原理框图如下图所示,全数字从光纤或数字同轴电缆接口接收数字音频信号;或通过模拟音频输入接口接收模拟音频信号,经机内A/D转换后得到数字音频信号。数字音频信号通过专用音频芯片进行码型变换,得到所需要的音频数字,经过小信号数字驱动送入功率开关电路进行功率开关控制,最后将功率脉冲通过,提取模拟音频信号。由图1可知,音频数字信号经过DSP编码后,直接控制场效应管开关网络的工作状态。场效应管驱动器用来缓冲DSP并增强信号,使之能驱动大功率MOSFET开关管。然后通过积分电路()就能得到大功率原始模拟音频信息,用以推动喇叭发声。
在全数字功放中,首先建立一组不同脉宽的脉冲单元,它的脉宽虽然各不相同,但其宽度是始终固定的,都是系统时钟的倍数。
DSP对输入的数字音频信号进行再处理,通过算法和插补,在原始采样点之间进行超采样。
下图表示两个原始相邻采样点N和N+1的量值为AN和AN+1,中间点a1、a2、a3??为超采样点。超采样点是由数字器计算产生的。通过数字滤波器后,所有采样点包括超采样点所构成的音频信号是比较平滑的。
第一个超采样点a1与前值AN的量差为△×1,即a1-AN=△×1,得到△×1后,即用上述脉冲单元去量度它,而且仅用一个脉冲单元表示,余数保留至下次量度,假设余数为△△×1。
接着传送的第二个差值编码为a2-a1=△×2,由于上次还保留余数△△×1,所以还应加上它,即当前应用一个脉冲单元去量度△×2+△△×1,同样余数保留至下一次累计。
由此看来,用脉冲单元表示后的余数,即低于最小量度单位的部分并没有丢失,而是累加至相邻超采样点上。而从音频信号的角度来说,曲线AN、a1、a2、a3??AN+1下方的面积和原值相等,因此音频信号并没有产生,但曲线增加了以△△×1、△△×2??△△XN幅度上下波动的,这种噪声分量不大,很高,用一个较简单的滤波器就可滤除,不会影响到音频信号的还原。
在能量放大部分,采用平衡电桥开关技术,每通道使用四只MOSFET开关功放管构成平衡电桥开关网络。当功放管处于开关放大状态时,输出波形和输入的脉冲信号波形相同,但幅度近似于工作,即Vout=V,经滤波器滤波后,输出到上的波形峰值为Vcc。
当包含有开关损耗时,采用R22N10MOSFET场效应管作功放,当工作电压Vcc为40V,开关频率为700k时,效率n=80%。
在滤波器设计时,仅采用一个简单的LC低通滤波器,用于将大功率数字脉冲信号转换为模拟音频信号,就可获得带内平坦度高,幅频特性较好的输出音频信号。