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开关放大器或D类放大器在消费类电了产品设计中的作用迅速显现，包括MP3设备、移动电话、游戏机、LCD电视和家庭影院等应用领域，D类音频放大器已经成为其音频系统的首选解决方案。D类放大器的优势是非常高的效率，实际应用中可以高达85％到90％。而通常线性AB类放大器的效率在25％左右，因此能实现更长的电池寿命和更紧凑的外形尺寸。然而，设计师必须小心地避免增加系统中其他地方的复杂性，包括电源、输出滤波处理和输入信号调理。
在下持应用中，D类放大器的低功牦特性允许设计师实现高的音频性能，同时延长电池充电间隔时间。电池寿命是所有个人通信和音频设备的关键性能参数。对下交流供电的设备，例如AV产品和游戏机，D类放大器高的功效带来低散热的优势。因为设计师可以采用更小的散热器来获得更小的外形尺寸以及低的材料成本和组装成本。事实上，通过认真的电源设计，对于每声道输出功率为几瓦的应用来说，可以取消散热器。
放大器芯片方案
D类放大器的基本拓扑结构由一个脉宽调制器、一个电源桥输出电路和一个低通滤波器组成。市场上已有现成的D类放大器可用，这减少了大量的设计工作，例如对放大器开关产生的电磁干扰(EMI)管理以及选择最佳的开关频率。增加开关频率减少了输出滤波要求，但是导致因为MOSFET栅极电容产生的更大损耗。因此开关频率选择需要在外部器件和电源频率之间进行平衡。电源桥的设计取决于放大器的期望输出功率。例如，D类放大器IC可以用于耳机驱动电路或者喇叭驱动电路，这些不同配置之间关键的差异是输出级设计的小同。设计用于喇叭的放大器能产生不到1W的功率到若干瓦的输出功率，不需要采用散热器。这些IC使得在很多消费应用中能实现单芯片解决方案，例如从便携式媒体播放器到游戏机和一些LCD电视。对于大部分的这些应用，尤其是手持产品，单芯片方案是十分必要的。
然而，对于高输出功率，D类放大器IC可以结合用音频功率MOSFET构建的外部输出级来实现。放大器IC必须提供合适的预驱动，所选择的分离MOSFET必须是专门针对数字音频进行过优化。
滤波处理
D类MOSFET半桥输出是音频信号的正弦波描述。开关频率成分必须被衰减以避免干扰以及确保终端产品通过电磁兼容(EMC)认证。需要关断频率仅仅高于可听频段的低通滤波处理，因为这些成分的衰减比更高的开关频率更大。这样可以采用更小的外部滤波器件。另一方面，随着频率的增加，MOSFET损耗会增加，从而降低效率，导致功耗增加以及相关的热管理问题。特别是因为MOSFET栅极电容导致的开关损耗将随工作频率的增加线性增加。因此D类放大器IC输出级的设计是在制造低损耗MOSFET时实现的，并将开关频率设置为足够低以满足规定的电磁干扰(EMI)目标。
到喇叭的连接中不使用滤波器对于尺寸和成本敏感的应用来说，是很明显的优势，例如蜂窝手机的喇叭。当D类输出与喇叭靠近的时候，喇叭线圈的寄生阻抗和感抗可以当成合适的R—L低通滤波器，这样在每个输出连接上可以取消用作滤波的一个电容和电感。D类放大器用于无滤波配置的一个实例是欧胜公司的WM8960。如果放大器输出到喇叭的距离比较远的话，需要采用小电感来提高EMC性能，例如磁珠。图l比较了采用磁珠和未采用磁珠的耳机驱动电路输出。
电源设计
设计师采用D类放大器IC还必须比线性放大器更加注意电源对音频输出质量的影响。因为D类放大器输出是一种开关级，实际上是将电源轨直接连接到音频输出，电源上的声频带波动将对输出信号进行直接调制。设计师因此必须确保在音频带上高的负载调节，或者采取措施消除交流电源影响或音频段纹波。
很多制造商提供浮动稳压器，必要时可以加在现有的电源上来改善负载调节。每个稳压器输出用一个分离的稳压器还有降低音频声道之间串扰的额外好处。然而，额外的稳压器或一对稳压器将增加整体实现成本。此外，稳压器的功耗还部分的消除了D类放大器所实现的效率增益。
