做音频硬件的朋友，对D类功放肯定不陌生。但很多人可能没仔细想过：D类功放里面那个“调制”过程，到底是怎么把模拟音频信号变成一堆方波的？

今天聊的PWM，就是这个“翻译”过程的核心。

一、什么是PWM？

        PWM的全称是脉宽调制。它做的事情很直接：把一个连续变化的模拟信号，转换成一串宽度变化的方波。

为什么要这么做？因为方波只有“高”和“低”两个状态——0V或者5V，开或者关。处理这种信号不需要线性放大器，只需要开关管。开关管要么完全导通、要么完全关断，几乎不发热。这就是D类功放效率能达到90%以上的根本原因。

二、PWM怎么产生的？

PWM的产生思路很巧妙。

需要用两个信号：一个高频三角波（也叫载波），频率通常是几百kHz；一个模拟输入信号（你要传的音频），频率在20Hz-20kHz。把这两个信号送进一个比较器。比较器把同相输入端电压高于反相输入端，输出高电平；低于则输出低电平。

当三角波从最低点逐渐爬升时，只要它还没超过输入信号的电平，比较器一直输出高。一旦三角波超过了输入信号，比较器立刻翻转到低。三角波爬到顶后往下走，走到低于输入信号时，比较器又翻回高。如此反复。

结果就是：输入信号电平越高，高电平持续的时间越长，占空比越大——PWM就这样把模拟信号的幅值“翻译”成了方波的宽度。

展示三角波（蓝色）、正弦输入（红色）和PWM输出（绿色）三者的时序关系

从示波器上看：上方是三角波和正弦波叠在一起，下方是输出的PWM方波。可以清楚看到，输入信号电平高的地方，PWM高电平明显宽；输入电平低的地方，高电平就窄。

三、怎么从PWM还原出模拟信号？

      PWM经过一个低通滤波器后，输出的平均值就是原始的模拟信号。占空比50%，平均电压是电源电压的一半；占空比75%，平均电压是电源电压的75%。

只要低通滤波器的截止频率设得足够低（远低于PWM频率但高于音频带宽），那些高频方波成分被滤掉，留下的就是干净的音频信号。这就是D类功放输出端LC滤波器的本质。

四、PWM电路设计中的关键考虑

以一个500kHz PWM的参考方案，其中几个设计要点值得留意：

① 三角波的幅值决定输入范围

三角波的峰值必须大于最大输入信号。如果输入信号超过了三角波幅度，比较器就会“卡住”，输出一直是高或一直低，失去调制功能。

② 比较器的传播延迟

比较器响应时间必须远小于PWM周期。500kHz对应周期2µs，选用的比较器传播延迟仅4.5ns，几乎是瞬时的。如果延迟太长，PWM波形会失真，引入额外失真。

③ 误差放大器提升精度

把输出的PWM信号滤波后反馈回去，与原始输入比较，可以校正比较器带来的误差。实测结果显示，闭环模式的THD是0.009%，远优于开环模式。

五、总结

       PWM的本质，就是用一个快速变化的三角波去“测量”模拟输入信号的幅值，把电压高低转换成脉冲宽窄。整个过程逻辑清晰，用比较器就能实现，不需要复杂的计算。理解了这一步，D类功放、开关电源这些技术背后的底层逻辑也就清楚了。