Полез глубоко в тему, ибо надо, и хочу аккуратно обойти все грабли . Подразумевается filter free усилок без ОС мощностью до ватта для работы на 8-ом динамик.
Собственно, вот они, мои вопросы:

1) Две топологии модуляторов. ШИ и сигма-дельта (первого порядка). Что предпочесть? Почему? Куча литературы, куча противоположных мнений. ШИ проще и компактнее, сигма сложнее и больше (переключаемые кондеры пачками). Зато спектр шума-помех и нелинейные у сигмы типа как лучше. Сразу скажу, меня устраивает и то и это, но если area лишняя будет, или еще там какие факторы, почему не сделать лучше (или не стоит) ?

2) Мостовой выход. Это априори необходимо. С ШИ почти понятно (вопрос 3 будет), а вот с сигма-дельта никак. Как сделать сигма-дельта модулятор, и полный мост? Есть ли литература на тему?

3) ШИ, мост. Два варианта. А) при нуле 50% на обоих сторонах и синфазно, при уходе в плюс одна сторона уменьшает скважность, вторая увеличивает. в минус - наоборот. Б) при нуле на обоих сторонах земля, при уходе в плюс ШИМит одна половина, при уходе в минус - вторая. Большинство делают А). Вопрос - почему. Чем хуже Б) (кроме требования сделать два зверски согласованных компаратора) ?

ЗЫ
Пока в топологию (в смысле схематику под технологию, ее моделирование и разводку) не лезу, делаю макет на рассыпухе.

Не совсем понятно, что подлежит разработке - Digital Amplifier на базе имеющихся-выпускающихся компонентов или задача включает разработку компонентов (микросхем)?
Адназначна ст'оит, всегда ст'оит делать лучше, это приносит удовлетворение и радость в жизни, а это то, ради чего живем!

А что мешает применить дифференциальную и зеркально-симметричную схему модулятора?
К сожалению сейчас доступной мне литературы по дельта модуляторам нет.


По-моему тут может быть проблема, сходная с проблемой ступеньки в пушпульных усилителях при переходе через ноль.
Т.е. определить, когда работает один ШИМ а когда другой и соответственно согласованно включать/ выключать нужный. Неточность и не согласованность в работе двух ШИМ - дополнительные искажения.
Как в момент перехода с одного на другой, так и не полная симметрия характеристик двух преобразователей. В варианте А оба ШИМ работают всегда и пэтому нет разниуы в восстановлении положительных и отрицательных полуволн сигнала.
Да, и Вар. А прще, а это уже близко к гениальности..
Ну все это мои соображения, извините если не правильно понял задачу.

Задача разработать усилитель как часть "системы на кристалле". То есть, грубо говоря, микросхему. А на самом деле один из аналогово-цифровых ее блоков. (Собственно и весь раздел об этом) На данный момент я сделал класс АВ, но удовлетворения, особенно по теплу, это не принесло

Тут надо все очень и очень взвесить. Площадь - деньги. И на что ее лучше пустить, когда она есть - вопрос очень непростой.

Вот это интересно. Под дифференциальной зеркально-симметричной я понимаю схему, когда используются полно-дифференциальные оперы во всем тракте, но компаратор-то все равно один... Хоть и с инверсными противофазными выходами. Т.е. Выход-то нули и единицы, как бы однобитный ЦАП. Как из этого выхода сделать нечто для драйвенья моста, когда при нуле должен быть околонлуевой ток в нагрузке?

ЗЫ
Задачу Вы вроде правильно поняли, про искажения "ступенька" я тоже думал, но это сводится вроде к согласованию компараторов, что в общем не особо проблема.

Собрал я на рассыпухе PWM-усилок, работает, в принципе вроде и устраивает. Но все таки хочется поглядеть на сигма-дельту. Неужели никому не попадалась топология (не в смысле gds ) модулятора для работы на H-бридж?

