Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI...
-
Upload
moises-borra -
Category
Documents
-
view
233 -
download
0
Transcript of Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI...
![Page 1: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/1.jpg)
Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital
Federico Cattivelli
Matías Nogueira
JEFI 04Universidad ORT Uruguay
27 de Noviembre de 2004
![Page 2: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/2.jpg)
Introducción Amplificador Clase D de
150W (IEEE Spectrum, Marzo 2003)
El modo de operación Clase D fue introducido en 1959, y ofrece una eficiencia mucho mayor que los amplificadores de audio convencionales
Amplificadores comerciales disponibles recién en la década de los 90
![Page 3: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/3.jpg)
Operación en Clase AB Punto de polarización Q se ubica ligeramente por encima del valor
de corte Transistores siempre operan en la zona lineal Menor distorsión que Clase B Menor eficiencia que Clase B
![Page 4: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/4.jpg)
El Amplificador Clase D
Transistores de salida fuera de la zona lineal (entre corte y saturación)
Eficiencia teórica del 100%
![Page 5: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/5.jpg)
¿Cómo hacemos para generar audio de 1 bit?
Con baja velocidad de pulsos para tener mayor eficiencia
Con calidad de audio comparable al CD
?
![Page 6: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/6.jpg)
Reconstrucción de Audio
Ejemplo: Audio calidad CD 16 bits (65536 niveles) 44100 muestras / segundo Reconstrución PAM NRZ
![Page 7: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/7.jpg)
Modulación PWM
Modulación por ancho de pulso
![Page 8: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/8.jpg)
Modulación PWM
Para generar una señal diente de sierra de 16 bits operando a una frecuencia de 48000 muestras por segundo, se requiere de un reloj de ¡ 3,1 GHz !
Entrada analógica: NPWM (PWM Natural) Poca distorsión
Entrada digital: UPWM (PWM Uniforme) Mucha distorsión a múltiplos de la frecuencia de
entrada
![Page 9: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/9.jpg)
Modulación PDM
Modulación por densidad de pulsos
![Page 10: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/10.jpg)
Modulación Sigma Delta
Moldea el error de cuantificación para que esté presente solo a altas frecuencias (noise shaping), permitiendo reconstrucción con filtro pasabajos
Integrador en cascada con Modulador Delta
Es una técnica de sobremuestreo que permite (re)cuantificar señales
![Page 11: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/11.jpg)
Amplificador Digital con Modulación PWM
390kHz 100MHz
48kHz
PCM
16 bits7 bits
![Page 12: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/12.jpg)
Amplificador Digital
![Page 13: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/13.jpg)
Salida de Potencia
Etapa Clase D
![Page 14: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/14.jpg)
Dificultades de Diseño
Componentes NO simétricos
Sensibilidad al Jitter Genera reducción de la Relación Señal a Ruido Para tener SNR=100dB, JitterMAX ≤ 8,2ps
Sensibilidad a tiempos de subida y bajada diferentes Genera armónicos de 2º Orden Para tener SNR=100dB, tr-tf ≤ 22ps
![Page 15: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/15.jpg)
Pérdidas
Conducción Interconexiones metálicas Transistores MOSFET Componentes del Filtro
Conmutación Transistores MOSFET
Corto Circuito Driver
Carga de las capacidades de Gate
![Page 16: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/16.jpg)
Modulador Implementado
Tasa de Sobremuestreo
Frecuencia de salida
SNR ModulaciónÁrea de
utilización de la FPGA
8 384 KHz 76 dB DS-UPWM 16%
SNR R.D. THD IMDPotencia
4Ω
48 dB 69 dB 0.12% 0.01% 15W
Eficiencia 80%
![Page 17: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/17.jpg)
Resumiendo
Amplificación Clase D de alta eficiencia Es necesaria la generación de audio de 1
bit (one bit DAC) El audio se reconstruye filtrando pasabajos Dos técnicas de modulación:
PWMSigma Delta
![Page 18: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/18.jpg)
Conclusiones
Amplificador Digital Muy alta eficiencia (80%)Buena linealidad en amplificación analógicaCircuitería relativamente simpleMuy buena calidad de audio
![Page 19: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/19.jpg)
Gracias
![Page 20: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/20.jpg)
??
![Page 21: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/21.jpg)
SDM vs. PWM
SDM PWM
Área de utilización de FPGA
30% 16%
Eficiencia 60% 80%
Potencia de salida 9W 15W
![Page 22: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/22.jpg)
Modulador SDM de orden 7
I1 = z -1 / (1-z -1)
I2 = 1 / (1-z -1)
![Page 23: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/23.jpg)
Modulador SDM de orden 7
OSR = 32
![Page 24: Amplificador Digital La nueva tendencia del audio digital Federico Cattivelli Matías Nogueira JEFI 04 Universidad ORT Uruguay 27 de Noviembre de 2004.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/5665b4561a28abb57c90a4fe/html5/thumbnails/24.jpg)
Modulador SDM de orden 7
OSR = 32
Entrada sinusoidal de 1kHz