CC BY
65Компоненты и технологии, № 7'2002
Продолжение. Начало в № 6
Компоненты Texas Instruments для аудиоприложений
Часть 2. Усилители мощности звуковой частоты
В первой части статьи мы рассмотрели аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи звуковой информации (включая кодеки), производимые корпорацией Texas Instruments. Безусловно, эти устройства являются весьма важной составляющей современных аудиосистем, использующих цифровую обработку сигналов, что, прежде всего, обусловлено широким распространением аналоговых носителей аудиопрограмм, проигрывателей цифровых источников с аналоговым выходом и аналоговых усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ). Если первые два фактора постепенно уходят в историю, то об усилителях стоит поговорить отдельно.
Игорь Бирюков
Какое бы устройство мы не использовали для прослушивания аудиопрограммы, — будь то система домашнего театра или обычная стереосистема, миниатюрный радиоприемник со столь же миниатюрным телефонным капсулем или пассивные колонки, подключенные к вашему компьютеру, — всегда обязательно наличие усилителя мощности. Соответственно мощность, выдаваемая усилителем на нагрузку, может варьироваться от десятков милливатт до сотен, а то и тысяч, ватт. В зависимости от конкретного приложения различаются и требования к таким техническим характеристикам усилителей, как нелинейные искажения, шумы, динамический диапазон.
Для устройств с высокой выходной мощностью на одно из первых мест, наряду с качеством звучания, выходит такой параметр, как коэффициент полезного действия (КПД) или эффективность. Повышение КПД позволяет не только экономить электроэнергию (что особенно важно для мобильных устройств), но также дает возможность применять менее мощные, более компактные и более дешевые источники питания, уменьшить габариты охлаждающих радиаторов и, как результат, снизить габариты и стоимость готовой системы.
Texas Instruments производит широкую гамму интегральных УМЗЧ для самых разных областей применения. Конечно, велико искушение сразу перейти к рассмотрению суперсовременной технологии полностью цифровых усилителей, однако давайте все же начнем с классических УМЗЧ малой мощности, которые пока еще применяются очень часто.
Усилители мощности для головных телефонов
Многие аудиоустройства не нуждаются в мощных усилителях. Они рассчитаны в первую очередь на подключение головных телефонов (наушников)
и обеспечение, в случае необходимости, линейного выхода на том же разъеме, что позволяет вместо наушников подключать внешние звукозаписывающие или звуковоспроизводящие устройства — усилители, магнитофоны, MP3-рекордерьL К таким устройствам относятся звуковые карты персональных компьютеров, кассетные, MP3- и CD-плейеры с батарейным питанием, миниатюрные радиоприемники, автомобильные адаптеры мобильных телефонов без громкой связи и т. п. Специально для таких приложений ТС выпускает ряд классических линейных интегральных УМЗЧ с малой выходной мощностью.
TPA152 — 75-милливаттный усилитель для звуковых карт
Для использования в качестве выходного буфера аудиокодека персонального компьютера предназначен 75-милливаттный 5-вольтовый стереоусилитель TPA152, выпускаемый в исполнении SOIC с 8 выводами. Заявленная номинальная мощность достигается при подключении 32-омной нагрузки, при этом КНИ во всем диапазоне звуковых частот не превышает 0,2%. При подключении же 10-килоомной нагрузки КНИ уменьшается до 0,02%. Согласитесь, неплохо для массовых изделий. Коэффициент усиления TPA152 независимо для каждого канала можно установить парой внешних резисторов, причем при КУ от 1 до 10 внешняя компенсация не требуется. Безусловно, применение TPA152 не ограничено лишь рамками персональных компьютеров. Устройство может быть использовано везде, где требуется высококачественный усилитель для подключения головных телефонов и обеспечения линейного выхода.
TPA610xA2 — 50-милливаттные низковольтные усилители для стереотелефонов
Эти устройства представляют собой двухканальные УМЗЧ с номинальной выходной мощностью 50 мВт, выпускаемые в 8-выводных корпусах SOIC и MSOP (3x5 мм вместе с выводами). Усилители оптимизированы для работы в устройствах с бата-------www.finestreet.ru----------------------
Компоненты и технологии, № 7'2002
рейным питанием. Напряжение питания может составлять от 1,6 до 3,6 В. При выходной мощности 45 мВт на 16-омной нагрузке и при питании от источника 3,3 В, КНИ не превышает 0,2% во всей полосе звуковых частот. Коэффициент усиления (КУ) ТРА6100А2 устанавливается тремя резисторами на каждом канале и может составлять от 1 до 10 без внешней компенсации. ТРА6101А2 иТРА6102А2 имеют фиксированные значения КУ, равные, соответственно, 2 дБ и 14 дБ, и не требуют применения внешних установочных резисторов, что дает дополнительную экономию площади печатной платы. Эти устройства замечательно подходят для использования в стереонаушниках, подключаемых через интерфейс ШВ.