Дык, Вы ж микруху крючить собираетесь? Или неправильно понял...
Для сигма-дельта первого поядка, по наитию, тактовая частота должна быть гораздо больше, чем для ШИМ. При примерно одинаковом качестве звуковоспроизведения.

Не следует недооценивать сложности усилителя класса Д, особенно если требуется широкий дин. диапазон. На одной фирме где я когда-то работал его 4 опытных инженера почти год разрабатывали. Я в этом проэкте не участвовал, так что не дока, но я помню они там замучились. По-моему было что-то вроде ШМ в обратной связи сигма-дельты.

Да, я собираюсь делать все на кристалле. От источника сигнала и до выходного каскада. Но несмотря на это мне все равно интересно исследовать вопрос как СД-модулятором запитать H-мост. И порядок меня не первый не пугает, и частота... До меня пока вообще не доходит принципиально, что надо сделать с выходом квантователя, чтобы H-мост драйвить.

Нет, вру, вспомнил что это был ШИМ в цепи обратной связи. Топологически все не сложно, но если требования для аудио-качества (90 дБ С\Ш), этого довольно трудно добиться, и цепь обр связи должна быть нетривиальная (как минимум двойная ОС и второй порядок), и требования к изкажениям всех блоков довольно высокие. Если же это для голоса (телефон, мобилы), то гораздо проще.

Да, для телефона. Однозначно схема должна быть без ОС (по аналогу, по цифре, как в СД, не против), так как filter-free. Но все равно хочу исследовать разные варианты.

Ну для телефона СД не нужен, обыкновенный ШИМ сойдет.

Ti.com сэмплит лихо до 300 Вт усилки Д - аж по 5 штук швыряет.

Верю. Но хочу смоделировать сам прежде чем выбрать окончательно.

У меня такое ощущение, что как раз для "filter-free" СДМ будет вносить меньший вклад помех и шума в речевой диапазон за счет более высокой тактовой и величины "ступеньки", т.е. сместит спектр помехи переключения вверх.

По моему можно просто запитать каждую половину моста прямым и инвертированным выходным сигналом квантователя?
При этом половинки моста будут работать в противофазе.

Ну уж извините, но этого никак нельзя делать. В таком случае даже в состоянии покоя через нагрузку потечет термоядерный ток.

Почему же потечёт? В состоянии покоя на нагрузке будет меандр высокой частоты, с нулевым средним. На мой взгляд, всё-таки фильтр ставить на выход необходимо, но даже если его не будет, ток будет ограничиваться индуктивностью головки.
Поэтому, совет woodman2 считаю правильным. Более того, мне кажется, что как-то по-другому сделать и не удастся...

а как обеспечить нулевое среднее без ОС ??? (см. изначальный пост)

Этот вопрос, скорее, следует отнести к риторическим.
Конечно, без ООС точно нулевое среднее обеспечить не удастся. Однако, ужесточив требования к симметричности плеч моста, "околонулевой" ток ХХ, по-моему, получить удастся.
Можно, конечно, ещё и подключить нагрузку через разделительный кондёр, но это неэстетично...

Во первых изначально обсуждается только filter-free топология. Во вторых с ШИ-модуляторов отлично получается околонулевой ток покоя на резистивной нагрузке (и околонулевой ток покоя на такой нагрузке есть итребование ТЗ), когда в покое оба плеча работают синфазно на 50-процентах, и я не думаю, что для СД не придумано ничего аналогичного.


Наиболее точным согласованием параметров половин. Для ШИ - еще точной пилой, которая пилит через "ноль" на 50 процентах скважности. Все это достигается в основном ухищрениями при разводке топологии кристалла, и вопрос не об этом.

Понятно.
Иными словами, Вы хотите получить нечто вроде фазового управления мостом для сигма-дельта усилителя?
Боюсь, что для сигма-дельта получить малый ток ХХ на активной нагрузке не получится...

