及其他便攜式通信設備而設計，務求能滿足這類電子設備的要求。這款芯片隻採用一個3伏的電源供應器，可以連續輸出平均約450mW的功率以驅動8W感性負載，而總諧波失真及噪音不會超過1%。這款芯片更可靈活利用2.7伏至5.5伏的電源供應操作。

當THD等於2%(Vdd=5V)時，LM4667能将1.3W的輸出功率傳送給8歐揚聲器。兩個内部固定增益通過一個增益選擇引腳進行控制，如6dB或12dB。其外部元件非常少。LM4667具有低功耗關斷模式。封裝爲micro-SMD及MSOP。當電源電壓爲3.3V時，能驅動4歐揚聲器。

LM4670及LM4671都是全面集成的單電源供應、高效率開關音頻放大器，LM4670可以提供3W的功率輸出，而LM4671的輸出功率則高達2.5W。這兩款放大器芯片都設有創新的調制電路，因此無需加設輸出濾波器，這個優點是典型的開關放大器所沒有的。由於無需加設輸出濾波器，因此系統所需的外置元件便可以減少，有助精簡電路設計及縮小電路闆面積。LM4670芯片利用delta-sigma調制技術處理輸入模拟信号，這個設計可減少輸出噪音及總諧波失真。LM4670放大器的特點是輸出功率較高，因此最适用於超高功率對講機、移動電話對講系統及免持聽筒等應用。LM4671芯片可以利用PWM技術處理輸入模拟信号，因此輸出噪音較少，最适用於耳機/接收器、高功率振鈴及免持聽筒等音頻系統。

當THD等於1%(Vdd=5V)時，LM4670單sigma-delta調制無濾波器D類音頻放大器能将2.3W傳送給4歐揚聲器。器件增益可進行外部配置，即可通過将信号累加的多種方式進行獨立的增益控制。LM4670具有低功耗關斷模式。封裝爲micro-SMD及LLP。

當THD等於1%(Vdd=5V)時，LM4671單PWM調制無濾波器D類音頻放大器能将2.2W傳送給4歐揚聲器。器件增益可進行外部配置。LM4670具有低功耗關斷模式。封裝爲micro-SMD。

無濾波器D類放大器的應用設計技巧

功率放大器輸出中存在的攻擊性波形可能會對系統中的其它器件帶來幅射或影響，從而産生幹擾。有必要保持輸出迹線較短(見圖5)，如果有可能的話，還要對其進行很好地屏蔽。

以手機應用爲例。手機PCB設計上的挑戰在於兩個方面：一是闆面積小，二是有RF的電路。因爲可用的闆面積有限，而又有數個不同特性的電路區域，如RF電路、電源電路、話音模拟電路、一般的數字電路等，它們都各有不同的設計需求。在這種情況下，好的布局必須防止射頻能量與電話中的基頻部分或音頻電路的音頻與功率迹線産生串擾。從布局方面考慮，我們不可以将功率放大器放在天線附近，因爲在有電話撥入或撥出時天線的輻射會與高功率輸出産生串擾。此外，所有的信号路徑必須通過接地層進行屏蔽/隔離。使用接地層、磁珠和微帶設計技巧對於防止發生多餘的幹擾而言都非常有好處。

而随著輸出功率提高，放大器、負載和電源之間的互連阻抗(PCB迹線和連線)會産生電壓降。放大器與負載之間的迹線上的電壓損耗會使輸出功率降低，效率下降。而電源與功率放大器之間過高的迹線阻抗也會導緻同樣的結果，如電源供應不穩定、電源線紋波增加，以及峰值輸出功率下降。此外，由於輸出功率提高，輸出電流也随之提高，殘餘迹線阻抗也會升高。爲瞭維持最高的輸出電壓擺幅和相應的峰輸出功率，連接輸出引腳到負載引腳的PCB迹線應該足夠寬，從而将迹線阻抗最小化。