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標題: 常見數字功放芯片的特點和制作 [打印本頁]
作者: 51黑fan    時間: 2016-1-30 02:33
標題: 常見數字功放芯片的特點和制作
D類功放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        汽車專業用CLASS-D  IC  
TDF8591      2X160W  負載2歐  BTL310W
TDA8920BTH  2*100W Class D Audio Amp  專業功放、舞臺音響
TDA8922BTH  2*50W Class D Audio Amp    專業功放、舞臺音響
TDA8932T    2*15W Class D Audio Amp    平板電視，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  組合音響，家庭影院
TFA9843J    2*15W Class AB Audio Amp    Ipod docking,Boombox
TDA1517P    2*6W Class AB Audio Amp    電視，液晶電視
TDA1519C    22W BTL or 2*11W stereo power Amp 汽車音響，電視，液晶電視

    關于D類功放，一直爭論不休，可我很看好D類功放，D類功放取代模擬功放，是必然趨勢，就如晶體管功放代替電子管功放、CD代替LP。目前，D類功放的名稱比較亂，有稱為數字功放，有稱為數碼功放的，這里有必須澄清一下。D類功放是把模擬信號轉變成脈沖信號進行放大，再通過低通濾波還原成模擬信號輸出給音箱，與傳統功放相比，前者工作在開關狀態，后者工作在線性狀態。D類功放輸入的是模擬信號，輸出的也是模擬信號。而數字功放是對數字信號進行功率轉換，通過低通濾波輸出給音箱，輸入的是數字信號，輸出的是模擬信號，在功放級完成數字信號的 DAC 轉換，所以國外也稱為功率DAC。功率DAC的性能更好，技術難度更大。

    陸陸續續，玩過幾種D類功放，當然由于條件限制，都是低端的東東。最早試的是ZXCD1000，說是音質很好，想想反正也不貴，就試試吧，于是買了塊 ZXCD1000，配一臺IBM 37V 8A開關電源供電。開機試聽，低音的改變令人印象深刻，低音快速而有力，絕不拖泥帶水，中音還可以，高音就很一般了。ZXCD1000 最高開關頻率只有200kHz，所以它的性能當然離 Hi-Fi 很遠了。使用了幾天，發現，最大的問題一是輸出濾波電感非常燙，二是功放有自激的趨勢，于是不敢用了，燒了音箱不劃算，從此打入冷宮。就這樣交了第一次學費，不過對于D類功放，終于有了感性認識。

    后來，看到了 Tripath 的T類功放，國內外的評價都不錯，于是又心動了。T類功放屬于D類功放的一種，使用了獨特的調制方法。比較了各型號的參數，決定選用 TA2022，有100WX2的功率輸出，開關頻率大于650kHz，基本能滿足我的要求，于是購入一塊功放板。TA2022 也不是浪得虛名，70W 輸出時失真0.015%，互調失真0.1%，信噪比（A記權）102dB。為了充分發揮這塊功放的性能，決定整一個高性能的電源，剛好手頭有一臺老的Y記合并功放，于是就想把它改成一臺線性穩壓電源，同時音箱保護電路還能用上。經過仿真、計算，花幾天時間，終于把它改成了穩壓電源。把小小的功放板直接裝入老功放機箱內，T類功放制作完成。開機試聽，確實物有所值，音質可與3000元左右AB類功放相當。但發現了1.8kHz 的干擾，仔細研究手冊，發現芯片內有一自激式升壓電路給MOSFET驅動電路供電，開關頻率只有2kHz左右，剛好落在人耳敏感區域，這是我無法接受的。于是用LM317制作了一路電源直接供給驅動級，到此，此功放開始正式服役，一直用到現在。可惜，Tripath 公司關門了。

    后來，又在淘寶收了一臺 SHARP SD-AT1200T 1比特功放，一臺 SONY S550 S-Master 一體機，都是小AV功放，買來只是滿足自己的好奇心而已。S550 是一臺真正的數字功放，模擬信號只在音箱輸出端出現，為了實現音頻輸出，還專門用了一片 AK4382 的 DAC 芯片。老實說 S550 的音質是出乎我的意料的，聲音很純凈，較中性，但低頻力度不夠。受制于電源的輸出能力，使用三肯 STR-F6267 組成的自激式開關電源，功率不可能超過300W，要達到100WX6的功率輸出，顯然是不可能的。

