Realisierung eines verzerrungsarmen Open-Loop Klasse-D Audio-Verstärkers mit SB-ZePoC

[摘要] In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Klasse-D Verstärkernfür Audio-Anwendungen ein vermehrtes Interesse auf sich gezogen.Eine Motivation hierfür liegt in der mit dieser Technik extremhohen erzielbaren Effizienz von über 90%. Die Signale, dieKlasse-D Verstärker steuern, sind binär. Immer mehr Audio-Signalewerden entweder digital gespeichert (CD, DVD, MP3) oder digitalübermittelt (Internet, DRM, DAB, DVB-T, DVB-S, GMS, UMTS), weshalbeine direkte Umsetzung dieser Daten in ein binäres Steuersignalohne vorherige konventionelle D/A-Wandlung erstrebenswerterscheint.

Die klassischen Pulsweitenmodulationsverfahren führen zuAliasing-Komponenten im Audio-Basisband. Diese Verzerrungen könnennur durch eine sehr hohe Schaltfrequenz auf ein akzeptables Maßreduziert werden. Durch das von der Forschungsgruppe um Prof.Mathis vorgestellte SB-ZePoC Verfahren (Zero Position Coding withSeparated Baseband) wird diese Art der Signalverzerrung durchGenerierung eines separierten Basisbands verhindert. Deshalbkönnen auch niedrige Schaltfrequenzen gewählt werden. Dadurchwerden nicht nur die Schaltverluste, sondern auchTiming-Verzerrungen verringert, die durch die nichtidealeSchaltendstufe verursacht werden. Diese tragen einen großen Anteilzu den gesamten Verzerrungen eines Klasse-D Verstärkers bei. Mitdem SB-ZePoC Verfahren lassen sich verzerrungsarme Open-LoopKlasse-D Audio-Verstärker realisieren, die ohne aufwändigeGegenkopplungsschleifen auskommen.

Class-D amplifiers are suiteble for amplification of audiosignals. One argument is their high efficiency of 90% and more.Today most of the audio signals are stored or transmitted indigital form. A digitally controlled Class-D amplifier can bedirectly driven with coded (modulated) data. No separate D/Aconversion is needed. Classical modulation schemes likePulse-Width-Modulation (PWM) cause aliasing. So a very highswitching rate is required to minimize the aliasing componentwithin the signal band. This paper shows a first implementation ofthe new SB-ZePoC modulation scheme (Zero Position Coding withSeparated Baseband), which allows the generation of a binarysignal with separated baseband. Therefore Class-D amplifiers usingSB-ZePoC can be run with very low switching rates. Some benefitsand problems in the design process because of low switching rateswill be discussed. Measurements of a realtime implementation willbe presented.

[学科分类] 电子、光学、磁材料