最近几十年来，开关模式音频功放已经成为功放设计的主流。D 类功放以其功耗低、体积小、发热少（尤其与 AB 类对比）而越来越流行与普及。 但在正常音量播放音乐时，其效率仅为 50% 或更低。为解决这些困扰，英飞凌 MERUSTM 音频产品设计师开发了一种在各音量水平均高效率的多级 D 类功放。
从 AB 类功放到 D 类功放的是一个技术进步的里程碑。现在，英飞凌的 MERUSTM音频产品设计师又在性能提升方面迈出巨大的一步，从传统的 D 类功放转向多级 D 类功放。这种新的功放非常适合小体积、低散热和/或低功耗的应用，而紧凑且高要求的音频应用的数量也在不断增长，更是需要这种功放。多级 D 类功放在需要小体积、低热量或低功耗的功放应用中表现卓越，包括电池供电的音箱 、音柱 、无线播放器、多空间音响系统、家庭影院系统等应用。
传统 D 类功放的输出级的工作原理如图 1 所示。它包含两个MOSFET（如图 1 中的 M1 和 M2 所示），每个由一个脉宽调制（PWM）信号驱动。该脉宽调制信号的占空比是由输入音频信号调制而来，调制通常设计在控制回路中。
图 1 中的开关节点（VPWM）负责传送放大的 PWM 信号。请注意， LC 滤波器用于在放大的音频信号到达扬声器前使得来自 PWM 信号的音频信号变得平滑。较小的应用不需要该滤波器，例如在音频功放的功率输出较小的手机中，但对于输出功率大于 20 W 的应用则需要 LC 滤波器。
由于需要配置 LC 滤波器和散热器而导致需要更多空间和体积
由于需要滤波器而产生的成本
一般音量水平时效率较低
功放正常工作时的散热设计与处理
多级 D 类在半桥时输出多个电平等级，以此实现从待机到近待机直至最大功率整体各个功率段的低功耗。
MERUSTM 功放产品利用独特的功率级拓扑结构形成放大输出，该拓扑结构的每个半桥功率级拥有四个晶体管或MOSFET，而不是如图 2 所示的传统功放中的两个晶体管，多级输出级非常灵活，可对功放进行配置，在任何应用中实现最优的功率性能。
在单电源供电时，半桥架构可以建立一个多阶电平 PWM 输出。每个半桥使用四个MOSFET（如图 2 中的 M1 到 M4 所示），每个 MOSFET 由一个单独的 PWM 信号驱动。电容器（Cfly），在顶部和底部MOSFET之间“飞跨”，由单独的电路持续充电，从而保持一个固定的电压电位。因此，“飞跨电容”可作为额外的电源导轨运行。如此一来，每个半桥功率级在输出开关节点建立一个三电平的输出信号：0 V, ½ PVDD 和 PVDD。
在一个全桥式负载（BTL）配置中（参见图 3），通过使用一个开关模式结合两个三电平半桥来实现，每个半桥开关模式以 90° 相移相对于另一个进行调制，产生的功率级可为差动连接的扬声器负载提供最多 5 个电平的多级调制模式。
由于 PWM 频率较高，各个电压阶跃较小，输出音频信号比传统 D 类功放更加接近输入波形。
五电平系统本身在输出节点处的开关频率个开关/MOSFETs的四倍，而差动连接扬声器负载的频带外残留开关噪音也显著减少。由于功放拥有较高的效率和更好的电磁干扰和电磁兼容性控制，因此可以针对无滤波操作进行有效配置。
图4表示一个正弦曲线周期的 BTL 配置中产生的五电平差分输出。
在这种情况下，扬声器负载开关频率是半桥输出节点处的MOSFET的开关频率的四倍。同时还需要注意开关模式产生了三种状态（相对于传统 D 类功放只有一种状态），可完全消除带外开关残留噪音，即 -½ PVDD, 0 V 和+½ PVDD。在这些状态下，两个半桥输出为 0V 或者它们均产生一个完美“镜像的”50% 占空比输出。
在应用方面，这意味着音频系统输出部分中的纹波电流减少。由于无需抑制带外开关噪音或人为噪音，因此许多应用都不需要共模 LC 滤波器。
减小的波纹电流的影响如图5所示。当标准化为传统 D 类功放的波纹电流时（紫线），三电平或半桥（绿线）和五电平或 BTL （橙线）调制的输出信号的波纹电流显著减小。另外，请注意，三电平和五电平信号的零状态及其所在的点不存在波纹电流。除了本身比较高效的开关原理，由于外部部件中的波纹电流减小导致总体功率损耗也显著减小。
体积较小
成本较低
对滤波器的依赖程度降低
一般音量时效率提高
通过大幅减少功率损耗的方式降低热量的产生
通过更加精准的信号复制增强音频质量
2019 年 9 月 26 日 —— 10 月 25 日
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