    一直在網上找相關的資料，慢慢地將注意力集中到了ICEpower。Bang & Olufsen ICEpower 是 B&O 與丹麥技術大學 Karsten Nielsen 博士合作創建的公司，其特有的特有的D類功放模組，目前已發展到了第三代。從A系列（2001年）、ASP系列（2003年）、ASC系列（2005年）到目前的ASX2（2007年）系列，產品從中、大功率轉向了中、小功率，從單聲道轉向雙聲道和多聲道。

    ASX2有三個型號，50ASX2、125ASX2和250ASX2。前兩代，均未標榜 Hi-Fi，第三代明確說“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. ”

    海的那邊，ICEpower 功放炒得火熱，一些名廠使用 ICEpower 模組的 Hi-End 功放也獲得了很好的口碑，口水直流，卻也無可奈何，ICEpower 的模組不供應給個人，只能 YY。曾經有人在淘寶上賣過幾十塊50ASX2模組，被隔壁壇里的一搶而光，下手晚了沒買到，為此郁悶了好長時間。后來，費了老大的勁，才終于搞到3塊 125ASX2 模組，雖然功率小了點，但已經很滿足了。打算用1塊做一臺雙聲道后級，另2塊做一臺二分頻功放。

    ASX2 究竟有什么過人之處呢？先看下國外的產品。每個聲道使用一塊125ASX2，工作于BTL方式。












Bel Canto S500，標價: $2999 USA

國外 Hi-End 廠常用的做法，ICEpower模組加一小塊輸入電路板。.


    diyAudio上面的制作，感覺機箱小了，不利于散熱。



可以看到 ASX2 系列是完成度非常高的D類模組，自帶高性能開關電源，裝箱就是一臺雙聲道功放。要用來裝臺七聲道后級，也不是難事，只要用4塊模組，多出一個聲道，剛好可以做雙中置輸出。

Acoustic Reality eAR 256 3G-WBT（標價4000歐元）


    下面開始動手制作，先制作雙聲道功放，二分頻功放另發一貼。

    先炫一下125ASX2。設計嚴謹，做工非常的好，元件布局非常緊湊。用了多層電路板，初步判斷是4層板，電源和地是單獨的層。每塊都有條碼，大廠風范。模組異常地小，還沒有巴掌大。板上有一路±24伏電源輸出可供前級，我這里只用來供電源指示LED工作。




看一下125ASX2的主要指標和特點。輸出功率120WX2（1% THD+N, 20Hz–20kHz, 4Ω, SE）、450W（1% THD+N, 20Hz–20kHz, 4Ω, BTL）；動態范圍117dBA；THD+N 0.002%（1W, 8Ω,1kHz, SE模式)；帶寬1.5Hz-90kHz；互調失真 0.0009%；瞬態互調失真 0.007%；阻尼系數>500；最大輸出電流 30A， 允許100ms到500ms，足以滿足大功率音樂輸出；電源部分和功放部分均帶超溫保護、過流保護；允許連續輸出功率65W（環境溫度25℃），允許最大功率輸出時間 80s（400W輸出）。很NB的說，光從指標來看，令大多數功放汗顏。



首先需要一個漂亮的全鋁小機箱。接著選擇線材，由于模組是通過插接件連接，發燒線太粗是不可能用了，只能選用特富線鍍銀線了，線徑合適，傳輸阻抗小，好在線用得都很短。前面板需要電源開關和指示，如用常用的電源開關，LED指示比較麻煩，面板很厚，發光二極管安裝困難，后來找到了這種全銅鍍鎳的帶環形指示的開關，價格高昂，但確實漂亮。搜遍淘寶，終于湊齊了各種材料。


中間的制作過程很平淡，也很簡單，只需要細心地接線，不多說了。接線沒有采用最短的路徑，而是以防止干擾為原則。




做好以后，沒有直接接音箱試機。先通電，測輸出靜態電壓，一個聲道5mV，一個聲道19mV，都非常小，也很穩定。參考國外的整機，都沒有加音箱保護電路，所以這里我也省了。靜態測試正常，就可以接音箱和前級試機了。接好線后，先打開了我的V1400功放，把音量關到最小，再打開小功放電源，然后緩緩增大音量，優美的聲音徐徐響起，成功了！



