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《中国科学技术大学》 2011年
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基于广义预测控制的数字功放模块设计

肖宁  
【摘要】:随着微电子技术及半导体工艺的飞速发展,电子产品小型化、模块化及集成化已成为主流发展趋势,功率放大器也在这种趋势中不断地更新换代。音频调制技术和数字补偿技术的发展和完善使D类功放的音质得到了明显的改善和提高,借助于低功耗及体积小的优势,数字功放逐渐地取代模拟功放而成为功放市场的主导。然而相对于高端专业的功放领域应用而言,数字功放的音质表现出了不足之处。因此,追求低功耗、大功率及小型化的同时,设计一种高保真度的数字功放成为主要研究内容。本课题的研究是设计一种新型的D类放大器,既能实现低功耗和大功率又能保持高质量音频信号输出。 在查阅大量文献的基础上,介绍了目前的模拟类线性功放及非线性数字功放,分析并比较了其优缺点,突出了D类功放的优势。同时阐述了传统数字功放的工作原理,进而引出新型数字功放的设计研究。鉴于国内外汽车行业迅猛发展及人们对娱乐驾驶的要求,着重讲述了数字功放在汽车音响领域的应用。 基于新型数字功放原理,本文提出利用广义预测控制算法来改善数字功放系统性能的方案,并建立了数字功放系统的广义预测控制状态方程模型。整个系统包括信号处理模块、驱动电路、功率开关级放大电路、输出滤波器及反馈信号检测电路。DSP利用检测到的反馈电压和电流信号以及输入的音频信号,采用广义预测控制算法计算出需要输出的PWM的占空比,从而输出该占空比的PWM信号。由驱动模块和开关级将PWM信号进行放大,然后经过L、C组成的低通滤波电路后输出,从而实现驱动大功率的负载。从低通滤波器反馈的电压和电流信号又经过ADC采样转换后输入到DSP。通过配置和调试DSP的多通道缓冲型串行接口(MCBSP)及PWM模块,保证DSP能够正确接收数据和输出PWM信号。利用Cadence软件的Pspice工具对前级模拟信号放大电路进行设计和仿真,仿真结果表明模拟放大电路能够保持很好的频率响应特性,满足系统设计要求。同时通过Matlab软件对模型进行仿真,验证采用广义预测控制算法能够抑制电源噪声并降低开关管切换时间、电压和电流检测误差及元件参数漂移对输出的影响,减小系统的失真度,提高数字功放的音质。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN722.75

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