爲什麽要選擇D類功放？
簡單而言，D類放大器效率最高，發熱最小，尺寸最小，非常适合電動汽車(chē)等嚴苛的場(chǎng)景中。
放大技術與音質的關聯，並(bìng)不能完全隻從音質角度出發。以傳(chuán)統的 A 類 / AB 類放大技術來看，A類放大音質最佳，其原理是純(chún)粹對(duì)模拟信号進行線性放大，音質無失真。
但是，A類放大雖然信号保真度最好，卻非常耗電(diàn)。一般來(lái)說，電(diàn)能利用率隻有 20%~30%。除瞭(le)效率差，高耗電也意味著(zhe)會産生大量廢熱，通常需要在放大晶體管上加裝大型散熱片輔助散熱。
另一種B類放大設計，雖然省電(diàn)效果較好，但信号失真對音質影響極大，因此衍生出兼具兩者優點(diǎn)的 AB 類放大，在音質和省電(diàn)之間取得瞭(le)比較均衡的效果，過去成爲消費音響領域最主流的放大方式。
但在當前播放需求中，電(diàn)路整體布局空間越來越小、同時要求降低功耗、延長(zhǎng)續航等發展趨勢下，早在 1958 年就被提出的D類放大器，如今早已成瞭熱門方案。
D 類(lèi)放大採(cǎi)用的是 PWM原理，工作方式類似主闆上的開關(guān)電(diàn)源概念：通過數字頻率波形的疏密來輸出模拟振幅的大小，頻率密則振幅高，反之頻率疏則振幅低。也正因這種工作模式，D 類(lèi)放大也被稱(chēng)爲數字式功率放大或數字功放。
D 類放大省去瞭(le)傳(chuán)統 AB 類晶體放大在做大功率機型時所需的大型變(biàn)壓器、超大容量濾波電容，可以改用小電容和類似開關電源的小型變(biàn)壓器替代，讓電能可以快速、直接地驅動喇叭單元。這種工作模式帶來瞭(le)極高的電能利用率，理論上可達 100%，實際(jì)應用中也常能達(dá)到 80%~90% 的水平。
D 類放大電路工作時不易産生高熱，因此可以省去占用空間的散熱片。此外，由於(yú)採(cǎi)用 PWM 模式，D 類放大電路的體積比傳(chuán)統功率放大線路小很多，成本也更低，再加上低發熱的優點(diǎn)，非常适合用在狹小空間内。
不過從音質角度來看，D 類放大的缺點在於(yú)：它是通過調制過程實現放大，結果必然與原始信号存在一定差異。但在一般消費類産(chǎn)品的音樂播放中，其音質是可以接受的；而且在目前技術下，D 類(lèi)放大的音質越來(lái)越好，尤其在低功率輸出時表現更佳。
評估 D 類(lèi)放大的優劣，主要看電(diàn)源抑制比（Power Supply Rejection Rate；PSRR），單位爲 dB，PSRR 應盡(jǐn)可能高。音質方面則看總諧波失真加噪聲(shēng)比（THD+N），單位爲百分比，THD+N 應盡(jǐn)可能低，一般不超過(guò) 10%，高标準要求則(zé)要低於(yú) 0.1%、0.01%。不過 THD+N 建議結(jié)合負(fù)載阻抗 RI、輸出功率（Output Power）、PWM 調制頻率等參(cān)數一起對比，才能準確(què)判斷。
此外，D 類(lèi)放大具有獨(dú)特的特性，因此在音質評估時必須注意 EMI 電(diàn)磁幹(gàn)擾問題。因爲 D 類放大 IC 會持續、頻繁地進行晶體管的導(dǎo)通與關斷操作，很容易産(chǎn)生電磁幹擾，對音質産(chǎn)生不利影響。因此電磁幹擾輻射越低的産(chǎn)品越好，在空間與成本允許的情況下，也可以用金屬外殼加強屏蔽。
許多 D 類放大 IC 在省電性、控制性、體積縮小、靈活性、保護能力等方面各有側(cè)重，形成各家特色，這些大多與音質關系不大，但有些設計如果做得太過，就會對音質産(chǎn)生影響。
例如一些 D 類放大 IC 會降低後級 LC 低通濾(lǜ)波電(diàn)路的品質：使用更小的電(diàn)容，甚至完全省去電(diàn)容（Cap-Free）；還有些設計連外接電(diàn)感也一並(bìng)省去（LC-Free、Filter-Free），直接利用揚聲(shēng)器音圈的漏感充當(dāng) LC 濾波。這類 D 類放大 IC 體積(jī)可以做得非常小，輸出引腳可直接連接喇叭、耳機(jī)。