音質如何，我不想多說，只想說聲音比較厚實，全頻帶比較均衡，說不出缺點，屬于比較中性的聲音。印象深刻的是那種氣定神閑，一個字：穩。




下面扒一扒功放那些事。

    在發燒圈，明顯地分成兩派，一派主張耳朵收貨，一派認為指標重要。一直在爭，一直沒有結果。尤其是關于線材，過幾天就會爭論一番，誰也說服不了誰，爭論也將一直進行下去。說實話，好指標不等于好聲，好聲必定有好指標，一個指標很差的器材，不要妄談什么好聲，會鬧笑話的。沒有規矩不成方圓的道理誰都懂。其實，玩音響就是玩個心情，玩個滿足感，大可不必如此刻板，各人有各人的玩法，自己覺得好就行。針對不同消費群體的產品，不能用統一的標準來衡量。iPhone就是一個很好的例子，當初上市時沒幾人看好，結果大獲成功。使用它的人，我敢說大多數也就當普通的手機用的，但人家玩的不是手機，是體驗。蘋果的成功，確實值得我們學習和思考。

    是枝重治在《前置放大器電路設計的發展史》中說“前置放大器不是只靠電路設計就能搞好的”，當時很不理解，現在終于懂了。我們喜歡把技術和產品混為一談，其實好的技術不一定能成為好的產品，好的產品不一定采用最好的技術。喬布斯賣的不是技術，是體驗，是理念，iPhone、iPad都只是一個載體罷了。

    扯遠了，還是回到功放上來吧。從晶體管誕生之日起，就一路磕磕拌拌，爭論不斷。晶體管功放盡管指標非常好，但音質卻不如電子管功放，這是為什么呢。其實，由于晶體管不是理想的線性器件，就會產生各種各樣的失真（最常談到的就是諧波失真和瞬態互調失真）。由此，產生了各種各樣的電路型式，甲類、超甲類、ALA、電流傾注、前饋式、AA類、超線性等等數不勝數，但絕大多數最后都化作了浮云。隨著半導體工藝的不斷提高，如今已不再糾結于具體的電路型式了。在產品同質化越來越明顯的今天，我們作為普通消費者，我們只需要關心最終的音質還原效果。

    那么，怎么來判斷一款產品的優劣，怎么來看那些指標？我想談談自己的感受，供參考。

    一、分立元件功放好，還是集成電路功放好

    現在被廠商忽悠得認為分立元件功放才是高音質的代名詞。錯了，設計和調試不好的分立功放，還不如集成電路功放。分立元件功放輸出功率可以做得很大，設計靈活，但要求管子嚴格配對，精心調試，成本高，對溫漂的補償比較困難，所以分立元件功放是不敢不用揚聲器保護電路的。集成電路功放電路簡單、緊湊，產品一致性好，工作穩定可靠，但受到熱阻和半導體工藝的限制，最大功率和轉換速率都不很高。兩種功放都有非常優秀的產品。集成電路功放在有源音箱和中小功率功放中應用較多。近年來，優秀的功放驅動 IC 多了起來，如國半的LME系列，又多了一種選擇。

    商品機中，分立元件功放見得較多。如果是 DIY 功放，我要選擇電路的話，優先考慮 IC 驅動功放，既有IC功放穩定可靠的特點，也能通過輸出管的合理選擇，達到較高的性能。分立元件電路是堅決不會考慮的，因為可靠性永遠是擺在第一位的。

    二、是否需要大功率功放

    現如今，功放功率越做越大，就是AV功放也動輒100W以上，是否必要？不管是 Hi-Fi還是影院，播放時都要求聲音達到一定的聲壓級，如75dB或80dB，而聲壓級不僅取決于功率，還取決于音箱的靈敏度。以靈敏度90dB的音箱為例，離箱4m，要達到90dB聲壓級，需4W的功率，按音樂信號規律平均功率為峰值功率1/8計算，要求功放最大輸出功率32W，再留些余量，100W肯定夠了。當然，如果離箱8m的話，最大功率要200W。

    最大功率我們要看1%失真時的功率，10%失真的功率是沒有意義的。

三、什么是推力，是否功率越大推力越強

    功放的推力，不是一個嚴謹的科學指標，而是人的主觀感受，但卻能很好地說明功放的實際工作能力。究竟什么是推力，恐怕都說不清。我認為，推力就是功放的低阻抗推動能力。

    在所有的器材中，后級功放的工作條件是最惡劣的，工作在大功率、大電流，更要命的是作為負載的音箱，是一個復合負載，要等效成由R、L、C組成的復合電路，其阻抗特性和相位特性都很差。所以功放實際工作時指標劣化很嚴重。很久很久以前，有一篇電聲專家李寶善翻譯的《民用聲頻功率放大器功率輸出能力》一文，給我留下了深刻的印象。Sekiya和Otala用電阻、電感和電容組成復合阻抗模擬音箱，對幾種高品質的功率放大器進行實際輸出能力測試，結果發現，在負載有相角的情況下，為不致于產生大的失真（1%），有一臺100W的功放，實際輸出只有5W。為什么輸出變小了，因為它的最大輸出電流不足以驅動過低的阻抗。

