Lista delle abbreviazioni ...v

Indice

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Lista delle abbreviazioni ...v

Lista dei simboli ...vi

Introduzione ... viii

1 Concetti base...1

1.1 Introduzione agli amplificatori digitali...1

1.2 Il suono e la sua percezione ...6

1.3 La codifica digitale PCM...7

1.4 Principio di funzionamento della classe D...9

1.5 La tecnologia DDX ...11

1.6 Schema a blocchi di un amplificatore digitale ...13

2 Elaborazione di un segnale audio digitale ... 16

2.1 Architetture studiate...16

2.2 Misura del segnale audio...18

2.3 Sovracampionamento...20

2.3.1 A cosa serve ...20

2.3.2 Principio di funzionamento del sovracampionatore...24

2.3.3 Scelta del filtro interpolatore ...28

2.4 Modulazioni PWM e Predistorsione...31

2.4.1 Confronto tra NPWM e UPWM...34

2.4.2 Pseudo-Natural PWM ...37

2.4.3 δC-PWM ...42

2.4.4 Realizzazione del cross-point deriver...45

2.4.5 Prestazioni del cross-point deriver ...47

2.5 Noise Shaping ...48

2.5.1 Realizzazione ...49

2.5.2 Rumore nel Noise Shaper...51

2.5.3 Progetto del filtro di shaping...52

2.5.4 Posizione del Noise Shaper ...55

2.6 Modulatore PWM a due livelli ...56

2.6.1 Realizzazione ...58

2.6.2 Schema a blocchi del modulatore ...64

2.7 Modulatore PWM tri-state ...67

2.8 Simulazioni MATLAB ...70

iii

Indice ______________________________________________________________________

3 Stadio di potenza ...73

3.1 Pilotaggio dei transistori ...74

3.2 Errori introdotti sul segnale PWM...77

3.2.1 Pulse Timing Errors ...78

3.2.2 Pulse Amplitude Errors...81

3.3 Simulazione dello stadio di potenza...83

3.3.1 Modello Simulink dei MOSFET...84

3.3.2 Alimentazione dello stadio di potenza...91

3.4 Dimensionamento dei MOSFET...92

3.4.1 Potenza dissipata dai transistori ...93

3.4.2 Derating...96

3.4.3 Scelta dei MOSFET...97

3.4.4 Considerazioni termiche ...99

3.5 Filtro di uscita...100

4 Controlli reazionati per amplificatori audio ... 103

4.1 Reazione digitale ...103

4.1.1 Generatore di Dead Time...104

4.1.2 Dead Time Compensator (DTC) ...107

4.1.3 Simulazioni con MATLAB...111

4.2 Controllo reazionato analogico...113

4.2.1 PEDEC Unit ...117

4.2.2 Error processing...120

4.2.3 Introduzione del Dead Time...124

5 Architetture a confronto... 126

5.1 Misurazione delle prestazioni...127

5.1.1 Distorsione armonica totale (THD)...127

5.1.2 Rendimento di conversione...128

5.1.3 Comportamento in frequenza ...129

5.2 Risultati delle simulazioni ...129

5.2.1 Variazione della potenza di uscita...129

5.2.2 Variazione della frequenza del segnale audio...134

5.2.3 Potenza di uscita con segnale di ingresso nullo...136

6 Sintesi della sezione digitale... 138

6.1 Flusso di progetto di sistemi digitali ...138

6.2 Sintesi su FPGA...139

6.3 Sintesi in tecnologia CMOS ...140

6.4 Stima della potenza dissipata...141

6.4.1 Potenza dissipata con FPGA...142

6.4.2 Potenza dissipata con CMOS...142

6.5 Conclusioni...143

7 Conclusioni e sviluppi futuri... 145

Riferimenti bibliografici... 148

iv