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CS44800/44600数字D类PWM放大器中使用的电源抑制反馈分析
文章来源:永阜康科技 更新时间:2021/9/4 9:20:00

本应用笔记介绍了CS44800 / 44600数字D类PWM放大器中使用的电源抑制反馈的性能,以及其反馈测量过程,例如电源抑制性能测试以及反馈性能与频率的关系。本文档还介绍了电源,以说明即使电源电压下降,PSR反馈也将如何保持放大的音频电平。

由于尚未开发出任何机制来提供实时反馈以抑制电源产生的不想要的音调(波纹)或由于噪声耦合到电源轨上的噪声,因此,当前大多数可用的数字D类放大器被称为“开环”系统。流过大型去耦电容器的纹波电流。由于功率MOSFET的高压侧直接连接到电源轨,因此电源轨上产生的所有音调和相关的谐波都耦合到音频放大器通道的输出上。

现在可以降低电源成本,并使用其他电源技术。“开环”数字D类PWM放大器禁止使用传统的低成本,可靠和低EMI辐射噪声的非稳压线性电源。针对当前市场上D类放大器系统的已发布应用笔记,建议结合使用大型,昂贵的低ESR电解电容器,使用开关模式电源,该模式具有非常低的输出电压纹波和针对负载和线路变化的严格调节能力。CS44800 / 44600 PSR电路消除了这些依赖性,并允许使用廉价的电源替代方案。

PSR反馈测量程序

电源抑制性能测试

以下用于性能测量图的测试平台包括CDB44800(半桥通道),Vpower = +40 V,电阻负载为6Ω。将输入音频流的通道A设置为开发板上的通道3,并将通道B设置为通道8。

1.使用非稳压电源(如果有)。可以使用任何类型的电源来查看PSR抑制,但是,通过轻度调节的电源比通过高度调节的电源可以更清楚地看到由于PSR反馈而导致的实际抑制量。

2.将被测板设置为具有6Ω电阻负载的2通道操作,并执行适当的脚本文件,以便从板播放放大的音频并进行PSR校准。

3.使用数字音频源(例如Audio Precision),将通道A设置为-1 – dBFS,1 kHz正弦波,将通道B设置为0 dB,60 Hz正弦波。通道B用于模拟廉价,调节不良的电源产生的谐波。通道B的60 Hz开关输入将在轨上产生相应的纹波电压,该纹波电压将耦合到被测通道,在这种情况下为通道A。

4.在仅打开通道A PWM输出的情况下,使用模拟分析仪(例如Audio Precision),对通道A进行幅度与频率的FFT。1 kHz音调应具有-1 dBFS的幅度。图1显示了仅启用一个通道A作为基线的结果。

[通道A = 1 kHz,-1 dBFS,通道B =禁用,PSR反馈禁用]

5.接通通道B的PWM输出,并进行通道A的幅度与频率的FFT。1 kHz音调应具有-1 dBFS的振幅(带有调制的侧音)以及60 Hz的音调和相关谐波。图2显示了通道A和通道B的PWM输出使能的通道A的FFT。原始的1 kHz音调显示为-1 dBFS,而来自通道B的耦合60 Hz音调显示为-50 dBFS。在通道B的MOSFET器件上播放的满量程60 Hz音调会在电源电压轨上产生相关的60 Hz纹波电流。该纹波电流以及电容器的等效串联电阻(ESR)会在电源轨上产生离散的音调。由于系统非线性,请注意在120 Hz,180 Hz,240 Hz,300 Hz等频率下的2、3、4、5等谐波。由于功率MOSFET以384 kHz的频率开关将所有这些音调调制到通道A的音频输出上,因此这些离散的音调也将被调制,这些音调在1 kHz音调的每一侧均显示为对称,等距的音调。使用标准的FM调制公式可轻松计算出每个调制音调的幅度和频率。

FFT幅度与频率的关系

[通道A = 1 kHz,-1 dBFS,通道B = 60 Hz 0 dBFS,禁用PSR反馈]

6.启用PSR反馈(将寄存器34h中的CS44800 / 44600位5设置为1b)。在通道A的输出上执行幅度与频率的FFT。1 kHz音调的振幅应为-1 dBFS,但是60 Hz音调和调制侧音的振幅将大大降低。图3展示了同时启用通道和启用PSR反馈的结果。

FFT幅度与频率的关系

[通道A = 1 kHz,-1 dBFS,通道B = 60 Hz,0 dBFS,启用了PSR反馈]

图4将图2和图3的结果显示为覆盖图。

FFT幅度与频率的关系

[图2和3叠加图]

7.为了显示此噪声调制对低电平音频信号的影响,请将通道A上1 kHz音调的幅度设置为-60 dBFS。通道B保持60 Hz,0 dBfs信号。图5显示了与上述相同的测试。蓝色迹线是关闭PSR时通道A输出的FFT。品红色轨迹表示启用了PSR反馈的通道A的输出。

FFT幅度与频率的关系

[通道A = 1 kHz,-60 dBFS,通道B = 60 Hz,0 dBFS,启用/禁用PSR反馈]

PSR反馈性能与频率

图6中的下图显示了PSR反馈将提供的抑制量与电源噪声的频率(通常在低频范围内)之间的关系。通道B的频率在20 Hz至20 kHz之间变化,该频率在被测通道(通道A)上引起纹波电压。该图表示从电源轨到通道A的耦合噪声的幅度与耦合噪声的频率之间的关系。

禁用PSR与启用PSR

[通道A =“开”,但已静音(零数据),以0 dBFS扫描通道B频率”

电源压降测试

为了演示PSR反馈如何补偿电源轨中的下垂,请使用CDB44800执行以下操作:

使用以上设置,校准并启用PSR,并将Vpower设置为+40 V,播放1 kHz音调,其峰峰值幅度约为10 V(或所需的任何幅度)。使用示波器的一个通道监视通道A的正弦波输出。使用示波器的另一通道监视Vpower上的DC电压。

使Vpower降低至+30V。即使Vpower电源将从+40 V降至+30 V,从通道A输出的正弦波的峰峰值也将保持恒定。

该测试显示了即使电源电压下降,PSR反馈也将如何保持放大的音频电平(播放低频音频时很常见)。播放满量程信号时,最大电压轨下垂补偿量限制为标称电压轨的10%。随着正在播放的信号幅度减小,可以补偿电压轨中的更多下垂。

 
 
 
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