常见数字功放芯片的特点和制作 -

标题: 常见数字功放芯片的特点和制作 [打印本页]

作者: 51黑fan 时间: 2016-1-30 02:33
标题: 常见数字功放芯片的特点和制作
D类功放IC
TDA8924TH 2X120W
TDA8950BJ 2X170W
TDA8950BTH  2X170W
TDA8922BJ 2X50W
TDA8920BJ 2X100W
TDF8590TH 2X80W
TFA9800J    2X6W
TDA1517P 2X6W
TDA8946J    2X15W
TFA9810       2X10W
TFA9815       2X15W
TDA8932BTW  2X30W
TAS5414       汽车专业用CLASS-D  IC
TDF8591    2X160W  负载2欧  BTL310W
TDA8920BTH  2*100W Class D Audio Amp  专业功放、舞台音响
TDA8922BTH  2*50W Class D Audio Amp 专业功放、舞台音响
TDA8932T 2*15W Class D Audio Amp 平板电视，家庭影院
TDA8947J 4*15W Class AB Audio Amp  DVD+功放，家庭影院
TDA8948J 4*10W Class AB Audio Amp  组合音响，家庭影院
TFA9843J 2*15W Class AB Audio Amp Ipod docking,Boombox
TDA1517P 2*6W Class AB Audio Amp 电视，液晶电视
TDA1519C 22W BTL or 2*11W stereo power Amp 汽车音响，电视，液晶电视

关于D类功放，一直争论不休，可我很看好D类功放，D类功放取代模拟功放，是必然趋势，就如晶体管功放代替电子管功放、CD代替LP。目前，D类功放的名称比较乱，有称为数字功放，有称为数码功放的，这里有必须澄清一下。D类功放是把模拟信号转变成脉冲信号进行放大，再通过低通滤波还原成模拟信号输出给音箱，与传统功放相比，前者工作在开关状态，后者工作在线性状态。D类功放输入的是模拟信号，输出的也是模拟信号。而数字功放是对数字信号进行功率转换，通过低通滤波输出给音箱，输入的是数字信号，输出的是模拟信号，在功放级完成数字信号的 DAC 转换，所以国外也称为功率DAC。功率DAC的性能更好，技术难度更大。

陆陆续续，玩过几种D类功放，当然由于条件限制，都是低端的东东。最早试的是ZXCD1000，说是音质很好，想想反正也不贵，就试试吧，于是买了块 ZXCD1000，配一台IBM 37V 8A开关电源供电。开机试听，低音的改变令人印象深刻，低音快速而有力，绝不拖泥带水，中音还可以，高音就很一般了。ZXCD1000 最高开关频率只有200kHz，所以它的性能当然离 Hi-Fi 很远了。使用了几天，发现，最大的问题一是输出滤波电感非常烫，二是功放有自激的趋势，于是不敢用了，烧了音箱不划算，从此打入冷宫。就这样交了第一次学费，不过对于D类功放，终于有了感性认识。

后来，看到了 Tripath 的T类功放，国内外的评价都不错，于是又心动了。T类功放属于D类功放的一种，使用了独特的调制方法。比较了各型号的参数，决定选用 TA2022，有100WX2的功率输出，开关频率大于650kHz，基本能满足我的要求，于是购入一块功放板。TA2022 也不是浪得虚名，70W 输出时失真0.015%，互调失真0.1%，信噪比（A记权）102dB。为了充分发挥这块功放的性能，决定整一个高性能的电源，刚好手头有一台老的Y记合并功放，于是就想把它改成一台线性稳压电源，同时音箱保护电路还能用上。经过仿真、计算，花几天时间，终于把它改成了稳压电源。把小小的功放板直接装入老功放机箱内，T类功放制作完成。开机试听，确实物有所值，音质可与3000元左右AB类功放相当。但发现了1.8kHz 的干扰，仔细研究手册，发现芯片内有一自激式升压电路给MOSFET驱动电路供电，开关频率只有2kHz左右，刚好落在人耳敏感区域，这是我无法接受的。于是用LM317制作了一路电源直接供给驱动级，到此，此功放开始正式服役，一直用到现在。可惜，Tripath 公司关门了。

后来，又在淘宝收了一台 SHARP SD-AT1200T 1比特功放，一台 SONY S550 S-Master 一体机，都是小AV功放，买来只是满足自己的好奇心而已。S550 是一台真正的数字功放，模拟信号只在音箱输出端出现，为了实现音频输出，还专门用了一片 AK4382 的 DAC 芯片。老实说 S550 的音质是出乎我的意料的，声音很纯净，较中性，但低频力度不够。受制于电源的输出能力，使用三肯 STR-F6267 组成的自激式开关电源，功率不可能超过300W，要达到100WX6的功率输出，显然是不可能的。