Пытаюсь пока разобраться с PGM (Pulse Group Modulation), которой снижают тактовую СД-модулятора. Только вот к сожалению задач толпа, времени ноль...

Сигма-дельта, в отличие от ШИМ, управляет населённостью импульсов, а не их шириной, так что, по-видимому, эта техника плохо подходит для реализации бесфильтрового усилителя, если есть требование малого начального тока на активной нагрузке.
Вот статью нашёл. Правда, обзорную, но, возможно, почитать будет полезно...

По моему "термоядерный ток" характерен как раз для ШИМа, где он или максимальный или нулевой, а в СДМ, линейном СДМ, ток ограничевается для обеспечения небльшой и постоянной "ступеньки" напряжения на нагрузке, это вроде вытекает из принципа работы СДМ. И потом, нагрузка то у Вас не с нулевым сопротивлением, так же как и импеданс выходного каскада.
Конечно, и тут Stanislav по моему прав, СДМ не дает Вам возможности обеспечить нулевой начальный ток или ток покоя, в СДМ будем иметь непрерывное переключение модулятора и соответственно ненулевое потребление во всех режимах работы.

А может СДМ с трех-уровневым ЦАПом сделать, а нагрузку подключить через мост? Срений уровень - ключи офф, верхний и нижний уровни включают мост в одной или другой полярности.

О!! Большое спасибо! Меня, как и похоже всех остальных советчиков, что-то переклинило на однобитном квантователе. Только наверное средний уровень - ключи все таки не офф, а обе стороны на какой-нить rail. Теперь есть что помоделировать!




Нагрузка, я думаю, всем знакомая - динамик, и высокоомностью она не отличается. Как и выходное ключей. А ток никто не ограничивает в СДМ, ступенька напряжения это на интеграторе, в самом СДМ, а не в нагрузке, где ключ, который или открыт, или закрыт, и третьего ему не дано.

Блинн, опередили.
Тоже об этом подумал вчера вечером. Только ключи не офф, а в фазе (или одном уровне), если "0", или в соотв. противофазе, если "1" или "-1".
PS. Ещё побочный эффект хороший: частоту дискретизации можно снизить при том же отношении С/Ш.

ti.com раздает по 5 штук усилков Д на 315 Вт.

Что? Прямо сразу топологию, да под нужную мне технологию? Афигеть, дайте два, на пять не претендую !!!

У Аналог Девиц сигма-дельта есть filterless мелкие - SSM230x. Может, для моделирования сойдут, или ещё инфу какую-нить полезную выудить удастся...

Интересная статья по классу D на http://www.russianelectronics.ru/review/doc7303.phtml.
Там же еще много всего разного.

Nemogu poniat! A pochemu Sigma-Delta budit luchshe? TI delaet toge samoe na dvux komparatorax + PWM

Однозначного ответа о том, как делать Filterless без информации о допустимом спектре помех и виде нагрузки дать нельзя.
Тут вот какие засады. Во-первых, при работе на динамик в его катушке стоит железный сердечник, резко увеличивающий потери для ВЧ составляющих тока в катушке, соответственно КПД - псу под хвост, маленький ВЧ нагреватель получается. С этим можно бороться, только уменьшая амплитуду ВЧ -составляющих тока через катушку динамика всеми способами, от использования технологии с "неактивным" пассивным временем (когда выходы моста уходят в третье состояние), до взвинчивания частоты, с тем, чтобы сказались индуктивности проводников. В последнем случае, надо смотреть еще на потери переключения в мосте. Сигма-дельта больше третьего порядка в данных условиях большого смысла не имеет - снижать тактовую не нужно, а лучше ШИМ она тем, что распределяет ток потребления во времени более равномерно (меньше проблем с помехами на чипе).
Если нужно предметно, именно применительно к чиповой реализации, то это тема отдельного разговора, пишите.

