家庭音響的消費者有一種老觀念，即設備越大越好，而最強大的系統甚至應該令搬運工都感到犯難。但新一代音響設備、DVD播放機和綜合家庭影院系統正在替代這些龐然大物。

　　采用數字放大的新一代音視頻(AV)播放器正變得前所未有的小和輕。借鑒自開關電源的數字放大技術可以使功效提高94%，從而省去了通常與功率晶體管輸出級相伴的金屬散熱片。因此，制造商能夠把50瓦的立體聲電視與液晶顯示屏一道封裝在塑料機殼中，并創建帶有AM-FM收音機、杜比數字和DTS環繞聲解碼器的集成式DVD播放機。

　　由數字放大器實現的多聲道音頻系統包括汽車娛樂系統以及家庭影院，據市場研究公司Forward Concepts預測，這些應用將使2004到2006年間音頻放大器聲道的出貨量超過10億個。

　　目前，整套六聲道家庭影院音頻播放系統的售價只需100多美元，因此一些音響發燒友對音質感到擔憂。事實是“D類”數字放大器需要精心設計的濾波器。濾波器元件(電感和電容)可能與數字放大器試圖淘汰的金屬散熱片一樣龐大，但省略它們將給音質造成嚴重影響。

　　因此，D類及其它類型數字放大器的半導體供應商根據他們的濾波器設計能力來定位自己的產品。在任何情況下，這些廠商都愿意為他們的潛在客戶將外部濾波器元件的復雜度、數量和價格降至最低。

　　例如，美國國家半導體和美信(Maxim)等公司正專注于開發低功耗產品，如用于蜂窩電話和PDA的耳機放大器。此類手持設備需要節電性能出眾的D類放大器和最小的濾波器，而音質方面的損失在很大程度上不會引起用戶的注意。另外，少數公司試圖完全地消除濾波器設計問題，他們的典型代表是D2Audio公司，主要面向高端消費類產品。

　　一些半導體制造商，如Tripath Technology、TI和Apogee Technology公司，卻主推面向大眾消費類市場的高功率放大器元件。為了將對外部濾波器的需求降至最低，這些制造商正在采用“零交叉”、擴譜和其它降噪技術。Cirrus Logic公司也宣布要進入這個市場，盡管它的D類產品線一直集中在低功耗耳機放大器上。

　　濾波器的設計

　　在工作中，數字放大器利用一個數字脈沖列的寬度和頻率(即脈寬調制)來攜帶音頻信號。 脈沖是由比較器產生的，它們與音頻信號的電平相匹配。因此，一個高幅、高頻信號由一簇密集的短脈沖表示，而低頻、低幅信號則由較長、較稀疏的脈沖表示。

　　通過將數字脈沖列輸入一對MOSFET功率管，就可以產生音頻信號。通常，這對MOSFET管被連接成推拉(push-pull)模式。附加的電感電容濾波器以及揚聲器線圈本身延長了信號的“持續性”，有效地使脈沖變得平滑。

　　晶體管不是天然的放大器，它們是開關器件。為了讓晶體管發揮放大器的作用，正如傳統的AB類放大器一樣，必須施加一個偏置電流，它迫使晶體管永遠懸浮在全開與全關之間的區域內。這意味著AB類放大器的晶體管將吸收電流，因而產生熱量，即使在沒有音頻信號時也是如此。

　　音響設備制造商已經知道，許多類型的功率晶體管在被“熱偏置”時表現出最佳的線性特征，這就是說，當它們被施加足夠的偏置電流時將轉入“開”的狀態。這會使功率晶體管摸起來極燙，而且毫無疑問，這些高端的A類放大器需要配備一個十幾公斤的鋁散熱器。

　　與此相反，數字放大器可以更高效地使用功率晶體管。脈寬調制能控制它們的開或關，而且切換的過程中不必耗費太多的時間或功率。因此，在D類放大器中，PWM、驅動級與功率晶體管輸出構成的鏈條明顯比多級的AB類放大器短。