或者，增加放大器的电源抑制比(PSRR)将减少音频输出信号上的负载调节效应。增加从PWM输出到模拟音频输入的反馈将通过补偿电源电压变化来提高PSRR。这可以获得高达近80dB的PSRR值，这非常接近便携式应用中的微分AB类放大器的PSRR值。然而，如果D类放大器输入信号是纯数字音频，则不能使用这种方法。全数字D类放大器的PSRR为0dB，设计师必须确保电源电压的精确稳压。
还必须考虑电源的瞬态性能。为准确重现PWM波形，电源必须对电流吸收的瞬间变化做出快速反应。线性放大器在这方面没有那么苛刻的要求，因为输出级的带宽受限于音频范围。对于用于D类放大器的电源，因为较差的瞬态响应带来的音频段之外的电压波动将对PWM信号进行调制，引入谐波失真，这种失真在音频输出中可以听到。
当然，高电容值的电容可以用来解决这种波动。然而，因为电容在尺寸上比较大，因此不适合在手持设备中使用。从另一方面来说，高电容值、尺寸小的电容通常很贵。
在微分输出级中应用MOSFET的一种有效的方法是以不同的时间开关，这样可以减少峰值电源电流。例如，欧胜的5到7．1声道数字功率放大器控制器WM8608具有内置的“PWM输出相位”功能，可以对每个输出声道的PWM信号引入160ns的延时。这具有在PWM周期中扩展开关瞬态的效果，如图2所示，尽管增加的160ns延时对于要产生可以听出差异的输出来说太短。在一个具有六个声道的多声道系统中，这种方法大大地消除了最大的瞬态负载电流，并降低了串扰。
开关电源和开关放大器
开关电源的一个潜在的顾虑是因为快速的大电流开关产生的电磁干扰(EMI)。当开关电源和开关放大器以不同开关频率工作在同一个系统中时，这个问题进一步恶化。互调将产生在输出中可能听得到的干扰音。将电源开关与D类PWM调制器的开关同步将能消除这种效应。例如，欧胜公司的WM8608能与集成的或分离的开关输出级兼容，是目前市面上唯一能提供这种同步功能的PWM控制器。
或者，D类放大器可以通过一个线性稳压电源来供电，这对于那些低成本的应用来说这非常具有吸引力。然而，通常工程师更愿意采用开关电源，因为可获得非常相近的效率和非常小尺寸的优势，这些都促进了D类放大器在消费音频产品中的应用。
在下持应用中，D类放大器的低功牦特性允许设计师实现高的音频性能，同时延长电池充电间隔时间。电池寿命是所有个人通信和音频设备的关键性能参数。对下交流供电的设备，例如AV产品和游戏机，D类放大器高的功效带来低散热的优势。因为设计师可以采用更小的散热器来获得更小的外形尺寸以及低的材料成本和组装成本。事实上，通过认真的电源设计，对于每声道输出功率为几瓦的应用来说，可以取消散热器。
放大器芯片方案
D类放大器的基本拓扑结构由一个脉宽调制器、一个电源桥输出电路和一个低通滤波器组成。市场上已有现成的D类放大器可用，这减少了大量的设计工作，例如对放大器开关产生的电磁干扰(EMI)管理以及选择最佳的开关频率。增加开关频率减少了输出滤波要求，但是导致因为MOSFET栅极电容产生的更大损耗。因此开关频率选择需要在外部器件和电源频率之间进行平衡。电源桥的设计取决于放大器的期望输出功率。例如，D类放大器IC可以用于耳机驱动电路或者喇叭驱动电路，这些不同配置之间关键的差异是输出级设计的小同。设计用于喇叭的放大器能产生不到1W的功率到若干瓦的输出功率，不需要采用散热器。这些IC使得在很多消费应用中能实现单芯片解决方案，例如从便携式媒体播放器到游戏机和一些LCD电视。对于大部分的这些应用，尤其是手持产品，单芯片方案是十分必要的。
然而，对于高输出功率，D类放大器IC可以结合用音频功率MOSFET构建的外部输出级来实现。放大器IC必须提供合适的预驱动，所选择的分离MOSFET必须是专门针对数字音频进行过优化。
滤波处理