TPA611xA2 — 150-милливаттные усилители для стереотелефонов
Особенностью этих стереоусилителей является практически полное устранение неприятных на слух импульсных помех, возникающих в других телефонных усилителях при их включениях и выключениях. Это свойство делает ТРА611хА2 идеальным выбором для таких мобильных приложений, как МР3- и CD-плейеры, мобильные телефоны и т. п. Устройства отличаются друг от друга различной схемой расположения выводов, что облегчает разводку печатных плат и простой переход с семейства ТРА1х2.
Эти усилители выпускаются в корпусах PowerPAD™ MSOP-8 (кроме ТРА6112А2) с теплоотводящей площадкой. Допустимо использование напряжения питания от 2,5 до 5,5 В. КНИ в диапазоне звуковых частот не превышает 1% (на нагрузке 16 Ом при питании 5 В) или 0,5% (на нагрузке 10 кОм). Типовое отношение сигнал-шум для всех устройств составляет 100 дБ. Коэффициент усиления устанавливается двумя парами внешних резисторов (по одной паре на канал). ТРА6112А2 имеет дифференциальные входы и размещается в корпусе PowerPAD™ MSOP-10. ТРА6111А2, помимо MSOP-8, выпускается в исполнении SOIC-8 и совместим по выводам с популярными устройствами ТРА122, ЬМ4880 и ЬМ4881.
Линейные УМЗЧ малой мощности
Существует ряд приложений, когда в силу весьма малых габаритов изделия, повышенных требований ко времени автономной работы и специфики использования высокая выходная мощность не требуется, равно как и не всегда нужен стереофонический звук. К этому классу приложений можно отнести, в частности, ноутбуки и карманные компьютеры, сотовые телефоны и другие средства беспроводной связи, ЖК-мониторы со встроенными динамиками, электронные игры и многие другие подобные изделия. Именно для этих задач Texas Instruments выпускает несколько семейств одно- и двухканальных линейных УМЗЧ с выходной мощностью до 2 Вт. Общее количество таких устройств в производственной программе TI очень велико, поэтому сконцентрируемся на самых последних разработках.
ТРА3х1 и TPA7x1 -семейства низковольтных 350- и 700-милливаттных УМЗЧ
Эти два семейства одноканальных усилителей с номинальной мощностью соответственно 350 и 700 мВт разработаны специально для использования в низковольтных (от 2,5 до 5,5 В) приложениях со встроенным динамиком. Все усилители работают в мостовом режиме, и лишь ТРА311 и ТРА711 могут переключаться также и в униполярный режим, что позволяет использовать их в тех случаях, когда необходимо предусмотреть возможность подключения наушников с одновременным отключением встроенного динамика. При напряжении питания 3,3 В усилители раскачивают на 8-омной нагрузке 250 мВт при КНИ менее 0,6% во всем диапазоне звуковых частот. Несмотря на то что устройства характеризуются полосой частот до 20 кГц, они оптимизированы для узкополосных приложений, типа беспроводной связи. Все усилители доступны в исполнении 8-SOIC или PowerPAD™ MSOP, аТРА751, кроме того, может поставляться в BGA-корпусе MicroStar Junior™, имеющем установочные размеры 3x3 мм.
TPA6203A1 — 1,25-ваттный усилитель для сотовых телефонов и PDA
Монофонический полностью дифференциальный УМЗЧ с номинальной выходной мощностью 1,25 Вт на нагрузке 8 Ом. В большинстве приложений общая площадь, занимаемая этим устройством на печатной плате, не превысит 37 мм2. Этот 1,25-ваттный усилитель работает при напряжении питания от 2,5 до 5,5 В и потребляет в покое ток всего 1,7 мА. Такие свойства TPA6203A1, как коэффициент подавления помех от источника питания (PSRR), составляющий 87 дБ на частоте 217 Гц, улучшенная радиочастотная устойчивость, малая площадь, занимаемая на печатной плате, делают его предпочтительным для использования в мобильных телефонах. Малое время запуска с минимальными щелчками делает это устройство идеальным также для карманных компьютеров (PDA).
