高保真数字功率放大器设计

高保真数字音频放大器设计

毕业设计(论文)设计论文题目：高保真数字音频放大器设计学生姓名：

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学院名称：

指导老师：

学院院长：高波20040710504电子五班电气与信息工程学院黎福海王耀南

2008年5月28日

高保真数字音频放大器设计

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摘要

介绍了数字音频功率放大器的基本原理，并对其关键技术进行了详细论述。通过分析数字功率放大器芯片产品的发展动态，选用一套典型芯片研发了双声道全数字功率放大器，并结合单片机组成一个完整系统，从而向商业化应用推进。提出并设计了一种新型音频功率放大器。该系统通过高速采样,多采样率的插值运算,半带低通滤波以及Σ-△调制,将音频PCM信号转换成二进制序列,经过高速开关管还原出具有原始功率谱的功率信号。该功率放大器具有D类数字功放高效率特点的同时,能够保证高保真的还原性,并且具有进一步提升信噪比的空间。

字关键词：PWMPCM过采样噪声整形数字功率放大器半带数半带数字

滤波器

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DesignofDigitalAudiopower

amplifier

Abstract

Thispaperintroducestheprincipleofdigitalaudioamplifier,anddissertatesthecriticalissuesindetail.Bycomparingstate-of-the-arttechnologiesinthisfield,adoublechannelfullydigitalaudiopoweramplifierisdevelopedwithatypialchipset.Thischipsetisinterfacedwithandcontrolledbyamicro-controller,formingacompletesystemforcommercialapplicaition.AnewkindofdigitalaudiopoweramplifierbasedonDSPisproposed.ItsamplestheaudioPCMsignalinhighspeed,dointerpolationofmulti-speedandfilteritbydigitalfilter.ThedigitalfiltersarehalfbandfilterandΣ-△modulation,alldesignedforhighspeedandhighsignalnoiseratio.Afterfilterthemodulatedsignalischangedintobinarysequence.ThenusethebinarysequencetodrivePowerMOStoproducepowersignalwithoriginalspectrum.Thisamplifierownthecharacterofhighefficiencyandhifiquality,andtheSNRcouldbeeasilypromoted.

KeyWords：pulsewidemodulation.pulsecodemodulation.oversampling,noiseshaping,digitalpoweramplifier.halfbandfilter

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目录

1绪论..............................................................1

1.1概述........................................................1

1.2数字音频放大器的研究现状....................................2

1.2.2数字音频放大器的分类...................................2

1.2.3介绍几种数字音频放大器的主流产品.......................3

2数字音频功率放大器与模拟音频功率放大器的比较......................7

2.1D类音频放大器的原理和方法...................................8

2.2数字音频功率放大器的优点....................................9

3数字音频功率放大器原理及实现.....................................11

3.1基本原理...................................................11

3.1.2噪声整形..............................................12

3.1.3功率驱动及低通滤波....................................13

3.2全数字音频功率放大器的实现.................................13

3.2.1数字功放芯片发展现状..................................13

3.2.2DDX4100和DDX2060套片................................14

3.2.3MCU控制的可编程数字功率放大器的实现..................15

4语音信号DSP处理过程的详细分析...................................17

4.1多采样率处理...............................................17

4.2半带低通滤波器设计.........................................18

4.3Σ-△调制器................................................21

5结论.............................................................22

致谢:..............................................................23

参考文献...........................................................24

附录...............................................................26

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1绪论

扩声音响系统的数字化发展极为迅速，声源继续向更新、更高的技术迈进。数字调音台已不只用于专业录音，已开始进入现场扩声工程。音频信号处理设备的数字化进程发展得很快，各种可编程的数字音频处理器已大量进入市场，扩声工程系统已进入数字网络传输年代。但音频功率放大器至今仍以模拟功放为主。数字音频功率放大器（DPA/DigitalPowerAmplifier）以其特有的优越特性取代模拟功放是发展的必然趋势。