一直在网上找相关的资料，慢慢地将注意力集中到了ICEpower。Bang & Olufsen ICEpower 是 B&O 与丹麦技术大学 Karsten Nielsen 博士合作创建的公司，其特有的特有的D类功放模组，目前已发展到了第三代。从A系列（2001年）、ASP系列（2003年）、ASC系列（2005年）到目前的ASX2（2007年）系列，产品从中、大功率转向了中、小功率，从单声道转向双声道和多声道。

ASX2有三个型号，50ASX2、125ASX2和250ASX2。前两代，均未标榜 Hi-Fi，第三代明确说“Audiophile Performance: Today, ICEpower brand is associated with superior audio performance, accomplished through a range of successful applications by the most demanding audio brands in high-end consumer, automotive and professional markets. ”

海的那边，ICEpower 功放炒得火热，一些名厂使用 ICEpower 模组的 Hi-End 功放也获得了很好的口碑，口水直流，却也无可奈何，ICEpower 的模组不供应给个人，只能 YY。曾经有人在淘宝上卖过几十块50ASX2模组，被隔壁坛里的一抢而光，下手晚了没买到，为此郁闷了好长时间。后来，费了老大的劲，才终于搞到3块 125ASX2 模组，虽然功率小了点，但已经很满足了。打算用1块做一台双声道后级，另2块做一台二分频功放。

ASX2 究竟有什么过人之处呢？先看下国外的产品。每个声道使用一块125ASX2，工作于BTL方式。

Bel Canto S500，标价: $2999 USA

国外 Hi-End 厂常用的做法，ICEpower模组加一小块输入电路板。.

diyAudio上面的制作，感觉机箱小了，不利于散热。

可以看到 ASX2 系列是完成度非常高的D类模组，自带高性能开关电源，装箱就是一台双声道功放。要用来装台七声道后级，也不是难事，只要用4块模组，多出一个声道，刚好可以做双中置输出。

Acoustic Reality eAR 256 3G-WBT（标价4000欧元）

下面开始动手制作，先制作双声道功放，二分频功放另发一贴。

先炫一下125ASX2。设计严谨，做工非常的好，元件布局非常紧凑。用了多层电路板，初步判断是4层板，电源和地是单独的层。每块都有条码，大厂风范。模组异常地小，还没有巴掌大。板上有一路±24伏电源输出可供前级，我这里只用来供电源指示LED工作。

看一下125ASX2的主要指标和特点。输出功率120WX2（1% THD+N, 20Hz–20kHz, 4Ω, SE）、450W（1% THD+N, 20Hz–20kHz, 4Ω, BTL）；动态范围117dBA；THD+N 0.002%（1W, 8Ω,1kHz, SE模式)；带宽1.5Hz-90kHz；互调失真 0.0009%；瞬态互调失真 0.007%；阻尼系数>500；最大输出电流 30A，允许100ms到500ms，足以满足大功率音乐输出；电源部分和功放部分均带超温保护、过流保护；允许连续输出功率65W（环境温度25℃），允许最大功率输出时间 80s（400W输出）。很NB的说，光从指标来看，令大多数功放汗颜。

首先需要一个漂亮的全铝小机箱。接着选择线材，由于模组是通过插接件连接，发烧线太粗是不可能用了，只能选用特富线镀银线了，线径合适，传输阻抗小，好在线用得都很短。前面板需要电源开关和指示，如用常用的电源开关，LED指示比较麻烦，面板很厚，发光二极管安装困难，后来找到了这种全铜镀镍的带环形指示的开关，价格高昂，但确实漂亮。搜遍淘宝，终于凑齐了各种材料。

中间的制作过程很平淡，也很简单，只需要细心地接线，不多说了。接线没有采用最短的路径，而是以防止干扰为原则。

做好以后，没有直接接音箱试机。先通电，测输出静态电压，一个声道5mV，一个声道19mV，都非常小，也很稳定。参考国外的整机，都没有加音箱保护电路，所以这里我也省了。静态测试正常，就可以接音箱和前级试机了。接好线后，先打开了我的V1400功放，把音量关到最小，再打开小功放电源，然后缓缓增大音量，优美的声音徐徐响起，成功了！

