隨著頂級音頻系統對尺寸和功率的要求不斷增加，業界正重新設計D類音頻放大器，以解決汽車產業這項獨特的挑戰
由於車載資訊娛樂系統不斷增加不同的功能與子系統，本體和中繼單元(Trunk units)的音頻功率預算已接近極限。車載音頻設計人員正在尋找能達到高成本經濟效益的解決方案。很多人認為，適當使用效率超高的D類放大器已逐漸成為最為明智可行的選擇。
尤其是在高階汽車中，多通道、多揚聲器音頻系統已經日漸普及。汽車工程設計師的挑戰在於如何維持，甚至是改進用戶所期望的超高音頻放大效果，同時降低失真影響。
高功率二聲道、甚至三聲道揚聲器系統和低音炮(SubWoofer)逐漸成為趨勢，這便是對於功率需求更高的很好例子。
與家庭電影院系統中應用的音頻放大器不同，設計工程師無法簡單的在加大功率的同時，找到合適的模式以控制音頻品質。儀表板下的音響本體對散熱和空間要求非常嚴格。電源電壓同樣受到限制，並且經常受到諸如電壓尖峰和車內其他電子和機械系統的干擾。
每年推出新款車型時，音頻設計空間中都會增添新的子系統，例如視頻、導航和全球定位系統(GPS)︰隨著揚聲器和通道的增加，功率要求雖然提升，但容納音頻驅動系統的空間卻變小。
音頻功率需求勢必會增加。有兩種主要方法可以滿足這些需求。傳統方法是添加更多由標準音頻放大器驅動的通道。這一解決方案已應用於有源音頻系統，其中每個放大器用來驅動一個揚聲器。但由於通道數量繁多，這種方案越來越複雜，而且越來越難作為整體解決方案處理。
另一種方法是透過降低揚聲器電阻，或使用直流/直流轉換器提升電源電壓，以提高功率輸出。採用這種解決方案，單一放大器可以驅動兩個或三個揚聲器，且仍可保持音頻的高性能。
儘管第二種方法並不會那麼複雜，但兩種方法仍有一些共同缺點，就是都會增加耗散功率。因此，為達到功率耗散目標，可利用更高效的放大器。
由於對高效放大器的迫切需求，使D類音頻放大器成為音頻工程師們的熱門話題。
D類放大器的功效高達95%(而AB類放大器只有約50%)，因而可使功率預算得到控制，同時提供高質音效。D類放大器的高質功效意味著它們所需的散熱片更小，也就是說音響本體緊湊的空間內可以安裝更多的電子元件。但D類放大器比AB類昂貴，而且有特殊的設計要求。
值得注意的是，這兩種方法並非互不相容。實際上，創新的工程設計通常都使用混合解決方案，車載音頻也不例外。設計工程師會根據以下關鍵因素做出決定。
* 音響本體的大小、功率要求和功率耗散性能
* 音頻系統的成本
* 音頻性能
* 消除其他電子和機電設備的干擾
放大器基本原則
為充分理解D類放大器的優點和缺點，簡單的了解放大器的種類非常有幫助。
*A類放大器使用的輸出設備在整個週期中持續導電。換言之，偏流始終都會流經輸出設備。A類放大器可達到最線性的輸出，因此產生的失真也最小。缺點在於A類放大器效率極低，通常只有約20％的功效。
*B類放大器的輸出設備只在半個正弦週期內導電(一個設備在正極，另一個設備在負極)。如果沒有輸入訊號，輸出設備中則沒有電流。B類放大器輸出功率最大時的最大功效為78.5％。但一個設備關閉和另一個設備開啟之間的間隔會在交叉點產生線性問題。
* AB類放大器將這兩種類型結合起來。兩個設備在靠近交叉點時都導電(儘管僅能維持極短時間)。每個設備的導電時間都超過半個週期，但小於整個週期，這就解決了B類放大器設計的非線性問題。AB類放大器的功效約為50％。它們目前是功率放大器中最常見的類型之一。
D類放大器是開關或脈衝寬度調變(PWM)型放大器。由於開關或者全開或者全關，輸出設備的損失明顯減少。有報導稱，其功效達到90-95%。音頻訊號用於調製驅動輸出設備的PWM載波訊號。由於D類放大器是開關放大器，因此會產生開關噪音。末級是低通濾波器，去除高頻率的PWM載波頻率。