　　問題是音頻放大器的輸出必須經過仔細地過濾，以防止數字脈沖列的殘余和諧波。這迫使半導體供應商從事濾波器設計業務，但沒有人能保證他們的客戶，即消費電子設備制造商，將采納他們的參考設計或聽從半導體制造商的推薦。因此，如果終端用戶對一套家庭影院系統的音質不滿意，他很可能會責怪半導體供應商，盡管事實上這也許是由濾波器故障導致的問題。

　　Tripath是最早著手解決濾波器問題的公司之一。通過采用一種變頻鋸齒波振蕩器把脈沖擴展到大約1MHz的區域內，它有效降低了所需濾波器網絡的復雜性。這種形式的擴譜技術被該公司稱為T類。例如，Tripath發現與250kHz開關配合使用的電解電容可以被體積更小、額定值更低的電容所替代，只要讓開關工作在600kHz到1.5MHz。

　　Tripath提供分立的低功耗(大約10瓦)放大器芯片、功率高達70瓦的集成式放大器驅動器以及150瓦/聲道的組裝模塊。例如，該公司的TA2024雙聲道(15瓦/聲道)放大器可以驅動日本三洋公司的42英寸等離子顯示屏電視和30英寸LCD顯示屏電視以及JVC公司的26英寸HDTV。90瓦/聲道的TA2022已被用于三洋的5.1聲道DVD播放器中。

　　事實上，Tripath宣稱其出貨量已達2,500萬聲道。目前，它的客戶包括Aiwa、蘋果電腦、Denon、日立、摩托羅拉、Onkyo、三星、夏普、索尼和東芝。

　　TI公司也表示，它的設計中標包括三星的DVD混合播放機。三洋正在使用TI的一款芯片組，它由TAS5026A(一個六聲道PWM)和TAS5110(一個50瓦的數字功率放大器)組成。分立的立體聲半橋(H-bridge)驅動器TAS5182把TI的數字放大器功率范圍擴展到100瓦以上。

　　但濾波器的復雜性可能是數字放大器設計唯一致命的弱點。通過轉移在零交叉點負向脈沖的時序，TI相信，它能消除許多與D類技術相關的可聽諧波，從而顯著減少所需的濾波器。不論是好是壞，D類放大器變成了“免濾波器”產品，例如TI的TPA2000D1或Maxim剛推出的MAX9700B都是旨在用作蜂窩電話或PDA耳機放大器的低功耗產品。即使如此，這類器件仍無法完全省去電容。

　　借助DSP的幫助

　　TI的獨到之處是在數字放大器處理鏈中插入一個DSP。在TI的最初構想中，DSP的作用是把來自DVD或壓縮光盤的脈沖代碼調制信號轉換成數字放大器所使用的PWM信號。這可以有效地旁路一個A/D轉換級。但它很快明白：DSP的使用可以有效地整形在放大器之前的脈沖流，從而使后端的濾波變得更容易。

　　實際上，其競爭對手Apogee Technology公司就采用這種脈沖整形技術來產生“阻尼三態”的脈寬調制定時信號。該算法被用于控制在全橋配置中功率晶體管的開關。在信號通過音頻揚聲器之前，一個簡單的無源低通濾波器可以用來去除PWM脈沖列中的高頻成分。

　　Tripath也在其音頻放大器模塊的前端使用一種形式的DSP，即∑-△ A/D轉換器。該∑-△轉換器重構了一個44.1kHz音頻脈沖流，就好像它是以12.5MHz(44.1的256倍)的頻率采樣的。這種過采樣有效地把音頻幅度平滑處理成一個1位+符號的數字流，從而更便于數字放大器進行處理。過采樣還提升了量化噪音與諧波在頻譜中的位置，從而使電容濾波器能夠更容易地將它們消除。