HDTV整合闭环架构与开环架构分析

混合 (图 4)。在零输入时，不会出现混合情形，而且桥接负载上各个输出的干扰都会被消除。在含有正弦曲线输入频率的实时音频系统中，输入频率会与电源供应涟波相互混合，而造成音频频带出现噪声及失真。开环放大器的增益也可使用电源供应涟波加以调变。该效果可从图 5 的总谐波失真及噪声 (THD+N) 曲线图看出，该图将闭环放大器与开环放大器进行相互比较。

　　在图 5 中，100Hz 正弦波施加于各个系统的输入，并且增加输入电压，以描绘 THD+N 与 8Ohm 负载的输出功率。使用的电源供应是现成的 12V 切换稳压器。驱动 5W 输出功率进入负载时，在各个放大器的输入端所测得的输入涟波为 300mVp。由于电源供应的需求导致电压涟波增加，开环系统及闭环系统的 THD+N 差异随之增加。这种现象在较低频率更为明显，因为稳压器难以修正较大的输出摆幅。

　　总结来说，在设计音频电路专用的严格控制系统电源供应时，闭环系统能够让音频电路设计人员在不增加时间或成本支出的情况下提升音频性能。

　　图 4：开环示意图

　　图 5：THD+N 与电源比较 – 开环及闭环放大器

为何选择 EMC?

　　此外，闭环系统能够使输出转换的升降边缘趋缓，完全不影响总谐波失真或回转率控制。其中闸极驱动器缓慢地从关闭状态转换为开启状态，因此 EMC测量中出现更为减弱的系统响应 (较低 dV/dt) 及更低的峰值。

　　失效时间是造成 D 类放大器总谐波失真的关键因素，这是输出半桥的两个 MOSFET 同时处于关闭状态的时间。在开环系统中，两个输出 MOSFET 的失效时间必须相同，才能避免二阶效应。若要将失效时间减至最低，脉冲宽度调变 (PWM) 输出边缘的升降会极快地转换。图 6 比较一般开环放大器 (以 2.4 纳秒测量) (6a) 及闭环装置 (以 10 纳秒测量) (6b) 的上升时间。值得注意的是范围撷取的 EMC 因素 – 大量过冲的快速上升边缘。

　　整合输入信号 (所需输出响应) 与实际输出回应以及较缓慢边缘转换，闭环放大器的反馈即可针对较缓慢边缘转换进行修正。

　　在图 7 中，EMC 的图比较了开环放大器与闭环放大器。由于不当的电路板配置对于 EMC 性能极具影响，因此电路板配置与实验相符。另外值得注意的是，闭环放大器的频谱仅以输出的 LC 滤波器加以测量。开环放大器具有额外的缓冲电路，其中包含各个输出中限制 dV/dt 的 R 及 C。缓冲电路不仅增加所需的用料清单 (BOM)，也增加所需的电路板空间。对于高成本的四层电路板，减少使用的电路板空间极为重要。避免将工程时间用于 EMC 除错电路板上，也可节省时间及成本。

　　图 6：开环反应 (6a) 及闭环回应 (6b) 的范围撷取

　　图 7：闭环放大器及开环放大器的 EMC 性能

　　摘要

　　总结而言，本文呈现高清电视市场中闭环放大器的三个主要优点：更高的阻尼系数、更佳的电源噪声抗扰性 (亦即更优质的电源涟波抑制比 (PSRR)) 以及更高的 EMC 性能。

　　随着市场从模拟输入 D 类音频转换到数字输入放大器的趋势，TAS5706 D 类放大器这类的闭环装置，以及 TAS5601 与 TAS5602 PWM 功率级，能够使设备制造商以整合式解决方案来提升性能、降低成本，并缩短上市时间。