Audio Precision 知音天地簡訊          編號:2003-01

本期主題:切換式(switching)擴大機的測量

目前在功率擴大機業界正興起一股應用高速切換技術的風潮,這種被稱為”Class-D””Class-T”甚至被誤稱為”Digital Amplifier”的設計,可以顯著提昇功率放大效率及降低成本,可以在有限的空間內達成傳統類比設計線路無法達成的高功率或多聲道輸出的要求,特別適合用於個人及汽車音響產品上。

這種新的切換設計對音頻特性的測量技術構成了新的挑戰,這類擴大機的輸出信號中除了一般音頻信號外還包含了上升時間極短的高頻切換脈衝信號,這些脈衝信號並不會對一般的揚聲器負載造成問題,因為一般的揚聲器負載對這些脈衝信號而言相當於一個低通濾波器,不過對音頻分析儀而言卻是一個問題,一般音頻分析儀的前端類比前置擴大級電路無法處理上升時間極短的脈衝信號,即使在最好的狀態下仍然無法完整正確地測量出這類擴大機的真正特性。

為了解決這個問題,必須在待測擴大機的輸出與音頻分析儀的輸入之間安裝特殊設計的低通濾波器,該濾波器必須能有效地濾除高頻段的切換(switching)能量,同時必須能夠承受擴大機輸出的大訊號,最重要的是不能增加音頻分析儀的失真及雜訊。

切換式擴大機輸出的切換(switching)能量可以視為”out-of-band”雜訊的一種,但請不要和倍頻取樣(over-sampling)轉換器所產生的”out-of-band”雜訊混為一談,這類轉換器雖然於取樣頻率的1/2以上的頻帶產生雜訊,但這些雜訊並不含有高速切換的上升及下降邊緣及其伴隨的能量,雖然倍頻取樣轉換器所產生的”out-of-band”雜訊會影響到”in-band”音頻特性量測的結果,但並不一定會妨礙到音頻分析儀輸入電路的運作,切換模式擴大機輸出信號高速切換的上升及下降邊緣會超過大多數音頻分析儀輸入電路的迴轉率(slew rate)限制,使得分析儀的輸入電路進入非線性狀態而產生無法預期的結果,自動增益電路也無法正確運作導致無法精確地量測音頻特性,更慘的是任何位於輸入電路後端的濾波器都無法彌補這種在輸入端就已經造成的錯誤,因此有必要在待測擴大機的輸出信號輸入音頻分析儀之前就解決這個問題。

Audio Precision音頻分析儀可以安裝多種加權及帶通濾波器,這些濾波器位於兩級自動增益電路及THD+N量測濾波器之後,其設計的目的是為了調整量測的頻寬或予以加權以符合測試規範的要求,System TwoCascade/Plus也可以安裝針對AES17規範所設計的特殊低通濾波器S-AES17AES17是測量數位音頻電路方法的規範,該規範要求在量測之前先以多極(multipole)低通濾波器濾除20kHz以外的雜訊,S-AES17可以非常有效地濾除倍頻取樣轉換器所產生的”out-of-band”雜訊,但不論是S-AES17或是其它加權或帶通濾波器皆無法有效濾除切換模式的能量;如之前所提,必須使用特殊設計的外部高功率低通濾波器來濾除切換模式的能量。

為了解決切換式擴大機設計者在量測上的困擾,Audio Precision設計了可以和Audio Precision音頻分析儀(甚至它牌音頻分析儀)搭配使用的特殊低通濾波器AUX-0025,該濾波器安裝於待測擴大機的輸出與音頻分析儀的輸入之間,它可以濾除音頻範圍以外的切換(switching)雜訊,對250kHz以上的信號可以衰減50dB以上,更重要的是該雙通道(channel)濾波器的被動式設計不會增加與其搭配使用的音頻分析儀的失真及雜訊。

AUX-0025是目前解決切換式擴大機量測問題的唯一方案,目前市面上大部份的音頻分析儀都無法量測切換式擴大機的音頻特性,尤其是失真及雜訊值,即使少數可以量到讀值的音頻分析儀如Audio Precision,其讀值也會因為分析儀本身所產生的失真及雜訊而失去準確性,AUX-0025已經開始接受全球的訂單,如果您目前正在設計切換式擴大機電路,不論您用的是哪種廠牌的音頻分析儀都請立即和我聯絡AUX-0025的採購事宜,以免在您的測試報告上一直使用錯誤的數據。

 

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