1.1概述

近年来，随着集成电路集成度、时钟频率、功耗、面积等性能的提高，很多尚未数字化的领域也在逐步加入到数字化行列K分享数字化带来的各种优势。目前的语音信号数字化处理系统可用图1简要表示。

图1语音信号乱系统框图

从图1可以看出，在整个数字化过程中，模拟部分仅剩下功率放大和扬声器。因此，数字化处理后的语音信号到达模拟功率放大器之前，必须进行%L&转换，以便被功率放大器放大。从完全数字化的进程看，功率放大器数字化模块势在必行。

目前，功率放大器分为A类、B类、AB类和D类。A类模拟功放保真度高，是目前高档功放的主要方式，但其效率低，还不到10%。AB类模拟功放保真度比A类稍差，效率提高到20-40%。采用PWM调制驱动功放管的D类功放，由于使功放管处于导通截止两个状态而被一部分人称为数字功率放大器。对于一般的D类放大器，由于对数字信号处理不够或根本没有进行数字信号处理，其性能远不能与A类功率放大器相提并论，但D类放大器

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的效率能达到90%左右，在工作时不需要散热片，因而在一些对性能要求不是很高，而又需要节约电源和空间的地方常被运用。

考虑到D类功放的效率和&类功放的性能，很多厂家都在积极研究生产效率高、性能好的真正数字功率放大器。由于集成电路的性能大幅度提高，数字信号处理理论的进一步完善，国外部分厂家已推出高性能、低功耗的数字功率放大集成芯片，在一些高档产品中应用并投放市场。

1.2数字音频放大器的研究现状

我们已经进入一个数码时代,现在可以说样样科技产品都在追求数字化:数

码相机、数码摄像机、数字电视机,甚至数字家庭影院等,仿佛不经数字化就会沦为过时产品。当然,音频放大器也不例外.

1.2.1数字音频放大器的市场现状

数字音频放大器早在几年前就已经面世了,然而当时受限于技术不成熟,配套产品不齐全,而且价格昂贵,因此在市场上沉寂了好长一段时间.直到近年来,Sony,Onkyo,TacTAudio,Philips等音响品牌都在着手开发.数字功放才能重再天日.为音响玩家重现真实原音.

1.2.2数字音频放大器的分类

1.准数字式

对于传统的前后级式功放而言,大部分前级的音频解码部分都是数字式的。假如有模拟音频信号输入(如磁带),它会先转化为数字信号,以解码出5.1声道的环绕声效果。但是在进入后级功放前,必须又先转换成模拟信号。然后在后级功放部分放大模拟音频信号,再推动音箱喇叭出声。至于数字功放,基本的信号处理程序类似模拟功放。只不过当最初的模拟音频信号转换成数字音频信号后,不需要再转换成模拟信号,直

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接进入后级功放进行数字放大,然后才转换成模拟信号推动音箱喇叭。由此可知,数字功放的优点是少了一个转换步骤,使失真现象减少。不过,除非输入、解码、放大、输出都是数字电路,否则它只能算是“准数字式”。

2.全数字式

正如上面所说,真正的“数字功放”必定是按照全数字方式处理的:从CD机、DVD机等数字音源直接输入数字音频信号,经过线性放大处理,输出线性放大的数字音频信号。在这个过程中,大前提是没有经过任何模数转换器(ADC)或数模转换器(DAC)处理,同时应直接驱动音箱喇叭发声。

1.2.3介绍几种数字音频放大器的主流产品

1.TacTAudioMillenniumMK3

来自丹麦的TacTAudio,是全球首家推出真正数字功放的品牌。MillenniumMK3是该公司另一款MK2数字功放的升级型号,从外形上看两者极为相似,只不过MK3的控制旋钮设于机身正中间,视觉效果上使机身左右完全对称。它的面板操作相当简约,左右两个按钮分别选择/确定音源,中间的控制旋钮用来调节音量,其余功能则交给遥控器负责。

MK3的核心源自EqubitDSP的运算技术,内置取样频率为400kHz,将PCM信号转换为更高的PWM信号。经放大后的PWM信号取样频率为100MHz,比CD快2267倍,通过1与0的开关控制电压来直接推动喇叭发声。整个过程中没有任何模