Для работы TPA6203A1 требуется всего пять внешних компонентов. Высокий PSRR и широкий диапазон напряжений питания позволяют использовать его в приложениях с автономным питанием. Улучшенный коэффициент подавления синфазных составляющих (CMRR) устраняет необходимость установки двух входных разделительных конденсаторов. TPA6203 поставляется в миниатюрных корпусах MicroStar Jr™ BGA с размером 2x2 мм.
2-ваттный УМЗЧ для ноутбуков и PDA
Стереоусилитель TPA6011A4 — новейшая разработка TI, ориентированная в первую очередь на применение в ноутбуках и PDA. Основная особенность этого устройства — усовершенствованная система регулировки громкости уровнем напряжения постоянного тока. Общая громкость регулируется в диапазоне от -40 до +20 дБ дискретными шагами по 2 дБ установкой уровня напряжения на терминале VOLUME. Аналогично, разница
громкости динамиков и наушников может быть задана уровнем напряжения на терминале SEDIFF. Чтобы избежать неожиданно высокого уровня сигнала на наушниках, применяется третий терминал SEMAX, ограничивающий громкость наушников.
Способность усилителя легко переключаться между мостовым и униполярным режимами — еще одна из его наиболее существенных особенностей, минимизирующая стоимость системы. Эта возможность устраняет потребность в дополнительном телефонном усилителе в приложениях, в которых встроенные стереодинамики подключаются по мостовой схеме в дополнение к внешним наушникам.
Усилитель имеет дифференциальные входы и входной мультиплексор, позволяющий выбрать один из двух источников аудиосигнала. Диапазон допустимых напряжений питания — от 4,0 до 5,5 В. При выходной мощности 1 Вт и сопротивлении нагрузки 8 Ом КНИ в полосе частот 20 Гц — 20 кГц не превышает 0,4%.
TPA6010A4 — 2-ваттный стереоусилитель с функцией выделения басов
Усилитель TPA6010A4 является развитием линейки 2-ваттных УМЗЧ с питанием 5 В, нацеленных на использование в настольных и портативных компьютерах. Основной особенностью TPA6010A4 является встроенная функция выделения басов (bass boost). Цепь выделения басов суммирует левый и правый каналы, отфильтровывает верхние частоты и добавляет полученный сигнал в выходные каскады усилителя. Частоту среза фильтра можно настроить добавлением RC-фильтра между терминалами BBOUT и BBIN. Если используются и правый, и левый каналы, коэффициент усиления цепи устанавливается равным 12 дБ и автоматически понижается до 9 дБ, если используется только один канал. Однако коэффициент усиления можно уменьшить добавлением делителя напряжения между BBIN и BBOUT. Функцию выделения басов можно отключить, подав на терминал BBENABLE низкий логический уровень.
Еще одна особенность TPA6010A4 — раздельная регулировка коэффициента усиления входных буферов (от -46 до +14 дБ) и общего уровня громкости (от -34 до +20 дБ). Эти значения задаются уровнем напряжения постоянного тока на терминалах BUFFGAIN и VOLUME соответственно. Таким образом, общее усиление в режиме BTL можно изменять от -86 до +34 дБ, а в униполярном режиме — от -80 до +28 дБ.
TPA6010A4, как и другие устройства аналогичного назначения от TI, полностью соответствует требованиям спецификаций PC99 Desktop (линейный выход с сопротивлением нагрузки 10 кОм) и РС99 Portable (работа с нагрузкой 8 Ом). Входные буферные усилители имеют полностью дифференциальные входы и выходы. КНИ при развиваемой на 8-омной нагрузке мощности 1 Вт не превышает 0,22% в диапазоне частот 20 Гц — 15 кГц. Выпускается TPA6010A4 в 28-выводных корпусах PowerPAD™ TSSOP с теплоотводящей площадкой.
Компоненты и технологии, № 7'2002
Другие стереоусилители с питанием 5 В
Как уже было сказано, TI выпускает большое количество УМЗЧ для использования в ПК и ноутбуках. Сюда относятся рассмотренные выше TPA6010A4 и TPA6011A4, приборы семейств TPA01x2, TPA02x2 и ТРА0312, а также выпущенный недавно ТРА6017А2. Все устройства имеют близкие технические характеристики и отличаются друг от друга в основном своей функциональностью. Все эти устройства совместимы с требованиями спецификаций PC99 Desktop и РС99 Portable, имеют вход компьютерной «пищалки», цепь подавления щелчков, входной мультиплексор и полностью дифференциальные входы.