D類和AB類放大器對比
AB類放大器因其眾多優點，成為目前汽車音頻應用領域的標準放大器。相關技術較為成熟，同時也得到廣泛了解，因此相對而言易於開發各種應用，並且無需調整。大批數量生產以及數個IC製造商之間的激勵競爭使價格更為合理。因為AB類放大器僅需少量外部組件，物料清單成本(BOM cost)也進一步降低。與D類放大器的早期產品相比，AB類放大器具有不引起電磁干擾(EMI)的天生優勢。
AB類放大器的缺點是，50％的工作效率導致功率和散熱相對較高，當然這一點僅在音頻系統極為精密複雜的情況下才會顯得重要。AB類放大器對音響本體產生的新缺點是，由於功率耗散增加，18V或更高的電源電壓並不會產生更高的輸出功率。
除90%的工作效率所產生的優點外，D類放大器可以設計數位連接，以便與處理音頻的數位訊號處理器(DSP)連接，進而為DSP節省了結合類比/數位訊號轉換器的成本。AB類放大器主要採用類比鏈路，但稱D類為"數位"放大器並不恰當。最後，D類放大器還可以整合到60V配電幹線中。
六通道案例
現在大多數量產轎車都配備四個音頻通道，連接八個揚聲器。此外，放大器必須支援整個音頻頻率範圍，且低音和中音揚聲器通常共用一個通道和功率放大器。四通道配置的最後調整會在車門附近形成回聲。
增加兩個通道可以解決許多問題。首先，這樣可以讓功率巨大的低音揚聲器單獨驅動經過兩個新增通道，將聲音傳送至汽車前座下的揚聲器，消除車門回聲。還可以提高聲音保真度，因為所有揚聲器都不必在整個頻率範圍內運轉。
但每位汽車音頻設計人員都會告訴你，空間和散熱要求會將音響本體的功率耗散限制在20W以內。解決該問題的傳統方法是將部分揚聲器線路連接到中繼單元的外部放大器配電盒中。這種解決方案儘管可行，但會使系統在整體上更加複雜，同時提高成本。
適當應用D類放大器是一種成本經濟的解決方案。首先看傳統放大器數值，功效為55％的AB類放大器會耗散4.5W，而功效達94％的D類放大器僅耗散0.6W。
使用六個AB類放大器通道，共計產生27W的功率耗散，這比音響本體通常的最大耗散還多7W。但混合使用兩種放大器就可以達到功率預算的要求，即使只使用兩個D類放大器(最有可能用於低音揚聲器)。
D類放大器的成本可能會使Case B成為最適合中價汽車的選擇。但展望未來，尤其是未來的"頂級音頻系統"市場(以及更高電壓電軌)，D類放大器很有可能擴展其市場滲透率。
頂級汽車的音頻系統可能會支援至少8個、最多22個通道，其中許多都會排入中繼單元。如果系統不採用D類放大器，支援大量聲通道就將成為幾乎不可能完成的任務。
* 不斷在成本和音質目標間求取平衡的過程中，設計工程師可以研究出AB類和D類放大器的多種組合。D類放大器的主要適用範圍是要求低功率耗散以及(儘管有些令人驚奇)高輸出功率的運用。這些運用包括高於90W的系統，此時D類放大器最適合。然而，運用類別可分為以下四種︰
* 頂級音頻系統︰由AB類和D類放大器混合驅動8到22個通道，輸出功率大於每通道28W。
* 中端音頻系統，使低功率耗散更能有效進行︰由D類放大器驅動4到6個通道，輸出功率大於每通道25W。
* 中端音頻系統，使成本能更有效管理︰由AB類和D類放大器混合驅動的4到6個通道。
* 初級音頻系統︰由AB類放大器驅動的2到4個通道，輸出功率低於每通道28W。
最有效地將D類放大器用於汽車音頻系統
車載環境對於D類放大器的應用而言極具挑戰。在D類放大器和車載應用方面經驗豐富的半導體供應商，需要運用全部知識和技能，設計傑出的產品。