拟放大。

接口方面,MK3备有其他机型较为罕见的RS232端子,可与电脑连接。原因是它的官方网站(http://www.tactaudio.dk)经常发布新版本的固件程序(Firmware)供用户下载,目的是升级和增强MK3的功能。

至于音频表现,由于数字功放的音乐还原性高,因此相比起“胆机”(电子管功放)而言,MK3的个性较好,所以无论是哪一类型的音乐,MK3都能够举重若轻地准

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确表现出来。特别是对于那些动态大的音乐,可听出更多的细节。如:能够听出交响乐中的小提琴上的弦乐震动,或国内某些CD录音上的瑕疵等。

技术规格

输出脉动波纹:<135dB

输出功率:每声道150WRMS、8Ω<0.02%THD;每声道300WRMS、4Ω<0.02%THD性噪比:113dBA、20Hz～20kHz

最大动态范围音量:>113dBA、20Hz～20kHz

总动态范围:>140dBA、20Hz～20kHz

直流输出阻抗:200mΩ

输入端子:3×S/PDIF(1RCA、2BNC)、光纤、AES/EBU、RS232

输出端子:AnalogR&L、AES/EBU、RS232

外形尺寸:145mm×450mm×413mm

重量:28kg

售价:约11万元人民币

2.PhilipsDFR-9000

欧洲机的设计与日本机是不同的。DFR-9000是Philips的新款数字式影音接收机(AVReceiver),纯银色的机壳,体形与一部DVD机相仿,厚度只有95mm。然而,最吸引人的还是面板上的三只“眼睛”(显示窗口)。打开机身电源后,“眼睛”泛出阵阵蓝光,而且每只眼睛提示的功能都不同。左边一只显示当前开启的功能模式,中间一只显示输入信号类型和环绕声效果类型,右边一只则显示输出声道。不用听声音,单看外形已令人赏心悦目。

作为新一代的数字功放,绝不能缺少HDMI和DVI等高质的数字视频输出接口,飞利浦DFR-9000内置HDMIVer1.1接口,可以同时输出视频信号和多声道音频信号。

另外,很多朋友对功放(Amplifier)和接收机(Receiver)有些混淆,以为是两种不同的器材。其实它们在功能上几乎是一样的,只是接收机增加了收音机功能,飞利浦DFR-9000就是最新的例子。

技术规格

每声道输出功率:190W

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输出声道:8第5

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支持环绕声效果标准:DolbyPrologicⅡx、DolbyDigitalEX、DolbyDigital、dta、dts96/24、dtsESMatrix、dtsEXDiscrete、dtsNEO:6

模拟端子:分量视频、S-Video、复合视频

数字端子:HDMI1.1、HDCP1.1、DVI、同轴、光纤

外形尺寸:435mm×380mm×95mm

重量:7kg

售价:6000元

3.SONYTA-DA9000ES

TA-DA9000ES光看外表,其实很难分辨它是模拟机或数字机,因为身躯确实与“纤薄”背道而驰。原因是虽然一般数字功放采用高效率的开关电源,使得体积较小,但索尼TA-DA9000ES为获得模拟放大器的音质,而使用了一个体积庞大的模拟式环形电源变压器,并且垂直安放,才会增加机身高度。

外形方面,索尼TA-DA9000ES采用一般模拟功放的设计,金色机身,面板简约,但打开隐藏的暗门后,一排排整齐有序的按钮自会曝光。

这部具有7.1声道输出的数字功放,使用索尼专为数字功放设计的S-MasterPro放大技术,从输入到输出没有使用任何回路,而且精密的DSP运算可有效降低高音和低音在一般模拟放大时因分流点误差出现的扭曲和失真;专门设计的S-TACT技术更大幅度减少超高频的噪音和杂讯。另外,机身设有i.Link(1394)输入接口,可连接提供了i.Link输出接口的SACD数字音频播放机,由于i.Link负载音频数据,故只要一条信号线就能代替本来六条的模拟音频线。

