采用直接数字放大技术和DPPC2006芯片实现数字功放电路的设计
引言
随着电子产品的数字化进程不断演进，音响设备（尤其是其中的关键产品功率放大器）的数字化也提上了日程。目前市场上很多功放产品都打出了“数字”的旗号，但其中有很多只是对产品进行了一些数字化处理，严格意义上只能称作数字化功放，真正的音频信号还是模拟的。数字功放是指在信号的处理过程中采用的是数字音频信号，用开关的方式放大信号。数字功放最大的特点是效率高，对电源及散热的要求大大降低，此外还有输出功率大、频响宽、体积小、信噪比高等优点。设计了一款采用直接数字放大技术，通过专用音频信号处理芯片dppc2006处理，再经由高速vmosfet组成的h桥互补对称电路放大的纯数字功放。
电路构成
本方案由前、后级构成，前级由dppc2006处理输入的数字信号转换成pwm波输出，后级由高速vmosfet组成的h桥互补对称放大电路及低通滤波器组成。同时用模数转换器（adc）cs5333实现对模拟信号的兼容，由单片机at89s51完成音量调节、显示、声道、静音等控制功能。整机组成见图1。
图1 基于dppc2006的数字音频功率
芯片工作原理
数字功放处理芯片dppc2006是具有我国完全自主知识产权的hi-fi级全数字6通道音频功放编码处理芯片。该芯片具有6通道全数字（pcm）输入和独立脉宽编码（pwm）输出;每声道音量可独立调整，124级增减可调;352.8khz或384khz高速开关频率;支持24bit多脉宽脉冲差值编码、噪声整形、平衡电桥等技术;6通道数据输入，采样率支持32khz～768khz;内置s/pdif接收器，采样率支持44.1khz～96khz;内置输入数据组选择电路;供电+3v～+5.5v;封装形式为qfp100a.
主要技术指标
频率响应0.5db（20hz～20khz）;动态范围95db;总谐波失真《0.02%. 该芯片能直接接收cd，dvd等数字音源输出的同轴或光纤数字音频信号，全数字信号放大处理，单颗ic可以放大6个声道，前后级分开，后级采用不同的mosfet，可实现不同的输出功率。用dppc2006构成的数字功放电路简单、功能完善，其输入可以分别选择光纤和同轴的数据，也可选择cd，vcd，dvd等产品内部的data，bck和lrck格式的数据，还可支持高采样率的数据输入;没有数字信号输入的地方，外接音频a/d转换器后也可以输入dppc2006供选用，应用非常灵活。
模拟信号的兼容
为了与普通的模拟信号兼容，dppc2006的数字输入接口可以接收串行adc输出的数据。只要符合图2所示格式的数字音频数据输入即可正常工作（左右对齐由dppc2006的mo脚配置选择）。本方案中采用cirrus公司推出的26bit，96khz立体声音频专用模数转换器cs5333。
图2 串行音频数据格式
后级pwm放大
完整的后级pwm放大由mos管h桥互补对称放大电路和低通滤波器（lpf）构成，实际电路如图3所示（图中只有一个通道）。图中r307、c303、l303、c307、c308为emc元件；l301、l302、c304为滤波电路；r308、c305为音箱匹配电路。
1）h桥放大电路。这里u6为fet的输入驱动器，电路中用74hc541或天奥的db802芯片。选用不同电流的mosfet，即可得到80w～300w的输出功率。
图3 后级pwm放大电路
2）低通滤波器。采用二阶lc滤波器，要求滤波器上限频率≥20khz，在通频带内特性基本平坦。经用ewb仿真软件进行仿真，得到l、c的较佳参数为l301=l302=22μh，c304=0.47μf。
功能控制
对dppc2006的控制由51系列单片机at89s51实现，完成对芯片模式设置、通道选择、音量控制及显示等功能的操作。该单片机带有isp（在系统可编程）功能，可以直接通过下载线进行在线开发，使用非常方便。单片机控制程序流程如图4所示。
图4 单片机控制程序流程图
波形及测试结果
1）pwm波形：pwm输出波形如图5所示。图中a）为未调制的pwm输出波形，b），c）为已调制的pwm输出波形。从图5可以看出，输入信号幅度的变化已变换成输出脉冲宽度的变化。
2）电源效率。电源效率见表1.由表1可知，平均效率η=（76.8+66.0+76.9+68.8+7717）%/5=73.24%.由测试数据可知，与传统模拟功放相比，数字功放的效率大大提高，功放的效率和最大不失真输出功率与理论计算值还有一定的差别，这是由h桥输出电路、驱动电路等存在静态损耗引起的，特别是小功率输出时影响更为明显。
图5 dppc2006芯片pwm输出端波形
结语
本系统以采用直接数字放大技术（ddx）的专用数字音频信号处理放大芯片dppc2006为核心，可直接输入s/pdif同轴或光纤数字信号。经过内部运算，将pcm信号转化为pwm信号输送给高速vmosfet管构成的互补对称h桥电路放大，输出放大后的双通道音频信号。同时预留扩展接口，输入兼容普通模拟信号，输出可以非常方便地扩展到环绕6声道。通过使用不同的mosfet，很容易得到80w～300w的输出功率，理论上平均效率可达到90%以上，甚至后级放大管完全不需散热片。使用单片机进行灵活控制，实现静音、数字音量调节、显示等功能。可以应用于dvd机内置功放、汽车功放、高档桌面组合音响、计算机多媒体和各种多通道av功放设计，性价比极高，具有很广阔的应用前景。
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电路构成
本方案由前、后级构成，前级由dppc2006处理输入的数字信号转换成pwm波输出，后级由高速vmosfet组成的h桥互补对称放大电路及低通滤波器组成。同时用模数转换器（adc）cs5333实现对模拟信号的兼容，由单片机at89s51完成音量调节、显示、声道、静音等控制功能。整机组成见图1。
图1 基于dppc2006的数字音频功率
芯片工作原理
数字功放处理芯片dppc2006是具有我国完全自主知识产权的hi-fi级全数字6通道音频功放编码处理芯片。该芯片具有6通道全数字（pcm）输入和独立脉宽编码（pwm）输出;每声道音量可独立调整，124级增减可调;352.8khz或384khz高速开关频率;支持24bit多脉宽脉冲差值编码、噪声整形、平衡电桥等技术;6通道数据输入，采样率支持32khz～768khz;内置s/pdif接收器，采样率支持44.1khz～96khz;内置输入数据组选择电路;供电+3v～+5.5v;封装形式为qfp100a.
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