Наиболее очевидное различие между изделиями — это способ регулировки коэффициента усиления. Так усилители ТРА0х12, ТРА0х22 и ТРА6017А2 имеют по четыре внутренне сконфигурированных уровня усиления, выбор которых осуществляется с помощью терминалов GAIN0 и GAIN1. В усилителях ТРА0х32 и ТРА0х42 коэффициент усиления выбирается изменением уровня напряжения на терминале VOLUME в одно из 31 фиксированного значения с шагом 2 дБ. В ТРА0152, ТРА0162 и ТРА0252 регулировка громкости осуществляется пошагово подачей уровня логического нуля на терминалы UP и DOWN, причем ТРА0252 имеет встроенную память, сохраняющую установки при выключении устройства или в режиме ожидания. Особняком стоит УМЗЧ ТРА0172, в котором регулировка осуществляется через последовательный интерфейс I2C.
В производственной программе Texas Instruments, кроме описанных выше устройств, имеется еще одно семейство линейных усилителей — одно- и двухваттные монофонические УМЗЧ ТРА02х3. Однако свойства этих приборов во многом схожи с уже описанными, поэтому мы не будем останавливаться на них в этой статье. Есть и другие усилители, не вошедшие в обзор. В основном это устройства выпуска прошлых лет, для которых рекомендованы более современные замены. Подробнейшую информацию о любых изделиях всегда можно получить на веб-сайте производителя.
Усилители мощности класса D
Как известно, наилучшее качество звучания обеспечивают усилители класса А, построенные по схеме простого эмиттерного повторителя (мы не говорим здесь о ламповых усилителях, которые до сих пор широко распространены в звуковоспроизводящей аппаратуре класса Hi-End). Однако КПД этих усилителей крайне низок — значительно ниже 50%. В результате имеем большие радиаторы, а то и вентиляторы, блок питания повышенной мощности и, как следствие, значительные габариты и массу готового устройства. Поиски более экономичных решений привели к созданию усилителей с двухтактным выходным каскадом, получивших название усилителей класса В. На сегодняшний день в звуковоспро-
изводящей аппаратуре высокой верности звучания наибольшее распространение нашли усилители класса АВ, имеющие более высокий КПД по сравнению с классом А и более высокие характеристики, чем у устройств класса В. Однако и в таких усилителях КПД, как правило, не превышает 50%.
Лет двадцать назад конструкторы, казалось бы, нашли решение, позволяющее значительно повысить эффективность усилителей мощности. Суть проста. Когда выходной транзистор полностью открыт, через него течет максимальный ток, но его сопротивление при этом близко к нулю, а значит, и рассеиваемая мощность невелика. Обратная ситуация возникает при полностью закрытом транзисторе. Сопротивление максимальное, но ток мал. И опять имеем малое тепловыделение. Выходные транзисторы классических линейных усилителей, являясь, по сути, повторителями формы входного аналогового сигнала, большую часть времени работают в промежуточных режимах, то есть когда транзистор открыт (или закрыт) не полностью. При этом получаем конечное сопротивление и довольно большой ток, а в результате — значительное тепловыделение. Таким образом, чтобы повысить эффективность, нужно заставить усилитель работать в ключевом режиме — открыт-закрыт. Для этого было предложено использовать метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ). При этом входной сигнал модулируется (с помощью компаратора) пилообразным напряжением фиксированной частоты, так что в итоге получается последовательность импульсов, скважность которых пропорциональна амплитуде входного сигнала. Полученный в результате усиления сигнал подавался на громкоговорители через простые LC-фильтры второго порядка, которые, удаляя гармоники высших порядков, снова переводили сигнал в аналоговую форму. КПД при этом мог составить более 90%.