数字功放的特性是将音源真实地表达出来,因此,不少人都感觉它的声音比较冷和硬梆梆的,索尼数字功放也不例外。然而,感觉到音色较冷的同时,也能隐约地感受到索尼本身的风格,例如细腻感及细节表现清晰

重量:28.5kg

售价:约27000元

4.OnkyoA-1VL

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Onkyo(安桥)A-1VL外观平实、高格调的路线。纯银色的机身上没有多少花哨,左方是输入切换旋钮,右边是音量调节旋钮、静音(Mute)及直通(Direct)按钮。按下Direct按钮后,音源信号会被直接输出,不受音量调节旋钮所左右。至于机身背后的连接端子,均为纯铜镀金,喇叭连接则采用旋钮紧锁式设计。

放大电路部分,同样采用PWM数字技术,以及安桥最出名的矢量线性校正电路(VLDigital)。所谓的“VLDigital”技术是指通过信号比较发生器,使数据在两个独立点之间进行连续取样,差值与模拟矢量进行实时对接,并将两点之间的反差值反馈给矢量发生器,从而产生平滑的输出波形。完全无噪音的平滑音频信号,可忠实地表现一切音响细节。

不过,最令人佩服的是它的功率放大,不比模拟机逊色,即使用它同时推动9个喇叭也没问题,而且出来的效果令人惊喜。

技术规格

每声道输出功率:260W

输出声道:7

支持环绕声音效标准:DolbyPrologicⅡx、DolbyDigitalEX、DolbyDigital、dta、dts96/24、dtsNEO:6

模拟端子:分量视频、S-Video、复合视频

数字端子:i.Link、同轴、光纤

外形尺寸:430mm×238mm×430mm

功放搭配C-1VLCD唱机及B&W705书架式音箱的效果,音质真的令人感到惊喜。印象最深的是它广阔的动态范围,高音至低频都有着良好从容的伸展,背景宁静得吓人,这也意味着它有极佳的性噪比。

实际试听时,我发现这套组合有超卓的分析力。打个比方说,如果同价位的功放有DVD般的画质,A-1VL就有HDTV般的高清质量。在个性上,它不像电子管功放偏向柔和而欠缺速度感,也不像某些晶体管功放只顾营造大场面而显得粗声粗气;安桥A-1VL不但能够保留音乐中的细微信号,并将它忠实呈现出来,而且在演绎大场面尤其是演奏交响乐曲时,所表达出的磅礴气势老实说胜过了不少比它更贵的前后级音响组

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合。

由于采用独家的VLDigital技术,安桥A-1VL可在数字放大过程中消灭信号的噪音,同时能平滑化波形,故出来的音质很有模拟味,也能适度地保留音乐感,声底其实一点也不硬和干涩,中低频更有一种醇厚的味道,播放人声时的拟真度极高。高频方面则有开扬的伸延,这对立体感、音场的营造和空气感的演绎有很大帮助。其逼真的体验可说是同价位产品中前所未有的。笔者一直觉得听Hi-End级的音响器材就如活见鬼般,家中仿佛多了一个女高音在唱歌,逼真得闭上双眼几乎可以触及她,其实这是一种相当恐怖的感觉。而安桥A-1VL是首部万元级的数字功放能给笔者这种感觉的产品。

技术规格

输出:100W×2、8Ω、1kHz、DIN

频率响应:10Hz～60kHz(1,-3dB)

端子:CD、Tuner、Line1、Line2(In&Out)、Phono、Preout、MainIn外形尺寸:435mm×81.5mm×390mm

重量:11.3kg

售价:15000元

2数字音频功率放大器与模拟音频功率放大器的比较

在传统晶体管放大器中，输出级包含提供瞬时连续输出电流的晶体管。实现音频系统放大器许多可能的类型包括A类放大器，AB类放大器和B类放大器和D类放大器。而前三种放大器的输出级功耗很大。而D类放大器在这里又略显优势，因为低功耗产生热量较少，节省印制电路板（PCB）面积和成本，并且能够延长