起步的階段還必須設計I2C控制，因為這是汽車設計的需求。除此之外的問題更加棘手。舉例來說，D類放大器的輸出電壓受電源電壓的影響，而汽車中的供應電壓並不穩定。必須採取措施抑制電源的脈動電壓。最佳途徑就是使用負回饋迴路。使用二階回饋迴路可以實現卓越的脈動抑制效果。
如前所述，開關引起的EMI干擾是D類放大器最重要的問題之一，而且很難解決。在設計層面，透過相位交錯、頻率跳動和AD/BD調製，可以減輕EMI干擾。
然而，恩智浦已經超越設計層面，進一步設計開發出一項專利解決方案，將EMI抑制功能融入放大器本身。
引起EMI干擾的電流尖峰的成因是放大器開關時晶體管之間的失效時間。在失效時間，電荷積聚在二極體中，並以圖4所示的電流尖峰釋放，圖中紅線代表電流尖峰。
顯而易見，解決方法就是消除失效時間。為此，恩智浦求助於公司的半導體製造專家。絕緣矽片(SOI)術技成為最佳選擇，因為所有元件都可透過氧化物實現絕緣。當輸出低於地線時，設備的基片不會積聚電荷，這就減少了逆回複時間，且與其他通道沒有交叉干擾。
恩智浦採用SOI Advanced Bipolar- CMOS-DMOS（ABCD)技術製造D類放大器。除抑制EMI干擾外，該技術與Bipolar-CMOS-DMOS(BCD)技術相比，還有另一個優點︰不會發生可能破壞設備的拴鎖效應。
總結
D類放大器日益受到汽車音頻應用的青睞，將會繼續擴大市場佔有率。也許到2015年時，它們已經佔據30％的汽車音頻放大器市場。
恩智浦在消費電子市場的長期經驗，為其累積了大量的D類放大器知識。這些消費市場的經驗，與恩智浦在歷史幾乎同樣悠久的汽車電子產品市場，尤其是車載收音機方面的豐富經驗，恰好能夠相互補充、相輔相成。
隨著D類放大器逐漸進入汽車市場，恩智浦決不會隨波逐流，而是要引領潮流。
由於車載資訊娛樂系統不斷增加不同的功能與子系統，本體和中繼單元(Trunk units)的音頻功率預算已接近極限。車載音頻設計人員正在尋找能達到高成本經濟效益的解決方案。很多人認為，適當使用效率超高的D類放大器已逐漸成為最為明智可行的選擇。
尤其是在高階汽車中，多通道、多揚聲器音頻系統已經日漸普及。汽車工程設計師的挑戰在於如何維持，甚至是改進用戶所期望的超高音頻放大效果，同時降低失真影響。
高功率二聲道、甚至三聲道揚聲器系統和低音炮(SubWoofer)逐漸成為趨勢，這便是對於功率需求更高的很好例子。
與家庭電影院系統中應用的音頻放大器不同，設計工程師無法簡單的在加大功率的同時，找到合適的模式以控制音頻品質。儀表板下的音響本體對散熱和空間要求非常嚴格。電源電壓同樣受到限制，並且經常受到諸如電壓尖峰和車內其他電子和機械系統的干擾。
每年推出新款車型時，音頻設計空間中都會增添新的子系統，例如視頻、導航和全球定位系統(GPS)︰隨著揚聲器和通道的增加，功率要求雖然提升，但容納音頻驅動系統的空間卻變小。
音頻功率需求勢必會增加。有兩種主要方法可以滿足這些需求。傳統方法是添加更多由標準音頻放大器驅動的通道。這一解決方案已應用於有源音頻系統，其中每個放大器用來驅動一個揚聲器。但由於通道數量繁多，這種方案越來越複雜，而且越來越難作為整體解決方案處理。
另一種方法是透過降低揚聲器電阻，或使用直流/直流轉換器提升電源電壓，以提高功率輸出。採用這種解決方案，單一放大器可以驅動兩個或三個揚聲器，且仍可保持音頻的高性能。
儘管第二種方法並不會那麼複雜，但兩種方法仍有一些共同缺點，就是都會增加耗散功率。因此，為達到功率耗散目標，可利用更高效的放大器。