Все бы было хорошо, однако элементная база того времени не позволяла создавать усилители этого класса с достаточно высоким качеством звучания. Такие усилители требуют применения мощных транзисторов с очень высокой частотой коммутации, каких в то время просто не существовало. Еще одна проблема — стабильность частоты и правильная геометрия импульсов генератора пилообразного напряжения (ГПИ). Сегодня прогресс элементной базы достиг значительных высот, и у разработчиков снова проснулся интерес к усилителям класса D. Не осталась в стороне и корпорация Texas Instruments, выпустив ряд интегральных УМЗЧ этого класса с мощностью от одного до десяти ватт. Был, правда, выпущен, и совсем недавно, также 17-ваттный усилитель TPA3000D1, однако он уже попал в категорию нерекомендованных для новых разработок, а потому рассматривать его мы не будем. Забегая вперед, скажу, что эта технология получила развитие в полностью цифровых усилителях, и здесь достигнуты мощности вплоть до 100 Вт на канал. Но об это чуть позже. А сейчас об усилителях класса D.
Бесфильтровые усилители класса О
Семейство насчитывает на сегодняшний день пять устройств, различающихся числом каналов (моно или стерео), выходной мощностью (1 или 2 Вт) и наличием интегрированного усилителя стереотелефонов класса АВ. Для удобства эти данные сведены в таблицу 1.
Таблица 1. Бесфильтровые усилители класса D
Устройство Выходная мощность, Вт Стерео или моно Усилитель стереотелефонов
TPA2000D4 2 Стерео Есть
TPA2000D2 2 Стерео Нет
TPA2000D1 2 Моно Нет
TPA2001D2 1 Стерео Нет
TPA2001D1 1 Моно Нет
Усилители используют метод модуляции второго поколения, который позволяет повысить КПД и отношение сигнал-шум, а также подключать устройство непосредственно к громкоговорителю без использования LC-фильтров, ассоциирующихся обычно с усилителями класса D. Высокий КПД этих УМЗЧ делает их весьма привлекательным выбором для использования в мобильных компьютерах и в громкоговорителях, питаемых от шины USB.
Напряжение питания для TPA2001D1 и TPA2001D1 может быть от 2,7 до 5,5 В, остальные же усилители рассчитаны на питание 5 В. КНИ во всем диапазоне звуковых частот не превышает 0,4%, а при питании 3,3 В —
0,2%. Усилители специфицированы для работы в диапазоне температур от -40 до +85 °С и выпускаются в корпусах TSSOP. Планируется также их выпуск в корпусах MicroStar BGA.
TPA032D0x — 10-ваттные усилители классаD
TPA032D0x — это высокоэффективные 10-ваттные усилители класса D, оптимальные для приложений с батарейным питанием, а также других приложений, накладывающих ограничения на количество выделяемой тепловой энергии. Высокий КПД достигается за счет высокой скорости переключения мощных DMOS-транзисторов. Семейство включает четыре устройства, отличающиеся числом каналов (моно или стерео), а также наличием или отсутствием встроенного усилителя стереотелефонов. Поддерживается диапазон напряжений питания от 8 до 14 В. Каждый УМЗЧ может быть переведен в режим отключения (shutdown), что позволяет продлить время работы автономных устройств, когда устройство переведено в режим ожидания. Сводка основных характеристик усилителей приведена в таблице 2.
Устройства TPA032D03 и TPA032D04 в дополнение к основному усилителю класса D, содержат усилители стереотелефонов класса АВ. Одновременно может быть активен только один из усилителей, при этом другой переводится в режим сна.
Полностью цифровые усилители
Несмотря на то что цифровые носители звуковой информации уже давно и прочно
Компоненты и технологии, № 7'2002
Таблица ю. Основные характеристики усилителей TPA032D0x
Таблица 3. ШИМ-процессоры цифровых усилителей Texas Instruments
Параметр TPA032D01 TPA032D02 TPA032D03 T PA0 о W ю о о
Выход класса Р Моно Стерео Моно Стерео
Усилитель для стереотелефонов класса АВ Нет Нет Есть Есть
Пиковая выходная мощность на канал 32 Вт
Номинальная выходная мощность на канал 10 Вт
Напряжение питания B-14 В
Потребляемый ток (без нагрузки) 25 мА
Потребляемый ток в режиме отключения 20 мкА
КНИ в полосе частот 20-20 000 Гц 0,5 %
Доступность оценочного модуля Да
Диапазон рабочих температур от -40 до +125 °С
Исполнение 48-выводной PowerPAD™ TSSOP
Устройство Число каналов FS Динамический диапазон, дБ КНИ, % Разрядность, бит Корпус Цена*
TAS5001 2 32+96 96 <0,0B 16, 20, 24 4B-PQFP 2,26
TAS5010 2 44,1+192 96 <0,0B 16, 20, 24 4B-PQFP 2,B3
TAS5012 2 32+192 102 <0,0B 16, 20, 24 4B-PQFP 5,26
TAS5015t 2 32+192 110 <0,01 16, 20, 24 4B-PQFP 25,01
TAS5026 б 44,1+192 96 <0,1 16, 20, 24 64-TQFP 6,49
TAS5036 б 44,1+192 102 <0,1 16, 20, 24 B0-TQFP 12,41
* Приблизительная бюджетная цена за 1 шт. в долларах США (партия 1000 шт.) | Доступен только обладателям лицензии Equibit™
заняли свое место на рынке потребительской электроники, до сих пор в большинстве устройств аудиосигнал сохраняет свою цифровую форму только на стадиях декодирования и, возможно, вспомогательной постобработки с целью спектральной коррекции, адаптации под особенности помещения, преобразования двухканального стереосигнала в многоканальный и т. п. Затем сигнал снова преобразуется в аналоговую форму и поступает на традиционные аналоговые усилители мощности.