便携式系统的电池寿命。而数字音频放大器就会克服这些缺点，实现高保真的音频放大器。

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2.1D类音频放大器的原理和方法

D类放大器的拓扑结构如图2，其功耗远小于A类,B类和AB类放大器。D类放大器的输出级在正电源和负电源之间切换从而产生一串电压脉冲。这种波形有利于降低功耗，因为当输出晶体管在不导通时具有零电流，并且在导通时具有很低的VDS，因而产生较小的

功耗IDS×VDS。

图2D类开环放大器框图

由于大多数音频信号不是脉冲串，因此必须包括一个调制器将音频输入转换为脉冲信号。脉冲的频率成分包括需要的音频信号和与调制过程相关的重要的高频能量。经常在输出级和扬声器之间插入一个低通滤波器以将电磁干扰（EMI）减至最小，并且避免以太多的高频能量驱动扬声器。为了保持开关输出级的功耗优点，要求该滤波器（见图

3）是无损的（或接近于无损）。低通滤波器通常采用电容器和电感器，只有扬声器是耗能元件。

功耗和功率效率的差异在中等功率水平处很大。这对于音频很重要，因为大音量音乐的长期平均功率水平要比达到PLOADmax的瞬时峰值水平低很多（为其1/5到1/20，

取决于音乐类型）。因而，对于音频放大器，[PLOAD=0.1×PLOADmax]是一个合理的平均

功率水平，按照这个功率水平评估PDISS。在这个功率水平，D类放大器输出级的功耗是B

类放大器的1/9，是A类放大器的1/107。

对于10WPLOADmax的音频放大器，1W的平均PLOAD认为是保真音频功率水平。在

这种条件下，D类放大器输出级内部功耗为282mW，对于B类放大器为2.53W，对于A

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类放大器为30.2W。在这种情况下，D类放大器的效率从高功率条件下的90%减少到78%。但即使是78%也要远优于B类放大器和A类放大器，它们的效率分别为28%和3%。

这些差别对于系统设计具有重要的影响。对于1W以上的功率水平，线性输

出级的过大的功耗要求采用有效的散热方法以避免不可接受的发热，通常是使用大金属板作为散热板，或用风扇促进放大器空气散热。如果放大器是集成电路（IC），就可能需要大尺寸、高成本的增强散热封装以促进热传导。这些考虑在消费类产品中很麻烦，例如平板电视，其印制电路板面积（PCB）面积很宝贵，或汽车音响，其发展趋势是在固定空间内增加通道数。

对于1W以下的功率水平，处理浪费的功率可能比处理散热还困难。如果是电池供电，线性放大器输出级消耗电池电荷要比D类放大器快。在上面的例子中，D类放大器输出级耗费的电源电流是B类放大器的1/2.8，是A类放大器的1/23.6，因此它们用于蜂窝电话，PDA和MP3播放器等产品在电池的寿命方面有很大差别。

迄今为止，我们为了简单起见，只是专门注重放大器输出级的分析。但是当考虑放大器系统中所有功耗时，线性放大器要比低输出功率D类放大器更有利。原因是在低功率水平条件下，产生和调制开关波形所需要的功率会很大。因而，精心设计的低中功率的AB类放大器的宽系统静态功耗优势使得它们可与D类放大器相竞争。虽然对于宽的输出功率范围，毫无疑问D类放大器具有低功耗优势。

