低失真开关功率放大器调制技术研究-电子科学与技术专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 日期： 年 月 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后应遵守此规定） 签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 万方数据 万方数据 摘要 摘 要 低效率的线性功率放大器已经难以满足新一代音频设备对低功耗的要求，因 此无论是在便携式设备还是大功率音频系统中，高效率的 D 类开关功率放大器都 得到了广泛的应用。模拟 D 类放大器需要额外的 D/A 转换器才能应用在现代数字 音频系统中，因此造成了系统功耗、噪声及失真度的上升。与之相比能够直接处 理数字信号的数字放大器显然更具优势，因此数字 D 类放大器成为了目前的研究 热点。 与模拟 D 类放大器相比，数字 D 类放大器由于不能实现低失真的自然采样 PWM(NPWM)调制，因此还存在谐波失真较大的缺陷。为了解决这个问题，人们 目前普遍采用基于数学算法的伪自然采样 PWM(PNPWM)调制来对 NPWM 进行近 似，但是由于受到系统复杂度的限制，近似精度并不高，因此调制过程中依然存 在较多的失真。为了进一步提高数字 D 类放大器的性能，本文提出了迭代线性内 插(ILI)算法。该算法能够以较低的代价实现对 NPWM 调制的高阶近似，因此能够 有效降低数字 PWM 调制产生的谐波失真。基于 ILI 算法本文使用 FPGA 构建了一 个音频数字 D 类放大器调制模块，对该模块进行的仿真实验和硬件测试结果都证 明了使用 ILI 算法能够实现低失真的数字 D 类放大器。本文的主要研究内容如下： 1. 引入迭代内插原理。使用拉格朗日多项式来对原始信号包络进行近似是大 部分 PNPWM 算法的基础，本文在前人研究的基础上，引入了使用 2 阶拉格朗日 多项式实现 2N 阶内插的迭代内插原理，解决了高阶内插实现代价过大的问题。 2. 提出交点判断规则。使用迭代内插原理的关键步骤是对采样锯齿波与原始 信号包络交点位置的判断，因此本文在经过了严格的证明后，提出了交点判断规 则来解决这个问题。 3. 提出 ILI 算法。ILI 算法基于迭代内插原理和交点判断规则实现，本文给出 了 ILI 算法的伪代码及硬件实现框图。 4. 实现基于 ILI 算法的调制模块。为了验证 ILI 算法的实际性能，本文设计了 一个音频数字 D 类放大器调制模块，并对其进行了软件仿真和硬件实现。为了对 该模块进行测试，本文还搭建了一个基于 PC 机的测试平台。 关键词：D 类放大器，谐波失真，伪自然采样 PWM 调制，ILI 算法 I ABSTRACT ABSTRACT The low-efficiency linear power amplifier has been difficult to meet the requirement of low power consumption in new generation audio applications. So the Class D switching power amplifier which with high-efficiency has been extensively used in audio systems such as portable devices and high power audio systems. Implementing the analog Class D amplifier in a modern digital audio system would require an additional D/A converter which would increase the power dissipation, noise and distortion of the system. This is in contrast to the digital amplifier which can process the digital input directly without conver