В последние годы ситуация начала меняться. Многие производители электронных компонентов и высококлассного аудиооборудования предложили различные методики построения полностью цифровых усилителей мощности. Один из самых популярных подходов — это использование несколько модифицированного принципа работы усилителя класса D. Отличие заключается в том, что ШИМ-сигнал получается не посредством модуляции аналогового сигнала сигналом пилообразного напряжения, а непосредственно из цифрового аудиосигнала, поступающего в усилитель от аудиопроцессора, АЦП или от внешних источников. При этом подходе решается сразу несколько проблем: точность и стабильность ШИМ-сигнала возрастает, исключаются искажения, вносимые на стадии цифро-аналогового преобразования и предварительного усиления аналогового сигнала, КПД возрастает до 90% и выше, что позволяет создавать более экономичные, компактные, легкие и дешевые устройства.
Не осталась в стороне от этой тенденции и Texas Instruments. Изюминкой их фирменной технологии построения полностью цифровых усилителей (TDAA — True Digital Audio Amplifier) стала патентованная технология Equibit™, которая была разработана компанией Toccata Technology, вошедшей в марте этого года в состав Texas Instruments. Технология Equibit определяет алгоритмы
безартефактного преобразования цифрового аудиосигнала (ИКМ — импульсно-кодовая модуляция), представленного в одном из распространенных форматов, в сигнал ШИМ, который затем подается в выходной каскад усилителя мощности.
Цифровые усилители Texas Instruments построены по двухкаскадной схеме. Первый каскад — это ШИМ-процессор цифрового аудио (или ШИМ-модулятор), использующий продвинутую цифровую обработку сигналов для преобразования цифровых данных из исходного формата в ШИМ-представление. Второй каскад — это выходной каскад цифрового усилителя (Digital Amplifier Power Stage), который применяет цифровой ШИМ-сигнал непосредственно к динамикам (через LC-фильтр второго порядка), обеспечивая завершенный цифровой канал от источника аудиопрограммы до слушателя. Путь прохождения сигнала в цифровом усилителе схематично представлен на рис. 1.
В принципе, полномостовой выходной каскад TDAA состоит из двух наборов ключей, которые управляются сигналом. Таким образом, управляющий ШИМ-сигнал преобразуется в мощный сигнал с амплитудой, соответствующей напряжению питания выходного каскада. Результирующий выходной сигнал демоду-лируется НЧ-фильтром, который восстанавливает усиленную версию исходной формы входного сигнала, например, музыки. Типовой демодулирующий фильтр — это простой пассивный фильтр второго порядка, расположенный непосредственно перед коннекторами громкоговорителя. Интересно, что единственный путь прохождения аналогового сигнала в TDAA — это демодулирующий фильтр.
Texas Instruments реализовала технологию TDAA в виде ряда интегральных схем в компактных планарных корпусах. Типовая система TDAA состоит из двух- или шестиканального ШИМ-модулятора и нескольких интегральных выходных каскадов, как пока-
зано на рис. 2. Гибкость двухкаскадной архитектуры позволяет разработчикам использовать модульный подход в конструкции изделия, когда все цифровые модули логического уровня — ЦСП, ШИМ-процессор и интерфейсы логического уровня — размещаются на одной плате. При этом выходные каскады могут располагаться на отдельной плате, что позволяет предусмотреть различные варианты выходной мощности устройства при использовании единственной цифровой платы логического уровня. Двухкаскадная архитектура сохраняет ресурсы и время для выхода на рынок.