2.2数字音频功率放大器的优点

数字功率放大器与模拟功率放大器的主要技术特性比较见表1

表1数字功放与模拟功放的技术特性比较特性

瞬态特性（涉及中、高频

音质的清晰度）

动态特性（涉及对特大信

号和最小信号不失真的

表现能力）≤80dB≥95dB模拟音频放大器转换速率10-18V/μs数字音频功率放大器转换速率≥40V/μs

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全频段内相移（涉及声像5-10（取决于负反馈的深第10

页无相移（不用负反馈）

定位）

对功放群的遥控、遥测特

性

电源利用率（效率）（即

能源消耗）

长距离传输特性度）技术难度大容易实现45-55%（与负载阻抗有关）≥90%（不随负载阻抗变化）会引起信噪比下降，失真不会引起信噪比下降，失

增大真不会增大

可直接连接与数字声源和信号处理

器的匹配连接

最大输出功率需经A/D变换才能连接每通道可最大输出

5000W/2Ω（不桥接）每通道可最大输出1000W/2Ω以上（不桥

接）

可连接最低负载阻抗

对电源电压的要求2Ω人工切换1Ω100-250V范围内无需切换

散热要求由于电源利用率低，发热由于电源利用率高，机内

量大，温升高，必须采用发热量小，温升低，散热

强制冷却简单

可靠性机内温升每提高10。，半导机内温升低，因此可靠性

体器件的失效率提高1倍系数增大

小（只有模拟功放的1/3-

1/4）体积和重量大

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3数字音频功率放大器原理及实现

3.1基本原理

数字功率放大器的主要部分是前端的数字信号处理，以实现把多比特数字信号（如PCM编码）变换成1bit的脉宽调制（PWM）信号流输出。用PWM信号来控制后端的H桥.MOSFET功率管的导通和截止，实际上也就实现了对PWM控制信号的能量放大。放大了的PWM信号流在通过一个低阶的无源低通滤波器，滤除高频部分，

理论上无失真地还原了模拟音频信号并送扬声器发声。其整体主流程框图如图3所示。为了将16bit的PCM信号转换成1bit的PWM信号，在理论上1bit调制器在每一个变换周期内要执216触发。因此在44.1GHz的取样频率下，1bit量化器的时钟频率达44.1X216=2.9GHz，这对于目前的技术来讲是不实际的。如果降低传输速率来满足硬件的限制，噪声级又增加了。为解决这些问题，采用了N倍过取样滤波和噪声整形技术，来提高取样频率和降低量化噪声。

图3数字功率放大器主流程

3.1.1N倍过取样滤波

N倍过样滤波就是把输入的以地fs抽样频率的数字信号用N倍fs的频率再抽样。在两个抽样值之间，插入的N-1个值是按两抽样值计算出来的。在实际过采样中，还常常先在多比特信号上加入1bit的抖动，再送入1bit量化器量化。这样可以减少量化噪声和防止空号模式引起的非线性。

当采用PCM调制时，其量化噪声分布在0-fs/2频带内，fs是PCM取样频率。现在以NXfs过取样，则噪声在NXfs/2频带内扩散，由于其量化噪声总量是保持不变，则单位频带的噪声密度减少了N倍。在低频音频信号内，其噪声总量也就减为原来的1/N。过采样对噪声的影响见图4。

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1/Nfs/2Nfs/2

图4过采样量化噪声分布图

通过过取样滤波器后，输出的数字信号频谱以更高的抽样频率Nfs为中心，频谱镜像也是出现在过取样频率（Nfs）的整数倍处。因而基带和阻带的距离变得更远了，一个低阶模拟滤波器可以在不导致失真和相移的条件下滤除信号中音频信号的镜像频谱成分。这样就减少了对模拟滤波器的要求.

3.1.2噪声整形

噪声整形就是对量化噪声在频带内的重新分配以减少基带内噪声，增加高频段噪声。噪声整形中，量化器之前也常加入抖动，其原理框图如5所示。

d(n)

x(n)e(n)

图5噪声整形原理框图

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在图5中，在d(n)为加入的抖动。x(n)，y(n)分别为输入和输出数字序列。h(m)为反馈传递函数。通过把量化器前后之差通过传递函数h(m)反馈回x(n)，从而实现噪声整形的目的。其Z变换的系统传递函数可以表示为:

Y(Z)=X(Z)+E(Z)*[1-H(Z)](1)

从（1）式可以看出，通过噪声整形后，对于输入信号x(n)没有影响。而量化噪声却因1-H(Z)而改变在整个频率内的分布。以一阶噪声整形为例，取H(Z)=Z-1!则相当于对噪声加上一阶微分。则经过微分，噪声频谱并不如图5所示均匀分布，而是以6dB/倍频程的低频截止滤波器形状呈现，也即是对噪声实现了高通。这样，可听频带内的噪声被减少，而频带外的噪声增加，使噪声分布状态变形，此为噪声整形的由来。