音质如何，我不想多说，只想说声音比较厚实，全频带比较均衡，说不出缺点，属于比较中性的声音。印象深刻的是那种气定神闲，一个字：稳。

下面扒一扒功放那些事。

在发烧圈，明显地分成两派，一派主张耳朵收货，一派认为指标重要。一直在争，一直没有结果。尤其是关于线材，过几天就会争论一番，谁也说服不了谁，争论也将一直进行下去。说实话，好指标不等于好声，好声必定有好指标，一个指标很差的器材，不要妄谈什么好声，会闹笑话的。没有规矩不成方圆的道理谁都懂。其实，玩音响就是玩个心情，玩个满足感，大可不必如此刻板，各人有各人的玩法，自己觉得好就行。针对不同消费群体的产品，不能用统一的标准来衡量。iPhone就是一个很好的例子，当初上市时没几人看好，结果大获成功。使用它的人，我敢说大多数也就当普通的手机用的，但人家玩的不是手机，是体验。苹果的成功，确实值得我们学习和思考。

是枝重治在《前置放大器电路设计的发展史》中说“前置放大器不是只靠电路设计就能搞好的”，当时很不理解，现在终于懂了。我们喜欢把技术和产品混为一谈，其实好的技术不一定能成为好的产品，好的产品不一定采用最好的技术。乔布斯卖的不是技术，是体验，是理念，iPhone、iPad都只是一个载体罢了。

扯远了，还是回到功放上来吧。从晶体管诞生之日起，就一路磕磕拌拌，争论不断。晶体管功放尽管指标非常好，但音质却不如电子管功放，这是为什么呢。其实，由于晶体管不是理想的线性器件，就会产生各种各样的失真（最常谈到的就是谐波失真和瞬态互调失真）。由此，产生了各种各样的电路型式，甲类、超甲类、ALA、电流倾注、前馈式、AA类、超线性等等数不胜数，但绝大多数最后都化作了浮云。随着半导体工艺的不断提高，如今已不再纠结于具体的电路型式了。在产品同质化越来越明显的今天，我们作为普通消费者，我们只需要关心最终的音质还原效果。

那么，怎么来判断一款产品的优劣，怎么来看那些指标？我想谈谈自己的感受，供参考。

一、分立元件功放好，还是集成电路功放好

现在被厂商忽悠得认为分立元件功放才是高音质的代名词。错了，设计和调试不好的分立功放，还不如集成电路功放。分立元件功放输出功率可以做得很大，设计灵活，但要求管子严格配对，精心调试，成本高，对温漂的补偿比较困难，所以分立元件功放是不敢不用扬声器保护电路的。集成电路功放电路简单、紧凑，产品一致性好，工作稳定可靠，但受到热阻和半导体工艺的限制，最大功率和转换速率都不很高。两种功放都有非常优秀的产品。集成电路功放在有源音箱和中小功率功放中应用较多。近年来，优秀的功放驱动 IC 多了起来，如国半的LME系列，又多了一种选择。

商品机中，分立元件功放见得较多。如果是 DIY 功放，我要选择电路的话，优先考虑 IC 驱动功放，既有IC功放稳定可靠的特点，也能通过输出管的合理选择，达到较高的性能。分立元件电路是坚决不会考虑的，因为可靠性永远是摆在第一位的。

二、是否需要大功率功放

现如今，功放功率越做越大，就是AV功放也动辄100W以上，是否必要？不管是 Hi-Fi还是影院，播放时都要求声音达到一定的声压级，如75dB或80dB，而声压级不仅取决于功率，还取决于音箱的灵敏度。以灵敏度90dB的音箱为例，离箱4m，要达到90dB声压级，需4W的功率，按音乐信号规律平均功率为峰值功率1/8计算，要求功放最大输出功率32W，再留些余量，100W肯定够了。当然，如果离箱8m的话，最大功率要200W。

最大功率我们要看1%失真时的功率，10%失真的功率是没有意义的。

三、什么是推力，是否功率越大推力越强

功放的推力，不是一个严谨的科学指标，而是人的主观感受，但却能很好地说明功放的实际工作能力。究竟什么是推力，恐怕都说不清。我认为，推力就是功放的低阻抗推动能力。

在所有的器材中，后级功放的工作条件是最恶劣的，工作在大功率、大电流，更要命的是作为负载的音箱，是一个复合负载，要等效成由R、L、C组成的复合电路，其阻抗特性和相位特性都很差。所以功放实际工作时指标劣化很严重。很久很久以前，有一篇电声专家李宝善翻译的《民用声频功率放大器功率输出能力》一文，给我留下了深刻的印象。Sekiya和Otala用电阻、电感和电容组成复合阻抗模拟音箱，对几种高品质的功率放大器进行实际输出能力测试，结果发现，在负载有相角的情况下，为不致于产生大的失真（1%），有一台100W的功放，实际输出只有5W。为什么输出变小了，因为它的最大输出电流不足以驱动过低的阻抗。