雖然這種設計能把體積(jī)做到極小，但高頻部分未經濾波就直接輸出。喇叭很難發(fā)出 20kHz 以上的聲音，即便發出人耳也聽不到，但如果濾波省得太過，也可能對(duì)可聽頻段内的音質産(chǎn)生負面影響。
D類音頻放大器新動向
D類放大器的市場(chǎng)已經持續許久，據EEWorld獲悉，目前主要的車(chē)載D類音頻放大器廠(chǎng)商包括但不限於(yú)ADI、NXP、ST、TI、英飛淩等等，國内廠(chǎng)商則包括瞭(le)納芯微等公司。
意法半導體全集成D類放大器
正是因爲D類放大器的産(chǎn)品年頭很長(zhǎng)，因此芯片廠商的創新腳步稍緩，比如意法半導體（ST），作爲車載D類(lèi)音頻的開(kāi)拓者，其新品是在2021年發布的。
HFDA801A是一款高分辨率音頻放大器芯片，專門爲尺寸緊湊(còu)、追求成本效益的車(chē)用音響系統設計。
HFDA801A是採用四橋配置的2MHz開關頻率、脈寬調制(PWM) D類(lèi)放大器，集成高性能數模轉換(huàn)器(DAC)，可在任何負(fù)載條件下提供高保真級(jí)的音質，開通/關(guān)斷(duàn)操作無噪聲，輸出沒有任何失真。HFDA801A的信噪比爲121dB，動态範圍120dB，輸出噪聲僅10μV，音頻(pín)性能表現出色，而且價(jià)格低廉，尺寸小巧。
集成L-C低通濾波器的反饋(kuì)配置讓放大器具有高達(dá)80kHz的超寬平滑頻響，並(bìng)最大限度降低對外部組件的依賴。高帶寬允許放大器用於(yú)高清(HD)音頻場(chǎng)景，讓設計人員能夠依賴出色的線性度和低失真度，不受所選電感和電容的産(chǎn)品質量影響。
這款放大器採(cǎi)用内部供給全部電(diàn)源電(diàn)壓的架構，使HFDA801A可以從車(chē)輛蓄電池取電，而無需增加額外的電源變(biàn)換器。新放大器具有廣泛的負載範圍，即使大功率驅動四路2Ω低阻抗負(fù)載，也能確(què)保性能穩定。
此外，通過集成實時診斷(duàn)、數字阻抗表和實時負載電(diàn)流監視器，HFDA801A還可用於(yú)安全相關(guān)的必須符合ASIL要求的音頻應用，例如，電(diàn)動汽車(chē)低速提示音系統 (AVAS)。
德州儀器推出單(dān)電(diàn)感調制技術
德州儀器（TI）是最近在D類(lèi)音頻放大器領域比較(jiào)活躍的公司，已連續多年推出新品。今年TI就宣布推出瞭TAS67524-Q1和TAS6501-Q1兩款産品，其中TAS67524-Q1採用瞭TI近兩年主推的1L（單電感）技術。
單電感（1L）調制技術是一項專有的汽車(chē)級創(chuàng)新技術，可将電感電容（LC）濾波器中的電(diàn)感數量減(jiǎn)少 50%，從(cóng)而降低成本、節省印制電(diàn)路闆（PCB）空間(jiān)，並(bìng)最大限度減輕系統重量。
相較於傳統 D 類調(diào)制方案，該技術通過取消每個通道半橋的開關動(dòng)作，有效降低損耗，效率最高可提升 7%。
這項技術可輕松集成到 D 類功放中，不會增加設計複(fù)雜度，同時保持高品質的車(chē)載音頻性能。TI的TAS67x 系列産(chǎn)品便搭載瞭(le) 1L 調(diào)制技術，提供四通道輸(shū)出，支持 19V 或 26V 工作電壓，並(bìng)具備(bèi)實時負載診斷功能。
TI還提到瞭若系統需要主動(dòng)降噪或路面噪聲(shēng)抑制，需要低延遲音頻，TI的D類功放有一條額(é)外低延遲(chí)信号通路，在48 kHz採(cǎi)樣率下信号處(chù)理速度提升最高 70%，實現對(duì)輸入音頻(pín)信号的快速響應。
另外，TI也提出瞭(le)一個有意思的觀點(diǎn)，即将音頻放大器用於汽車座椅振動器系統中的應用。該系統通過座椅振動提供反饋，用於(yú)高端汽車的安全警報(bào)、音頻增強和舒适性功能。