D类MOSFET半桥输出是音频信号的正弦波描述。开关频率成分必须被衰减以避免干扰以及确保终端产品通过电磁兼容(EMC)认证。需要关断频率仅仅高于可听频段的低通滤波处理，因为这些成分的衰减比更高的开关频率更大。这样可以采用更小的外部滤波器件。另一方面，随着频率的增加，MOSFET损耗会增加，从而降低效率，导致功耗增加以及相关的热管理问题。特别是因为MOSFET栅极电容导致的开关损耗将随工作频率的增加线性增加。因此D类放大器IC输出级的设计是在制造低损耗MOSFET时实现的，并将开关频率设置为足够低以满足规定的电磁干扰(EMI)目标。
到喇叭的连接中不使用滤波器对于尺寸和成本敏感的应用来说，是很明显的优势，例如蜂窝手机的喇叭。当D类输出与喇叭靠近的时候，喇叭线圈的寄生阻抗和感抗可以当成合适的R—L低通滤波器，这样在每个输出连接上可以取消用作滤波的一个电容和电感。D类放大器用于无滤波配置的一个实例是欧胜公司的WM8960。如果放大器输出到喇叭的距离比较远的话，需要采用小电感来提高EMC性能，例如磁珠。图l比较了采用磁珠和未采用磁珠的耳机驱动电路输出。
电源设计
设计师采用D类放大器IC还必须比线性放大器更加注意电源对音频输出质量的影响。因为D类放大器输出是一种开关级，实际上是将电源轨直接连接到音频输出，电源上的声频带波动将对输出信号进行直接调制。设计师因此必须确保在音频带上高的负载调节，或者采取措施消除交流电源影响或音频段纹波。
很多制造商提供浮动稳压器，必要时可以加在现有的电源上来改善负载调节。每个稳压器输出用一个分离的稳压器还有降低音频声道之间串扰的额外好处。然而，额外的稳压器或一对稳压器将增加整体实现成本。此外，稳压器的功耗还部分的消除了D类放大器所实现的效率增益。
或者，增加放大器的电源抑制比(PSRR)将减少音频输出信号上的负载调节效应。增加从PWM输出到模拟音频输入的反馈将通过补偿电源电压变化来提高PSRR。这可以获得高达近80dB的PSRR值，这非常接近便携式应用中的微分AB类放大器的PSRR值。然而，如果D类放大器输入信号是纯数字音频，则不能使用这种方法。全数字D类放大器的PSRR为0dB，设计师必须确保电源电压的精确稳压。
还必须考虑电源的瞬态性能。为准确重现PWM波形，电源必须对电流吸收的瞬间变化做出快速反应。线性放大器在这方面没有那么苛刻的要求，因为输出级的带宽受限于音频范围。对于用于D类放大器的电源，因为较差的瞬态响应带来的音频段之外的电压波动将对PWM信号进行调制，引入谐波失真，这种失真在音频输出中可以听到。
当然，高电容值的电容可以用来解决这种波动。然而，因为电容在尺寸上比较大，因此不适合在手持设备中使用。从另一方面来说，高电容值、尺寸小的电容通常很贵。
在微分输出级中应用MOSFET的一种有效的方法是以不同的时间开关，这样可以减少峰值电源电流。例如，欧胜的5到7．1声道数字功率放大器控制器WM8608具有内置的“PWM输出相位”功能，可以对每个输出声道的PWM信号引入160ns的延时。这具有在PWM周期中扩展开关瞬态的效果，如图2所示，尽管增加的160ns延时对于要产生可以听出差异的输出来说太短。在一个具有六个声道的多声道系统中，这种方法大大地消除了最大的瞬态负载电流，并降低了串扰。
开关电源和开关放大器
开关电源的一个潜在的顾虑是因为快速的大电流开关产生的电磁干扰(EMI)。当开关电源和开关放大器以不同开关频率工作在同一个系统中时，这个问题进一步恶化。互调将产生在输出中可能听得到的干扰音。将电源开关与D类PWM调制器的开关同步将能消除这种效应。例如，欧胜公司的WM8608能与集成的或分离的开关输出级兼容，是目前市面上唯一能提供这种同步功能的PWM控制器。
或者，D类放大器可以通过一个线性稳压电源来供电，这对于那些低成本的应用来说这非常具有吸引力。然而，通常工程师更愿意采用开关电源，因为可获得非常相近的效率和非常小尺寸的优势，这些都促进了D类放大器在消费音频产品中的应用。