数字功放中的低通滤波器
1 概述
采用开关放大技术的数字功放工作原理与模拟功放
完全不同 其开关功率级输出的高频 PWM 信号中包含
有音频信号 PWM 频率为几百 kHz 比音频信号带宽
20~20kHz大得多 为了从 PWM开关信号中恢复出音频
信号 通常采用低通滤波器 LPF 低通滤波器频率特
性如图 1所示
图 2 与图 3 为 PWM 滤波前后的时域与频域分析
从图中可以看出 PWM经过低通滤波器后高频分量大大
减小 音频信号得到恢复 但总会残留部分高频开关成分
根据组成低通滤波器的元件与结构不同
低通滤波效果与应用方面不尽相同 图 4 所示
为数字功放中低通滤波器可能出现的位置及作
用 低通滤波器按照组成元件通常可分为 LC
RC 型 RC 又可分为无源与有源型 低通滤波
器的比较如表 1所示
表 1
类型 等效内阻 输出功率 使用场合
LC 小 大 功率输出
无源 RC 大 微小 反馈 测试
有源 RC 输入大 输出小 小 反馈 测试
LPF LPF
图 1低通滤波器频率特性
图 2 PWM滤波前后的时域波形 图 3 PWM滤波前后的频谱分布
反馈
LPF
功率
LPF
测试
LPF
至前级
至负载
至测试仪
图 4 数字功放中低通滤波器位置及作用
2 LC低通滤波器
LC低通滤波器用在功率输出 组成元件为电感 L与电容 C 数字功放功率输出常采用
的 LC低通滤波器可分为二阶 一级 四阶 二级 低通滤波器 结构如图 5 图 6所示
四阶低通滤波器由两个二阶低通滤波器串联组成 二阶与四阶 LC低通滤波器性能比较如表
2所示
表 2
二阶 LC低通滤波器 四阶 LC低通滤波
功率损耗 低 高
频响 vs阻抗变化 2~8 +/-3dB +/-6dB
成本 低 高
THD+N 差别很小
EMI 大 小
以二阶 LC低通滤波器为例 其拉普拉斯变换为
22)( ϖϖ QCSCQCS
QSSH ++=
LC
1=ϖ
ϖCRQ L=
在 LC低通滤波器中 负载电阻 RL是影响 Q值的一个变量 负载电阻的变化将影响频
率响应曲线 图 7所示为负载电阻为 4欧姆所设计的 LC参数 频响曲线平坦 对于 8欧姆
与 2欧姆负载 在 20kHz处的幅度分别有 2db的抬升与-4dB的下降
2 RC低通滤波器
2 1 无源 RC低通滤波器
无源 RC低通滤波器的组成元件为电阻 R与电容 C 结构如图 8所示 为一阶系统 由
图 5 二阶 一级 低通滤波器 图 6 四阶 二级 低通滤波器
图 7 不同负载时 LC低通滤波器频率响应 图 8 无源 RC低通滤波器
PWM输入 输出
于电阻 R与频率变化无关 RC低通滤波器比 LC低通滤波器在设计与器件选材方面要简单
但不适合于大功率输出 仅可作为弱信号处理与微小功率应用 与 LC低通滤波器一样 RC
低通滤波也可以进行级联 组成多阶 级 系统
对于无源 RC滤波器 其滤波效果受前 后级阻抗的影响很大 与 RC低通滤波器自身
阻抗相比 前级的输出阻抗要足够小 后级的输入阻抗要足够大才能满足滤波要求 为了得
到良好的滤波效果 可以采用有源 RC低通滤波器
2 2 有源 RC低通滤波器
有源 RC低通滤波器组成元件为电阻 R 电容 C与
放大器 二阶有源 RC低通滤波器典型结构如图 9所示
由于采用放大器 具有高输入阻抗与低阻抗输出特性
有源 RC低通滤波器也可以进行级联 组成多阶系统
2 3测试用低通滤波器
根据 音频工程师协会 AES 发布的AES17-1998中关于数字音频设备测试的描述
4.2.1.1 For the upper band-edge frequency of 20 kHz, the standard low-pass filter shall
have the following characteristics:
a) passband response deviation: ±0.1 dB, 10 Hz f 20 kHz;
b) stop-band attenuation: > 60 dB, f > 24 kHz.
功率输出的 LC低通滤波器与模拟音频测试设备的滤波器指标不能满足上述要求 模拟功放
的测试方法与设备不能完全适合数字功率放大器的测量 特别是谐波失真与信噪等性能指标
的测量 为了满足数字功放的测量 必须在数字功放与音频分析仪之间插入专用的低通滤波
器 如 Audio Precision公司的 AUX-0025滤波适配器 满足 AES17-1998要求的低通滤波器
原理与结构见图 10 衰减网络的作用是将数字功放输出的高电压降低为较低电压 三个二
阶低通滤波器串联组成满足数字音频测试所需要的低通滤波器 测试用低通滤波器的输入端
可以接数字功放的 LC滤波器输出 也可以直接接数字功放开关功率级输出的 PWM信号
后一种测试连接可以消除 LC滤波器产生的失真 能得到更好的测试指标 测试用低通滤波
器的输出接传统的模拟音频测试仪
天津开发区迪奥特数字技术开发有限公司
二阶低通 二阶低通 二阶低通
衰减
网络
输入 输出
图 9 有源 RC低通滤波器
PWM输入
输出
图 10 满足 AES17-1998要求的低通滤波器
本文档为【数字功放中的低通滤波器】，请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑，
图片更改请在作品中右键图片并更换，文字修改请直接点击文字进行修改，也可以新增和删除文档中的内容。
该文档来自用户分享，如有侵权行为请发邮件ishare@vip.sina.com联系网站客服，我们会及时删除。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生，若发现您的权利被侵害，请联系客服邮件isharekefu@iask.cn，我们尽快处理。
本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权，请谨慎使用。
网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传，仅限个人学习分享使用，禁止用于任何广告和商用目的。
浙公网安备 33021202002483