實際上，通過震動裝置使駕駛員座椅産(chǎn)生振動。這些振動可作爲倒車碰撞預警、車道輔助等安全警告，也可作爲提升生活品質的功能，例如增強音頻低音效果。在最高端的車輛中，此技術可用作腰部按摩器。同樣的技術也可應用於(yú)駕駛模拟器和遊樂設施領域。
盡管座椅振動可通過典型的電(diàn)機驅動器實現，但音頻放大器因其能與系統中現有的音頻基礎(chǔ)設施良好配合，成爲系統設計人員青睐的方案。一款精心選擇的多通道D 類放大器既能向振動元件提供所需功率，同時也可驅動傳統的音頻揚聲器。振動效果所選用的頻率通常也處(chù)於(yú)音頻帶寬 (20Hz–20kHz) 範(fàn)圍内，這使得音頻放大器非常适合此類(lèi)應用。
TI分析瞭線性共振傳動器 (LRA)、偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量 (ERM) 電機和螺線管，三者都可以與TI的D類放大器相兼容。
LRA、ERM 和螺線管的直流阻抗通常與音頻(pín)揚聲器的阻抗範(fàn)圍相同：4Ω - 16Ω。這(zhè)使得幾(jǐ)乎任何 D 類音頻放大器都能輕松驅動這些負載。爲瞭(le)幫助縮小器件選擇範圍，還需要考慮其他參數。選擇标準可包括但不限於(yú)以下方面：
• 通道數量
• 每通道輸(shū)出功率
• 電源電壓
• 音頻(pín)輸(shū)入源（模拟或數字）
• 動(dòng)态處(chù)理功能（均衡器、壓縮器等）
• 負載診斷
TAS6424E-Q1是一款能夠驅動車輛中所需執行器和揚聲器的出色器件，因此可成功應用於(yú)此類場(chǎng)景。該通用設計不僅能輕松驅動揚聲器負載，還可利用額外通道驅動執行器，所有功能均通過同一數字音頻總線實現。
氮化镓正在快速發展
氮化镓在車(chē)載音頻市場(chǎng)中也正在蓬勃發展。
EPC表示，盡管 D 類功放優勢衆多，在過去，這類系統大多僅用於(yú)低功率或普通音質的通用音頻設備(bèi)。技術原因很簡單：爲達到要求的失真指标（總諧波失真 + 噪聲 THD+N、瞬态互調(diào)失真 TIM、互調失真 IM），D 類功放必須依靠大量負反饋來彌補(bǔ)其開環性能的不足。而大量負反饋本身就會引入瞬态互調(diào)失真（TIM），帶來一種 “生硬刺耳感”，掩蓋音樂本該(gāi)有的豐(fēng)富細節與音色韻味。
這類失真的很大一部分根源，來自如今幾乎所有數字系統都在使用的功率開關(guān)器件：矽(guī)基 MOSFET。雖然它能提升功放效率，但矽材料本身因開關特性不理想、導通電阻高、存儲(chǔ)電荷量大，一直飽(bǎo)受音頻失真問題困擾。
氮化镓D類功放晶體管技術，其開關(guān)精度極高，能夠(gòu)近乎完美地還原PWM 調(diào)制器輸出的微弱音頻信号功率，從(cóng)而減少甚至完全取消大量負反饋。輸出濾波器帶(dài)寬可翻倍以支持高清音頻，卻不用擔(dān)心EMC/EMI問題。此外，氮化镓D 類音頻功放的開關技術能實現極低的導(dǎo)通電阻與開關損耗，讓功耗幾乎可以忽略不計，從(cóng)而讓全世界既能享受 D 類(lèi)的優勢，又能達(dá)到甚至超越A類的音質。
EPC的eGaN FET擁有更快的開關(guān)速度，讓功放設計(jì)師得以提高 PWM 開關頻率、減小死區時間、大幅降低負(fù)反饋，進而實現以往隻有龐大、複(fù)雜、笨重的A類功放才能達到的音質。
在同等産品價位下，全新 D 類方案即可達(dá)到或超越當下線性功放的音質。舉例來說，基於(yú) eGaN FET 的 D 類功放，中頻 THD 可輕松達到0.005%，而同級線性甲類功放約爲0.05%。
另外，最近英飛(fēi)淩(líng)也正式推出CoolGaN 100V G1系列車(chē)規級晶體管，並(bìng)開始提供符合AEC-Q101汽車(chē)應用标準的預量産(chǎn)樣品，包括CoolGaN™高壓（HV）車(chē)規級晶體管及多種雙向開關(guān)。
除瞭在電源應用之外，CoolGaN系列也非常适合D類音頻放大器場景。
總結
