ISSCC 2023: звук класса D при -111,2 дБ THD+N и динамическом диапазоне 120,9 дБ

Тем не менее, Технологический университет Делфта, работающий с Goodix Technology, похоже, занял достойное место среди hi-fi чисел с прототипом IC 0,18 мкм BCD, который достигает динамического диапазона 120,9 дБ и пикового THD + N -111,2 дБ.

При полной мощности (10% THD) он может выдавать 13 Вт на 8 Ом с КПД 90% или 23 Вт на 4 Ом при 86%.

По иронии судьбы, несмотря на наличие цифрового входа, в глубине души он прибегает к аналоговому сигналу.

На входе используется емкостный ЦАП, чтобы избежать теплового шума и шума 1/f, характерного для ЦАП с регулированием тока или резистивного ЦАП.

Это приводит в действие усилитель класса D с обратной связью, основанный на топологии усилителя-прерывателя с емкостной связью.

Поскольку выходной сигнал ЦАП содержит изображения ЦАП с частотой дискретизации, кратной частоте дискретизации, а также форменный шум квантования, внимание уделяется частотному плану, чтобы предотвратить интермодуляцию между выходным сигналом ЦАП и различными тонами прерывания и ШИМ.

24-битный вход подвергается повышающей дискретизации до 768 кГц (16 × 48 кГц), уменьшается до 8 бит с помощью цифрового модулятора ΔΣ, затем ЦАП преобразует его в аналоговый для усилителя с прерывателем и остальной части усилителя класса D, который имеет частоту 4,992 МГц. трехуровневый выход PWM, работающий от шины 14,4 В. Эта частота является 13-й гармоникой (поэтому нечетной) частоты прерывания, что позволяет избежать интермодуляции боковых полос.

«Однако это также означает, что частота ШИМ не кратна частоте дискретизации. [it is 6.5x], поэтому произойдет некоторое свертывание шума квантования», — сказал Делфт. «К счастью, шум квантования вокруг частоты ШИМ ослабляется синусоидальным спадом спектра ЦАП и характеристиками нижних частот, поэтому сложенным шумом можно пренебречь».

Прототип 7,5 мм.² с интерполяционным фильтром и цифровым ΔΣ модулятором в отдельной ПЛИС.

Проблемы использования прерывающих усилителей в операционных усилителях с широким динамическим диапазоном

В следующей статье на этой сессии ISSCC, также подготовленной Технологическим университетом Делфта, были подробно рассмотрены проблемы использования прерывающих усилителей в операционных усилителях с широким динамическим диапазоном из-за того, что входные и выходные переключатели переключаются одновременно, в то время как сигналу требуется конечное время для пройти через усилитель.

Это приводит к слегка несвоевременному прерыванию на выходе, что приводит к ошибкам на выходе в виде пиков.

Использование двух параллельных усилителей-прерывателей с квадратурным прерыванием и выбор их выходов поочередно, вдали от моментов прерывания, может устранить эти пики.

Вместо этого Делфт использовал один усилитель с прерывателем оригинального качества, а затем только кратковременно использовал параллельный усилитель вокруг точки прерывания основного усилителя, что позволило снизить характеристики шума 1/f и смещения параллельного усилителя без снижения общего качества, и Вторичный усилитель можно отключить большую часть времени для экономии энергии.

Эта команда построила усилитель на 0,57 мм² процесса 0,18 мкм BCD, где он потребляет 620 мкА от 5 В, снижаясь до 530 мкА при выборе вторичного усилителя.

С операционным усилителем, подключенным в качестве буфера, один вход 1Vrms 79 кГц (~ 4x Fchop) вызывает тон IMD -125,7 дБ на частоте 1 кГц (4xFchop - Fin), что намного хуже при -102 дБ, если основной усилитель используется на 100%. времени.

Цифры на 39 кГц Fin (~ 2x Fchop) составляют -128,5 дБ, ухудшаясь до 112,8 дБ.

При Fin <5 кГц тона интермодуляционных искажений находятся ниже минимального уровня шума -140 дБ.

Входной ток не более 22,6 пА.

Документ ISSCC 2023 3,1 A 120,9 дБ DR, -111,2 дБ THD+N цифровой вход с емкостной связью, прерыватель, аудиоусилитель класса D

Бумага ISSCC 2023 3,2 А, стабилизированный прерывателем усилитель с расслабленной техникой заполнения и входным током 22,6 пА