Рассмотрим подробнее конкретные устройства, предлагаемые в свете рассмотренной технологии TDAA корпорацией Texas Instruments.
ШИМ-процессоры цифрового аудио
На момент написания статьи выпускалось шесть различных модификаций ШИМ-про-цессоров TDAA, основные характеристики которых приведены в таблице 3. Все устройства поддерживают широкий набор форматов входных последовательных данных, включая выровненный по правому знаку (16, 20 или 24 разряда), I2S (16, 20 или 24 разряда), выровненный по левому знаку (16-разрядный) или ЦСП (16-разрядный). Обеспечена полная совместимость со стандартными частотами выборки AES — 44,1, 48, 88,2, 96, 176,4 и 192 кГц (кроме TAS5001).
Легко заметить, что в основном устройства отличаются числом каналов и отношением сигнал-шум. О том же говорит и анализ спецификаций устройств. Особенно выделяются 6-канальные устройства TAS5026 и TAS5036. Они замечательно подходят для построения систем окружающего звука (Surround Sound) для домашних театров, в автомобильных DVD-и CD-ресиверах, в мини- и микросистемах, для построения активных акустических систем с цифровым разделением каналов, а также
Компоненты и технологии, № 7'2002
Таблица 4. Силовые каскады цифровых усилителей Texas Instruments
Устройство FS Номинальная мощность на нагрузке 4Ом КНИ, % КПД, % Исполнение Цена*
TAS5100A 32+192 30 Вт < 0,0B > 90% 32-PowerPAD™ 3,15
TAS5101 2x15 Вт < 0,1 > 90% 32-PowerPAD™ 3,44
TAS5110 32+192 50 Вт < 0,0B > 90% 32-PowerPAD™, 32-PowerPAD (DAD) 3,19
TAS51B2 2x100 Вт (6 Ом), 4x40 Вт (4 Ом) < 0,09 > 90% 32-PowerPAD™
* Приблизительная бюджетная цена за 1 шт. в долларах США (партия 1000 шт.).
в профессиональном оборудовании: цифровых микшерских пультах, устройствах записи цифровых аудиопрограмм, оборудовании радиостудий, электромузыкальных инструментах, кодерах и декодерах окружающего звука.
Выходные каскады цифрового усилителя
Основные характеристики силовых каскадов цифровых усилителей приведены в таблице 4.
Здесь гораздо яснее, чем в случае ШИМ-процессоров, просматривается предназначение каждого устройства, его нацеленность на конкретный рыночный сектор. Так, одноканальные усилители TAS5100A иTAS5110 предназначены для построения высококачественных систем с любым количеством выходных каналов различной мощно-
сти, а двухканальный TAS5101 явно нацелен на применение в стереофонических мини- и микросистемах, в том числе и с автономным питанием.
Особо следует сказать о новейшей разработке — двухканальном усилителе TAS5182. Это собственно не силовой каскад, а его контроллер. Он предназначен для управления мостовыми МОП-каскадами (по четыре МОП-транзистора в Н-включении на каскад), с 6-омной нагрузкой. В силу способности устройства независимо управлять полумостами имеется возможность включения нагрузки по униполярной схеме, — при этом получается 4-канальный усилитель с выходной мощностью 40 Вт на канал. Схемотехника устройства обеспечивает защиту внешних МОП-транзисторов от перегрузки по току и напряжению. TAS5182 замечательно подхо-
дит для использования в AV-ресиверах, мощных DVD-ресиверах и системах домашних театров.
Элементная база цифровых усилителей мощности Texas Instruments находится еще в начале своего развития. Первые устройства этого класса появились лишь в 2001 году, поэтому в скором будущем следует ожидать новых интересных изделий в этой серии. ИИ
Литература
1. Digital Audio Measurements. Application Report SLAA114.
2. System Design Considerations for True Digital Audio Power Amplifiers. Application Report SLAA117A.
3. Richard Palmer. Audio Power Amplifier Measurements // Analog Applications Journal. July 2001 (SLYT027); First Quarter, 2002 (SLYT029).
4. Audio Power Amplifier Solutions for New Wireless Phones as Presented at the Wireless Symposium/Portable by Design Conference. February 2000. Application Report SLOA053.
5. Guidelines for Measuring Audio Power Amplifier Performance. Application Report SLOA068.
G~