由於對高效放大器的迫切需求，使D類音頻放大器成為音頻工程師們的熱門話題。
D類放大器的功效高達95%(而AB類放大器只有約50%)，因而可使功率預算得到控制，同時提供高質音效。D類放大器的高質功效意味著它們所需的散熱片更小，也就是說音響本體緊湊的空間內可以安裝更多的電子元件。但D類放大器比AB類昂貴，而且有特殊的設計要求。
值得注意的是，這兩種方法並非互不相容。實際上，創新的工程設計通常都使用混合解決方案，車載音頻也不例外。設計工程師會根據以下關鍵因素做出決定。
* 音響本體的大小、功率要求和功率耗散性能
* 音頻系統的成本
* 音頻性能
* 消除其他電子和機電設備的干擾
放大器基本原則
為充分理解D類放大器的優點和缺點，簡單的了解放大器的種類非常有幫助。
*A類放大器使用的輸出設備在整個週期中持續導電。換言之，偏流始終都會流經輸出設備。A類放大器可達到最線性的輸出，因此產生的失真也最小。缺點在於A類放大器效率極低，通常只有約20％的功效。
*B類放大器的輸出設備只在半個正弦週期內導電(一個設備在正極，另一個設備在負極)。如果沒有輸入訊號，輸出設備中則沒有電流。B類放大器輸出功率最大時的最大功效為78.5％。但一個設備關閉和另一個設備開啟之間的間隔會在交叉點產生線性問題。
* AB類放大器將這兩種類型結合起來。兩個設備在靠近交叉點時都導電(儘管僅能維持極短時間)。每個設備的導電時間都超過半個週期，但小於整個週期，這就解決了B類放大器設計的非線性問題。AB類放大器的功效約為50％。它們目前是功率放大器中最常見的類型之一。
D類放大器是開關或脈衝寬度調變(PWM)型放大器。由於開關或者全開或者全關，輸出設備的損失明顯減少。有報導稱，其功效達到90-95%。音頻訊號用於調製驅動輸出設備的PWM載波訊號。由於D類放大器是開關放大器，因此會產生開關噪音。末級是低通濾波器，去除高頻率的PWM載波頻率。
D類和AB類放大器對比
AB類放大器因其眾多優點，成為目前汽車音頻應用領域的標準放大器。相關技術較為成熟，同時也得到廣泛了解，因此相對而言易於開發各種應用，並且無需調整。大批數量生產以及數個IC製造商之間的激勵競爭使價格更為合理。因為AB類放大器僅需少量外部組件，物料清單成本(BOM cost)也進一步降低。與D類放大器的早期產品相比，AB類放大器具有不引起電磁干擾(EMI)的天生優勢。
AB類放大器的缺點是，50％的工作效率導致功率和散熱相對較高，當然這一點僅在音頻系統極為精密複雜的情況下才會顯得重要。AB類放大器對音響本體產生的新缺點是，由於功率耗散增加，18V或更高的電源電壓並不會產生更高的輸出功率。
除90%的工作效率所產生的優點外，D類放大器可以設計數位連接，以便與處理音頻的數位訊號處理器(DSP)連接，進而為DSP節省了結合類比/數位訊號轉換器的成本。AB類放大器主要採用類比鏈路，但稱D類為"數位"放大器並不恰當。最後，D類放大器還可以整合到60V配電幹線中。
六通道案例
現在大多數量產轎車都配備四個音頻通道，連接八個揚聲器。此外，放大器必須支援整個音頻頻率範圍，且低音和中音揚聲器通常共用一個通道和功率放大器。四通道配置的最後調整會在車門附近形成回聲。
增加兩個通道可以解決許多問題。首先，這樣可以讓功率巨大的低音揚聲器單獨驅動經過兩個新增通道，將聲音傳送至汽車前座下的揚聲器，消除車門回聲。還可以提高聲音保真度，因為所有揚聲器都不必在整個頻率範圍內運轉。
但每位汽車音頻設計人員都會告訴你，空間和散熱要求會將音響本體的功率耗散限制在20W以內。解決該問題的傳統方法是將部分揚聲器線路連接到中繼單元的外部放大器配電盒中。這種解決方案儘管可行，但會使系統在整體上更加複雜，同時提高成本。