    實際音箱的阻抗，遠比我們想象的復雜。下面我們看看具體的音箱的阻抗曲線。


JBL Studio L880：

標稱阻抗8Ω，實際最小阻抗才3.828Ω，只有標稱阻抗的一半不到。


Dynaudio Evidence Master：

標稱阻抗4Ω。丹拿為什么難推，知道其中的一個原因了吧。




Sonus Faber Amati Homage：

標稱阻抗4Ω

    可見，最低阻抗往往只有標稱阻抗的一半，更有變態的設計，由于分頻器中采用了復雜的補償網絡，某些頻率阻抗可低到1Ω。

    我們考察了音箱的阻抗特性，我們再來看一些Hi-End功放的輸出能力。Krell KSA-50S，輸出功率50W/8Ω，100W/4Ω，200W/2Ω，400W/1Ω，最大輸出電流60A，注意功率/阻抗的整數倍關系。從推力來說，真仍神機也。50W的功放，具有60A的最大輸出電流，沒有什么音箱是它推不轉的。而一般的功放輸出功放100W/8Ω的話，4Ω只能輸出大約150W，就是說明電源供應不足，因為理論上輸出功率應達到200W。

    可見，推力大跟功率大沒有必然關系，500W的功放也不一定能推動1Ω的負載，機器早就短路保護了。當然，實際選功放時，不必象Krell這樣變態，如果能穩定地驅動2Ω的負載，我們就可以認為該功放的推力不俗。

    回到ICEpower 125ASX2，我為什么看好它，我們來分析一下。先看電源部分，由于市售的電源無法滿足功放的要求，所以工程師干脆集成了開關電源，由于整體設計，可使電磁干擾的影響降到最小。它使用ST的SG3525AP作為半橋開關電源的控制器，這是一款老芯片，工程師選它肯定有他的理由。半橋選用2只ST的B20NM50FD大功率MOSFET，耐壓500V，電流20A，很強勁。電源變壓器次級整流輸出使用了高速同步整流，MOSFET使用的是12CN10N，耐壓100V，電流67A，導通電阻12.4mΩ。濾波電容是金字高速電解，680uF/50V。這就是為什么功放能輸出30A電流的強力保證。考慮周到的是，電源部分有防浪涌功能（8kV），防止感應雷擊壞電源和功放。再說功放部分，由于有散熱器擋著，看不到輸出管，但我們可以根據官方參數推算一下。10%失真時最大輸出功率150W/4Ω，推算出供電電壓約為36V，根據最大輸出40A，算出最小允許負載阻抗1.2Ω，所以說手冊中說能驅動2Ω負載是完全可信的。不過為了保證功放長時間可靠工作，手冊中規定，對稱負載時允許最小負載3Ω，不對稱負載時，允許一個聲道2Ω，另一個聲道最小6Ω。

    四、為什么都認為AV功放不如純功放

    這個問題其實不是技術原因，而是成本和體積的原因。AV功放如果按純功放的理念來打造，恐怕貴得絕大多數人都享用不起了。要在有限的成本中制造5個或七個聲道分立元件大功率功放，必然要簡化功放設計，要解決整機的散熱問題和減小體積，必然是要減小功放的靜態電流，使之更接近B類，同時變壓器的功率也要縮小，通過使用大容量電解電容來保證瞬態功率。最要命的是最大輸出電流的限制，AV功放不能使用低阻抗的音箱，電源功率不允許，大功率管性能不允許，散熱也不允許。因此AV功放，即使是旗艦，音質也無法與檔次相近的Hi-Fi功放相提并論，要追求極致的音質，只能使用分體后級。先鋒在中、高檔AV功放上使用ICEpower模組，就是另一種更具性價比的解決方法，看來先鋒會堅持走下去。
作者: gb302    時間: 2016-2-20 23:41
好文章，值得一讀。
作者: xzx010    時間: 2018-1-5 08:41
好多概念 不敢茍同哦
作者: 高新    時間: 2021-9-27 09:51
以上的芯片有沒有資料上傳一下
作者: ASHYLAI    時間: 2022-2-9 10:05
樓主是做功放的嗎
作者: yccll123    時間: 2022-2-12 20:06
受教了。謝謝
作者: Frank660405    時間: 2022-4-27 11:01
正要弄音響，好好學習一下。
作者: Frank660405    時間: 2022-5-25 14:34
專業但講的通俗易懂，認真學習！回復是為了復習。



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