Upload
moises-borra
View
219
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital
Federico Cattivelli
Matías Nogueira
JEFI 04Universidad ORT Uruguay
27 de Noviembre de 2004
Introducción Amplificador Clase D de
150W (IEEE Spectrum, Marzo 2003)
El modo de operación Clase D fue introducido en 1959, y ofrece una eficiencia mucho mayor que los amplificadores de audio convencionales
Amplificadores comerciales disponibles recién en la década de los 90
Operación en Clase AB Punto de polarización Q se ubica ligeramente por encima del valor
de corte Transistores siempre operan en la zona lineal Menor distorsión que Clase B Menor eficiencia que Clase B
El Amplificador Clase D
Transistores de salida fuera de la zona lineal (entre corte y saturación)
Eficiencia teórica del 100%
¿Cómo hacemos para generar audio de 1 bit?
Con baja velocidad de pulsos para tener mayor eficiencia
Con calidad de audio comparable al CD
?
Reconstrucción de Audio
Ejemplo: Audio calidad CD 16 bits (65536 niveles) 44100 muestras / segundo Reconstrución PAM NRZ
Modulación PWM
Modulación por ancho de pulso
Modulación PWM
Para generar una señal diente de sierra de 16 bits operando a una frecuencia de 48000 muestras por segundo, se requiere de un reloj de ¡ 3,1 GHz !
Entrada analógica: NPWM (PWM Natural) Poca distorsión
Entrada digital: UPWM (PWM Uniforme) Mucha distorsión a múltiplos de la frecuencia de
entrada
Modulación PDM
Modulación por densidad de pulsos
Modulación Sigma Delta
Moldea el error de cuantificación para que esté presente solo a altas frecuencias (noise shaping), permitiendo reconstrucción con filtro pasabajos
Integrador en cascada con Modulador Delta
Es una técnica de sobremuestreo que permite (re)cuantificar señales
Amplificador Digital con Modulación PWM
390kHz 100MHz
48kHz
PCM
16 bits7 bits
Amplificador Digital
Salida de Potencia
Etapa Clase D
Dificultades de Diseño
Componentes NO simétricos
Sensibilidad al Jitter Genera reducción de la Relación Señal a Ruido Para tener SNR=100dB, JitterMAX ≤ 8,2ps
Sensibilidad a tiempos de subida y bajada diferentes Genera armónicos de 2º Orden Para tener SNR=100dB, tr-tf ≤ 22ps
Pérdidas
Conducción Interconexiones metálicas Transistores MOSFET Componentes del Filtro
Conmutación Transistores MOSFET
Corto Circuito Driver
Carga de las capacidades de Gate
Modulador Implementado
Tasa de Sobremuestreo
Frecuencia de salida
SNR ModulaciónÁrea de
utilización de la FPGA
8 384 KHz 76 dB DS-UPWM 16%
SNR R.D. THD IMDPotencia
4Ω
48 dB 69 dB 0.12% 0.01% 15W
Eficiencia 80%
Resumiendo
Amplificación Clase D de alta eficiencia Es necesaria la generación de audio de 1
bit (one bit DAC) El audio se reconstruye filtrando pasabajos Dos técnicas de modulación:
PWMSigma Delta
Conclusiones
Amplificador Digital Muy alta eficiencia (80%)Buena linealidad en amplificación analógicaCircuitería relativamente simpleMuy buena calidad de audio
Gracias
??
SDM vs. PWM
SDM PWM
Área de utilización de FPGA
30% 16%
Eficiencia 60% 80%
Potencia de salida 9W 15W
Modulador SDM de orden 7
I1 = z -1 / (1-z -1)
I2 = 1 / (1-z -1)
Modulador SDM de orden 7
OSR = 32
Modulador SDM de orden 7
OSR = 32
Entrada sinusoidal de 1kHz