3.1.3功率驱动及低通滤波

用噪声整形后的PWM信号控制起功率放大作用的H桥MOSFET，来实现对信号的放大。PWM控制H桥各个臂的轮流导通及导通时间，受PWM控制的输出电流在经低通滤波后，直接推动扬声器发声。

3.2全数字音频功率放大器的实现

3.2.1数字功放芯片发展现状

目前，全数字音频功率放大器芯片的研究及应用，正在国际上全面起步。

流的数字功放芯片有Apogee的DDX系列，TI的TAS系列，Cirruslogic的CS44210，以及SONY，TACT等公司的相关产品。每一个公司的产品都各有特色。但其基本原理如上所述。由于都采用了各自相关的数字信号处理技术，使得用这些芯片做成的数字功率放大器有很高的性能。TACTaudio公司用这类数字功率放大器制成专业音频功放开始投放于高端音响市场。业内人士预计5年内，全数字音频功率放大器将占音频功放市场的90%以

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3.2.2DDX4100和DDX2060套片

基于对上面所提数字功率放大器的理解和一些详细的考虑。我们选用Apogee公司开发的DDX4100和DDX2060设计了一款全数字音频功率放大器。

多通道数字音频处理器DDX4100原理图如图6

图6DDX4100原理框图

该处理器除了完成上面提及到的最主要的信号变换过程外，还有输入信号选择、增益控制、可编程EQ控制、I2C控制接口等。DDX4100把输入数字信号（I2S

SPDIFAC97）通过SRC（采样频率转换）模块转换成固定的48kHz提供.DSP处理。.DSP处

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理后输出数字信号供其它设备（如其他数字音频信号处理器）使用或者是直接通过DDX模块输出双极性PWM编码。

DDX2060是Apogee的全数字高效功率放大器，它用DDX4100处理后的PWM驱动内部FET桥，以实现功率放大的目的。此外，它还具有输出过压保护和温度保护逻辑。

使用DDX4100和DDX2060的组合，就可以设计出低功耗、小体积、保真度高的数字功

率放大器。图7是一个声道的原理框图。

基于此，用2片DDX4100和3片DDX2060就可以组成数字功率放大器。通过I2C总线，用Microchip公司的PIC16C72对整个功放的音量、音调、输入选择以及复位等进行操作。

3.2.3MCU控制的可编程数字功率放大器的实现

PIC16C72带有一个I2C输出接口，还含有5个A/D转换端口。用到其中4个分别作为对总音量、左中右声道、左右环绕和低音音量控制。图8是编程的流程图。

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图8可编程功放编程流程图

I2C总线的初始化，是通过软件来实现的。MCU作为I2C的主设备，DDX4100为从设备。在每一次通过I2C传输数据之前，先用函数LOAD_ADDR_8发送从设备地址，然后用I2C-WR_SUB写数据到指定芯片的寄存器。

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4语音信号DSP处理过程的详细分析

数字信号处理芯片采用TI公司的TMS320C5402芯片。其独立的程序和数据总线,允许时访问程序存储器和数据存储器,适合音频高速计算。其可以在一条指令中,同时执行3次读操作和1次写操作，且片内有64K字数据存储器，适合插值滤波计算中大量数据和滤波器系数的存放。

算法设计主要采用了多抽样率处理技术。根据信息编码理论，输出的信息量不大于输入的信息量，反之对频率即N*Fs≤sR*F，其中N为16。F1为

采样频率。R为1，是二进制序列的位数，F2即二进制序列的频率。根据上式，F2至少将达到16*48K=768K。

4.1多采样率处理

首先采用内插使使抽样率增加。内插过程的输入-输出关系式为：

v(m)

k h(k)w(m k) (1)

(2)v(m) u(m/L),m 0, L, 2L

当L=2时，变换过程如下图所示：

n

m

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