3  利用反馈网络改善性能

　　许多D类放大器采用PWM输出至器件输入的负反馈环路。闭环方案不仅可以改善器件的线性，而且使器件具备电源抑制能力。开环放大器却正相反，它的电源抑制能力微乎其微。在闭环拓扑中，因为会检测输出波形并将其反馈至放大器的输入端，所以能够在输出端检测到电源的偏离情况，并通过控制环路对输出进行校正。闭环设计的优势是以可能出现的稳定性问题为代价的，这也是所有反馈系统共同面临的问题。因此必须精心设计控制环路并进行补偿，确保在任何工作条件下都能保持稳定。

　　典型的D类放大器采用具有噪声整形功能的反馈环路，可极大地降低由脉宽调制器、输出级以及电源电压偏离的非线性所引入的带内噪声。这种拓扑与用在∑-△调制器中的噪声整形类似。为阐明噪声整形功能，图1给出了为现代D类放大反馈补偿回路以传递函数形式表达的示意图,即一个1阶噪声整形器的简化框图.反馈网络通常包含一个电阻分压网络，但为简便起见，图1的反馈比例为1.由于理想积分器的增益与频率成反比，图中积分器的传递函数也被简化为1／s.同时假定PWM模块具有单位增益，并且在控制环路中具有零相位偏移。使用基本的控制模块分析方法，可得到以下输出表达式：

　　由等式1可知，噪声项En(s)与一个高通滤波器函数(噪声传递函数)相乘，而输入项VIN(s)与一个低通滤波器函数(信号传递函数)相乘。噪声传递函数的高通滤波器对D类放大器的噪声进行整形。如果输出滤波器的截止频率选取得当，大部分噪声会被推至带外(见图2右上角坐标糸统)。

图2   现代D类放大器反馈补偿回路方框以传递函数形式表达的示意图

　　上述例子使用的是1阶噪声整形器，而多数现代D类放大器采用高阶噪声整形拓扑，以便进一步优化线性度和电源抑制特性。

　　4  新型无滤波器D类放大器的导出

　　传统D类放大器的一个主要缺点就是它需要外部LC滤波器。这不仅增加了方案总成本和电路板空间，也可能因滤波元件的非线性而引入额外失真。幸好，很多现代D类放大器采用了先进的“免滤波器”调制方案，从而省掉或至少是最大限度降低了外部滤波器要求。图3给出免滤波器调制器拓扑的简化功能框图。

图3  免滤波器调制器拓扑的简化功能框图

　　与传统的PWM型BTL放大器不同，每个半桥都有自己专用的比较器，从而可独立控制每个输出。调制器由差分音频信号和高频锯齿波驱动。当两个比较器输出均为低电平时，D类放大器的每个输出均为高。与此同时，或非门的输出变为高电平，但会因为RON和CON组成的RC电路而产生一定延时。一旦或非门延时输出超过特定门限，开关SWl和SW2随即闭合。这将使OUT+和OUT-变为低，并保持到下个采样周期的开始。这种设计使得两个输出同时开通一段最短时间t0N(MIN)，这个时间由RON和CON的值决定。如图4所示，输人为零时，两个输出同相并具有t0N(MIN)的脉冲宽度。

图4  免滤波器调制器拓扑的输入与输出波形示意图

　　随着音频输入信号的增加或减小，其中一个比较器会在另一个之前先翻转。这种工作特性外加最短时间导通电路的作用，将促使一个输出改变其脉冲宽度，另一个输出的脉冲宽度保持为t0N(MIN)，见图4所示。这意味着每个输出的平均值都包含输出音频信号的半波整流结果。对两路输出的平均值进行差值运算，便可得到完整的输出音频波形。