设计面向高清电视的全数字音频系统

说是非常重要的。人对声音体验的处理既是有意识的，也是潜意识地形成一种感觉并做出评判。音频总是处于前面和中间，需要能够听出是按钮按下的声音、旋钮旋转的声音，或者是音轨的清晰、温暖和细节体验。

　　即使是在评估高清晰平板电视的图像质量时，如果配之以较高保真度的音响效果，消费者都会对图像做出更高的评价。系统设计工程师需要特别注意他们在消费电子产品中设计的音频的保真度，选择在不损害音频保真度的情况下能满足系统对功耗、接口兼容性、外形尺寸、一致性以及成本要求的技术。

　　数字放大器--音频SIC的关键

　　设计真正高保真音频器件是非常棘手的事。很多可以明了和难以明了的因素共同影响体验到的音频保真度。对于好的音频质量，尽管像总谐波失真(THD)和信噪比(SNR)这些可测试的衡量标准是必要的，但是它们通常并不能得出整个情况。以高清电视采用音频放大器为例，两个放大器都具有0.1~0.2%的THD以及105dB的SNR相近的性能，但是仍然可以得到非常不一样的声音体验，这种体验取决于失真的特性和噪声，并取决于放大器能多大程度上真实地再现非常小的音频信号。例如，一个能再现满幅度信号下100dB的信号放大器与一个只有85dBFS的放大器相比，声音体验非常柔和、清晰、清脆。因此，尽管测试规格很重要，音频放大器设计的艺术取决于多个设计因素的平衡以及"金耳朵"专家非常细致的主观判断。

　　音频保真度最终要依靠喇叭和功率放大器来实现，这些是音频信号链路的最后功能，在这里电子信号被转换成可以听见的声音信号。不同领域之间的转换总是很棘手，在这里也不利外。在当前使用数字SoC的系统架构中，需要采用放大器来将数字音频的比特转换成功率模拟信号，这个信号可以驱动低阻抗喇叭音圈，从而产生我们耳朵能听到的声波。事实上，要低成本地实现这种功能-符合总体系统要求且不需要牺牲声音的保真度-是很困难的，但也是必要的。

　　尽管最初采用传统的A/B类模拟放大器与音频数模转换器(DAC)组合就是为实现这个任务，但是这种解决方案不能满足当前数字系统架构要求的功效和集成能力。D类放大器最初是受到平板电视的热敏感因素推动，现在因为其优越的功效而得到很多数字音频系统的采纳，其效率达90%，而A/B类放大器只有50%。当前以音频为主的消费电子产品的关键挑战在于：采用D类功率级以及数字信号接口以开发出高保真的放大器技术。

　　很明显，数字音频放大器技术是音频系统SIC集成的关键。音频在当前的消费电子产品中广泛存在，对于感受产品质量来说是最重要的。数字化的生活方式推动了对具备独特数字音频放大器属性的新产品要求，系统架构的数字化推动数字接口更接近于现实生活的边界。半导体经济正在推动SIC集成以包含所有的功能；在这种追求中，集成数字音频放大器是最为关键的挑战。可以说，在消费产品中，数字放大器技术相对于模拟SIC的集成是绝对必要的，正如视频和图像处理技术相对于数字SoC的是绝对必要一样。

　　HDTV的数字放大器考虑

　　在考虑数字消费电子设计，如高清晰平板电视时，发展出了三种都使用脉宽调制(PWM)D类输出级的数字放大器架构：1. 模拟 PWM加DAC；2. 增量累加PWM；3. 分段(Sub-ranging)PWM。图4展示了在高清晰平板电视中使用的几种数字放大器架构的几种关键产品属性比较。

图4：各类数字放大器性能比较一览表

　　传统模拟PWM D类放大器需要模拟输入，依赖于一个DAC实现与来自SoC的数字信号进行接口。如果DAC集成在SoC中，在把这些敏感的模拟信号在电路板上进行布线时，要特别注意规避干扰敏感性以及防止信号变坏。尽管因为模拟PWM放大器的低成本使得其成为平板电视的普遍选择，音频保真度性能居于中等，因为在具有单级开关电压的开关大功率MOSFET中存在局限性，并被限制为大约13比特(80dB)。

　　最近，引入了数字放大器设计，使用分段PWM或增量累加PWM来驱动D类放大器输出级。数字输入接口通常使用一个来自处理器SoC的标准3线I2S数字总线，电路板设计顾虑得到缓解，对干扰的免疫能力得到提高。设计工程师通过消除互连长度以及布局接近数字SoC的要求，而获得更大的灵活性和自由度。

　　尽管通常比模拟PWM放大器更贵，增量累加PWM放大器通过使用集成反馈环路和噪声整形信号处理来抑制带内量化误差以及对输出信号进行线性化；这样确实能提供更优的音频保真度，大约为15比特(90dB)。然而，常见的批评是声音体验有点刺耳并且音色不正。

另外一个设计考虑涉及抑制从放大器输出引入的电磁干扰(EMI)。数字放大器的输出信号是采样数据，按照离散的时间间隔改变电平，这