適當應用D類放大器是一種成本經濟的解決方案。首先看傳統放大器數值，功效為55％的AB類放大器會耗散4.5W，而功效達94％的D類放大器僅耗散0.6W。
使用六個AB類放大器通道，共計產生27W的功率耗散，這比音響本體通常的最大耗散還多7W。但混合使用兩種放大器就可以達到功率預算的要求，即使只使用兩個D類放大器(最有可能用於低音揚聲器)。
D類放大器的成本可能會使Case B成為最適合中價汽車的選擇。但展望未來，尤其是未來的"頂級音頻系統"市場(以及更高電壓電軌)，D類放大器很有可能擴展其市場滲透率。
頂級汽車的音頻系統可能會支援至少8個、最多22個通道，其中許多都會排入中繼單元。如果系統不採用D類放大器，支援大量聲通道就將成為幾乎不可能完成的任務。
* 不斷在成本和音質目標間求取平衡的過程中，設計工程師可以研究出AB類和D類放大器的多種組合。D類放大器的主要適用範圍是要求低功率耗散以及(儘管有些令人驚奇)高輸出功率的運用。這些運用包括高於90W的系統，此時D類放大器最適合。然而，運用類別可分為以下四種︰
* 頂級音頻系統︰由AB類和D類放大器混合驅動8到22個通道，輸出功率大於每通道28W。
* 中端音頻系統，使低功率耗散更能有效進行︰由D類放大器驅動4到6個通道，輸出功率大於每通道25W。
* 中端音頻系統，使成本能更有效管理︰由AB類和D類放大器混合驅動的4到6個通道。
* 初級音頻系統︰由AB類放大器驅動的2到4個通道，輸出功率低於每通道28W。
最有效地將D類放大器用於汽車音頻系統
車載環境對於D類放大器的應用而言極具挑戰。在D類放大器和車載應用方面經驗豐富的半導體供應商，需要運用全部知識和技能，設計傑出的產品。
起步的階段還必須設計I2C控制，因為這是汽車設計的需求。除此之外的問題更加棘手。舉例來說，D類放大器的輸出電壓受電源電壓的影響，而汽車中的供應電壓並不穩定。必須採取措施抑制電源的脈動電壓。最佳途徑就是使用負回饋迴路。使用二階回饋迴路可以實現卓越的脈動抑制效果。
如前所述，開關引起的EMI干擾是D類放大器最重要的問題之一，而且很難解決。在設計層面，透過相位交錯、頻率跳動和AD/BD調製，可以減輕EMI干擾。
然而，恩智浦已經超越設計層面，進一步設計開發出一項專利解決方案，將EMI抑制功能融入放大器本身。
引起EMI干擾的電流尖峰的成因是放大器開關時晶體管之間的失效時間。在失效時間，電荷積聚在二極體中，並以圖4所示的電流尖峰釋放，圖中紅線代表電流尖峰。
顯而易見，解決方法就是消除失效時間。為此，恩智浦求助於公司的半導體製造專家。絕緣矽片(SOI)術技成為最佳選擇，因為所有元件都可透過氧化物實現絕緣。當輸出低於地線時，設備的基片不會積聚電荷，這就減少了逆回複時間，且與其他通道沒有交叉干擾。
恩智浦採用SOI Advanced Bipolar- CMOS-DMOS（ABCD)技術製造D類放大器。除抑制EMI干擾外，該技術與Bipolar-CMOS-DMOS(BCD)技術相比，還有另一個優點︰不會發生可能破壞設備的拴鎖效應。
總結
D類放大器日益受到汽車音頻應用的青睞，將會繼續擴大市場佔有率。也許到2015年時，它們已經佔據30％的汽車音頻放大器市場。
恩智浦在消費電子市場的長期經驗，為其累積了大量的D類放大器知識。這些消費市場的經驗，與恩智浦在歷史幾乎同樣悠久的汽車電子產品市場，尤其是車載收音機方面的豐富經驗，恰好能夠相互補充、相輔相成。
隨著D類放大器逐漸進入汽車市場，恩智浦決不會隨波逐流，而是要引領潮流。
