供电抑制比(PSRR)与开环闭环D类放大器

对供电噪音的敏感度，设计人员可以设计一个电源已经过良好调节的系统，不过成本会增加，又或者是使用具有反馈的 D 类放大器 (也称为封闭回路放大器)。

在现今的消费性电子产品市场中，大多数的模拟输入 D 类放大器都采用封闭回路。然而，其中的数字输入 I2S 放大器有其缺陷。I2S 放大器通过数字汇流排直接连接于音频处理器或音频来源，由于免除不必要的数字模拟转换，因此可降低成本，并提升性能。但是，如今市场上的封闭回路 I2S 放大器并不普遍，因为要建立反馈回路来进行 PWM 输出取样并且与内送 I2S 数字音频串流 (digital audio stream) 相加总是相当困难的。在模拟反馈系统中，通常是模拟输出与模拟输入相加总，因此较为简易可行。然而，随着 I2S 市场的演变，大多数的 I2S 放大器都采取模拟输入放大器的做法，并采用反馈架构。

显然 PSRR 不是测量 BTL D 类放大器供电抑制的有效方法，那么应该怎么做？现在回头谈谈互调这个名词。设计人员需要测量在播放音频时所产生的互调失真及其对应的 THD+N 配置。在开始之前，让我们先回顾一下 SE 架构。在 SE 架构中，不论是 AB 类、D 类或 Z 类，都没有 BTL 架构的抵消作用，这是因为喇叭的其中一端连接放大器，另一端则接地。因此，对于 AB 类或 D 类放大器而言，在 SE 架构中，传统的 PSRR 测量都能够确实指出供电噪音抑制的情形。

在进行实验后便能取得一些数据，而藉由下列一系列测量所得的数据，则可分析和比较开放回路及封闭回路 I2S 放大器的电源纹波 IMD。数字 1kHz 音调注入放大器的输入，而 100Hz 的 500mVpp 纹波信号则注入电源供应。通过音频精准度内建于 FFT 的功能可取得差动输出的 FFT，进而进行观测 IMD。

图3 显示封闭回路I2S放大器的IMD测量，注意其中的1 kHz 输入信号以及几乎不存在的旁波带 (sideband)。反馈回路正有效地抑制互调失真。

图3. TAS5706 封闭回路互调曲线图

图 4 显示相同的 IMD 测量，但是这次是在 I2S 开放回路放大器进行测量。900 Hz 及 1.1kHz 的旁波带相当明显，因为其中没有抑制 IMD 的反馈。

图 4. 开放回路互调曲线图

现在提供一个好消息。在图 3 及图 4 中，可以清楚看出电源噪音 IMD 所产生的效果，不过，就音质而言，IMD 是一种很难达到定性的测量方式。进行这种实验时，可选择改为测量 THD+N 配置，以下两项测量将依此进行。THD+N 是以 1kHz 数字音频及 500mVpp 电源纹波进行测量，电源纹波频率则介于 50Hz 至 1kHz 之间。

图 5 显示开放回路放大器在不同电源纹波频率下的 THD+N 曲线图。红线表示电源供应未出现任何纹波的放大器性能，这是最理想的状态。另一条曲线表示介于 50Hz 至 1kHz 之间的纹波频率。当纹波频率增加时，失真对频率带宽的影响也会增加。通过经过良好调节的电源能够达到良好的开放回路性能，不过，这会使得成本提高，对于现今极为竞争的消费性电子产品市场而言，会是一大问题。

图 5. 开放回路：不同 PVCC 纹波频率的 THD+N 与频率

图 6 显示封闭回路放大器的相同 THD+N 曲线图。其中反馈抑制了互调失真，因此音频未出现任何纹波噪音。

图 6. 封闭回路：不同 PVCC 纹波频率的 THD+N 与频率

结论

本文回顾了测量 PSRR 的传统方法，并指出其未能有效测量 BTL D 类放大器供电纹波效应的原因。BTL 输出配置本身的抵消作用加上测量期间未出现任何音频，便产生了错误的读数。这是规格上的重大缺陷，因为供电噪音抑制性能是选择 D 类放大器时其中一项相当重要的指标，尤其在检视数字输入 (I2S) 封闭回路及开放回路放大器的性能差异时更是如此。若要更正确地了解供电噪音抑制，就必须检查输出出现 1kHz 音频信号且电源供应出现噪音时的 IMD 及 THD+N情况。