实际音箱的阻抗，远比我们想象的复杂。下面我们看看具体的音箱的阻抗曲线。

JBL Studio L880：

标称阻抗8Ω，实际最小阻抗才3.828Ω，只有标称阻抗的一半不到。

Dynaudio Evidence Master：

标称阻抗4Ω。丹拿为什么难推，知道其中的一个原因了吧。

Sonus Faber Amati Homage：

标称阻抗4Ω

可见，最低阻抗往往只有标称阻抗的一半，更有变态的设计，由于分频器中采用了复杂的补偿网络，某些频率阻抗可低到1Ω。

我们考察了音箱的阻抗特性，我们再来看一些Hi-End功放的输出能力。Krell KSA-50S，输出功率50W/8Ω，100W/4Ω，200W/2Ω，400W/1Ω，最大输出电流60A，注意功率/阻抗的整数倍关系。从推力来说，真仍神机也。50W的功放，具有60A的最大输出电流，没有什么音箱是它推不转的。而一般的功放输出功放100W/8Ω的话，4Ω只能输出大约150W，就是说明电源供应不足，因为理论上输出功率应达到200W。

可见，推力大跟功率大没有必然关系，500W的功放也不一定能推动1Ω的负载，机器早就短路保护了。当然，实际选功放时，不必象Krell这样变态，如果能稳定地驱动2Ω的负载，我们就可以认为该功放的推力不俗。

回到ICEpower 125ASX2，我为什么看好它，我们来分析一下。先看电源部分，由于市售的电源无法满足功放的要求，所以工程师干脆集成了开关电源，由于整体设计，可使电磁干扰的影响降到最小。它使用ST的SG3525AP作为半桥开关电源的控制器，这是一款老芯片，工程师选它肯定有他的理由。半桥选用2只ST的B20NM50FD大功率MOSFET，耐压500V，电流20A，很强劲。电源变压器次级整流输出使用了高速同步整流，MOSFET使用的是12CN10N，耐压100V，电流67A，导通电阻12.4mΩ。滤波电容是金字高速电解，680uF/50V。这就是为什么功放能输出30A电流的强力保证。考虑周到的是，电源部分有防浪涌功能（8kV），防止感应雷击坏电源和功放。再说功放部分，由于有散热器挡着，看不到输出管，但我们可以根据官方参数推算一下。10%失真时最大输出功率150W/4Ω，推算出供电电压约为36V，根据最大输出40A，算出最小允许负载阻抗1.2Ω，所以说手册中说能驱动2Ω负载是完全可信的。不过为了保证功放长时间可靠工作，手册中规定，对称负载时允许最小负载3Ω，不对称负载时，允许一个声道2Ω，另一个声道最小6Ω。

四、为什么都认为AV功放不如纯功放

这个问题其实不是技术原因，而是成本和体积的原因。AV功放如果按纯功放的理念来打造，恐怕贵得绝大多数人都享用不起了。要在有限的成本中制造5个或七个声道分立元件大功率功放，必然要简化功放设计，要解决整机的散热问题和减小体积，必然是要减小功放的静态电流，使之更接近B类，同时变压器的功率也要缩小，通过使用大容量电解电容来保证瞬态功率。最要命的是最大输出电流的限制，AV功放不能使用低阻抗的音箱，电源功率不允许，大功率管性能不允许，散热也不允许。因此AV功放，即使是旗舰，音质也无法与档次相近的Hi-Fi功放相提并论，要追求极致的音质，只能使用分体后级。先锋在中、高档AV功放上使用ICEpower模组，就是另一种更具性价比的解决方法，看来先锋会坚持走下去。

作者: gb302 时间: 2016-2-20 23:41
好文章，值得一读。

作者: xzx010 时间: 2018-1-5 08:41
好多概念不敢苟同哦

作者: 高新 时间: 2021-9-27 09:51
以上的芯片有没有资料上传一下

作者: ASHYLAI 时间: 2022-2-9 10:05
楼主是做功放的吗

作者: yccll123 时间: 2022-2-12 20:06
受教了。谢谢

作者: Frank660405 时间: 2022-4-27 11:01
正要弄音响，好好学习一下。

作者: Frank660405 时间: 2022-5-25 14:34
专业但讲的通俗易懂，认真学习！回复是为了复习。

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