Brüel & Kjær一直在协助南洋理工大学（NTU）研发团队，最终发明出一种超高质量的芯片，该芯片可容差更多设备中其他组件发出的 “噪声”。通过减少失真，可显著提高音频质量。
如今的音频质量不仅关乎动态范围或总谐波失真（THD），还关乎功率：希望音频设备的功率能够降低。来自NTU电气与电子工程部的团队正在研究超低功率、超高效D类放大器。
Ge Tong，NTU的高级研究员，10年前就开始与Brüel & Kjær合作，当时她正在攻读博士学位。“我当时做的项目是主动降噪耳机（这在当时还是新生事物），” Ge Tong解释道，“我当时用的是Brüel & Kjær的人工头与躯干模拟器和PULSE系统—我现在依然在用它们进行我的D类放大器项目以及其他项目。”
越来越多的设备要求提供高品质音频，同时又不影响功率效率。对于大多数人，智能手机已经成为主要的听音设备，所以手机制造商们越来越关注音频质量。考虑到对高功率效率的要求，现在几乎所有的智能移动设备都使用CDA来驱动主扬声器也就不足为奇了。
然而，D类音频应用需要广泛的设计知识和技术。理想的D类放大级没有失真，在可听频带内不会产生噪声，并且效率接近100%。但是在实践中，CDA是存在缺陷的，会产生失真和噪声。
性能突破——世界上第一台超高质量D类放大器。蓝点表示商用货架产品（COTS）并已发布的CDA，红点表示新的CDA——证明新设计的明显优势
新的CDA设计
为了不借助高开关频率就能够获得高功率效率，NTU团队提出了一种新的CDA设计。该新设计包括一个输入调制载波发生器和一个无相位误差的脉冲宽度调制（PWM）调制器。
原型CDA的特点：
- 0.0027%的低总谐波失真+噪声（THD+N）
- 迄今为止最高的电源抑制比（PSRR），在频率为217 Hz时，PSRR=101 dB
- 开关频率相对较低，在正常使用条件下，FSW＝˜ 320 kHz
CDAS: 挑战
- 验证和量化CDA性能的主要参数包括：
- THD + N—测量非线性度和噪声
- 电源抑制比（PSRR）—测量抗噪声能力
- 输出噪声—测量噪声电平
- CDA大体上保真度和抗噪声能力是不足的。例如，只有很少数CDA的THD+N<0.01%且PSRR>90 dB，没有PSRR>100 dB的
- 高开关频率（FSW），例如FSW>500 kHz，和/或复杂的多环反馈，可以改善这些参数，但也会通过下列方式产生不良影响：
- 增加功耗—从而影响功率效率
- 增加电磁干扰—同时也降低了功率效率，并且在需要其他外部组件时，CDA无法被完全集成
CDAS可以分为三类：
- 高品质：THD + N < 0.02%, PSRR > 80 dB, 输出噪声 < 40 µV
- 优质品质：THD + N < 0.01%, PSRR > 90 dB, 输出噪声 < 30 µV
- 超高品质：THD + N < 0.005%, PSRR > 100 dB, 输出噪声 < 20 µV
测试设计
用音频分析测量CDA的性能相对比较简单。Ge Tong和NTU团队用和人工头与躯干模拟器（HATS）无缝连接的PULSE系统测量了THD+N和PSRR，该模拟器可以“听到”来自CDA驱动的耳机里的声音，并测量声学音频信号。Ge Tong介绍说：“这其实是一个集成电路设计项目。开发过程是从方案设计和模拟开始的，然后是布局、寄生析出和布局后模拟。如果布局后模拟满足设计规范，我们就可以将该设计交付制造。最终，设计通过了测试和验证。整个过程历时大约一年。”
好得难以置信？
“该项目最具挑战性的一步可能就是说服自己这件事确实可为，”Ge Tong说。设计规范非常严格，超越了以往完成的任何项目。初审时，可能会认为该设计规范太过完美，有些不现实。NTU团队花了大量的时间重新推导噪声和非线性机制以及检验其理论分析的正确性。
经过多次讨论和检验，团队中的每个成员都确信该设计规范是可以实现的，而项目的实际实施也确实非常顺利，最终该团队设计出了有史以来第一台“超高质量”D类放大器。
Brüel & Kjær的人工头与躯干模拟器是一个装有镜像外“耳”的人体模型，可确保均匀和可靠的双声道音质测量。校准过的耳朵模拟器经过优化后可测量放在耳朵附近的所有设备，例如助听器、听力保护器和头戴式耳机以及电话和耳麦。
人工头与躯干模拟器（HATS）
Brüel & Kjær的人工头与躯干模拟器是一个装有镜像外“耳”的人体模型，可确保均匀和可靠的双声道音质测量。校准过的耳朵模拟器经过优化后可测量放在耳朵附近的所有设备，例如助听器、听力保护器和头戴式耳机以及电话和耳麦。and headsets.
空前的音频性能
该项目的成果是通过CDA实现了空前的性能。针头大小的芯片中包含了创新的CDA设计，使智能手机的音频效果听起来就像是高端音响发出的，无线耳机用户将能够享有更长的电池寿命。该芯片未来的应用包括音频放大器、车载音响系统和电视。
NTU团队正在继续改进设计，他们的目标是将其确立为CDA的行业金牌标准。Ge Tong总结道：“我们希望近期将我们的CDA商业化。几大集成电路设计公司已经表示对我们的设计感兴趣，我们正在与这几家公司商谈。”
集成电路（IC）设计
集成电路设计涉及设计集成电路所需的特殊逻辑和技术。在集成电路中，多个独立元件（例如晶体管、二极管、电阻器、电容器和连接所有元件的导电通路）被直接嵌入到一块硅晶体中。
- 模拟—进行布局前模拟是为了建立设计约束
- 布局后模拟—用已做好的集成电路版图进行模拟，以验证是否与设计约束相符
- 寄生效应—集成电路各部分之间不可避免地存在着通常不必要的电容，因为它们彼此太接近
- 寄生析出—涉及到计算设备和集成电路连接线中的寄生效应
Ge Tong博士
Ge Tong博士是多学科的工程师，其研究领域包括超低功率超高效模拟电路和信号处理，以及用于生物医学和IoT（物联网）应用的基于柔性基板的印刷电子/有机电子元件。她已经在顶级的同行评审期刊和会议论文集中发表了大约40篇研究论文，还获得18项专利。目前，她领导着一支由6名研究人员组成的研究团队，是负责新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟拨付的金额达到60万新元的研究补助金的联合首席调查员。她是《IEEE电路与系统汇刊第二部分：快报》的副主编。