Izvinite za translit.
1. Dopustimiy spektr pomex mogno zadat naprimer min. maska FCC.
2. Rol katushki dinamika osushetvliat lowpass filtraciu propuskat audio i gasit pwm. IMXO: U pravilono sproektirovanniy class D, poteri KPD na visokochastotnie sostovliaushie signala budut namnogo menshe < 1%. Pri etom max. KPD poriadka >90%. Esli posmotret na xarakteristiku KPD=f(Pout) to vidno chto max KPD nelineina i dostigaetsia pri max vixodnoi moshnosti. Snigenie vixodnoi moshnosti privodit k uvlelicheniu poter perekluucheniya.
3. Soglasen naschit Signma-Delta.
4. Interestno uznat bolee predmetno po povodu chipovoi realizacii.

Для своих целей делал след. образом
сд 3 уровня
положительную полуволну 1 полумост, отрицательную 2 полумост.
"неактивный" полумост тянет нагрузку к земле (и бутстеп одновременно заряжает)
пытался делать с помощью шима напоролся на подводные камни
глубина модуляции больше 95% не получалась изза дедтаймов полумостов
в сд получился ближе к 100%.
если выходных уровней 2 и работа полумостов в противофазе то рассогласование по задержкам в N нС между полумостами создает генератор N нС помех
как и чем потом это душить? единственный вариант который Я смог придумать это синфазный дросселек на выход, но и с ним там еще проблемы дополнительные возникают, возможно что можно чтолибо наворотить со сдвигом 1/4 периода, на Я туда не лазил.
так что имхо 3 уровня сд рулез
где то была статейка по которой делали програмный сд (с ходу не нашел), в общих чертах помимо полезного сигнала к его входу подмешивали еще и доп. шум.

Interestnaya realizaciya. No est voprosi.

1. Tri urovnia mogno sdelat i na 2x comparatorax. Problema s Sigma-Delta eto shum kvantovaniya kotoriy xot i shaped No vsio ravno vishe chem u PWM. K tomu ge dinamicheskie poteri vishe potomu kak chastota na vixode dolgna bit vishe.
2. Ne soglasen s 95% (xotia zavisit ot tranzistorov v vixodnom kaskade. Ya vidil mnogo statei v kotorix isledovalas zavisimost megdu deadtime i THD i zakluchenie takoe chto vixodnoe THD v procentom otnosheni takoe ge kak dead tim Fclk. Esli dead time 5%, to THD 5%? K tomuge kak dead time zavisit ot duty? Na moi vzgliad deadtime nugno tolko dlia odnoi polovinki mosta. Vtoraya polovinak vkluchina cherez nagruzku i tok budit ogranichivatsia nagruzkoi!!!
3. Mne ochen interestno uznat kakoe distortion vi dostigli s "положительную полуволну 1 полумост, отрицательную 2 полумост." Na moi vzgliad THD dolgno bit visoko! U vas bila obratnaya sviaz? Kakie trebovaniya k vxodnomu usiliterlu po common mode voltage. S takoi nagruzkoi Vcm dolgno bit blizko v VDD?

сразу нужно было оговорится что у меня не усилитель класса D а мощный инвертор на выходе 1 частота, суть одна но есть нюансы.
1. динамические потери в моем случае у сигма дельта меньше, (при тех же искажениях после LC фильтра) потому что число переключений у сигма дельта за период выходного сигнала меньше.
2. D.T. надо любому (полу)мосту. можно поискать зависимости THD от D.T. в IR аппнотах.
3. THD не мерял но считал через БПФ сигнала выхода модели. т.к. сигнал у меня 1 тональный то очень хорошо получалось когда выходная частота была кратна частоте квантования. в моем случае этого сравнительно легко сделать. при моделировании выяснилось, что для моего случая худший THD получался при глубине модуляции 50%. И у меня сложилось ощущение что шумят они одинакого (при одинаковом количестве переключений в единицу времени), но шум СД лежит в более высокочастотной области поэтому он лучше режется LC фильтром, в результате THD меньше.