專利名稱：開關(guān)功率放大器電子電路和切換該放大器輸出級(jí)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于開關(guān)功率放大器的電子電路、開關(guān)功率放大器、包括用于開關(guān)功率放大器的電子電路的集成電路和包括開關(guān)功率放大器的裝置。本發(fā)明同樣涉及用于切換開關(guān)功率放大器的輸出級(jí)的方法。
背景技術(shù)：
已經(jīng)公知的在各種領(lǐng)域，例如，在馬達(dá)控制中，使用開關(guān)功率放大器作為開關(guān)RF(射頻)功率放大器或者D類音頻放大器，其中放大器根據(jù)其屬性被分類成A，B，C，D等類。典型地，開關(guān)放大器的負(fù)載是一個(gè)包括感應(yīng)元件，諸如馬達(dá)或者揚(yáng)聲器的電路。
使用開關(guān)功率放大器的主要?jiǎng)訖C(jī)是其高功率效率。在便攜式裝置，諸如移動(dòng)電話中，高功率效率增加了操作時(shí)間并且降低了熱耗散和所導(dǎo)致的設(shè)備發(fā)熱。使用開關(guān)功率放大器代替線性放大器的另一個(gè)原因是很難使用電流低壓半導(dǎo)體技術(shù)實(shí)現(xiàn)線性放大器。
在開關(guān)功率放大器中，通過(guò)在放大器的輸出級(jí)切換功率開關(guān)來(lái)控制提供給負(fù)載的輸出功率。開關(guān)功率放大器的輸出級(jí)在反相器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中可以使用諸如PMOS和NMOS晶體管或者PNP和NPN晶體管實(shí)現(xiàn)，其中晶體管組成輸出級(jí)的可控的功率開關(guān)。輸出級(jí)還可以是單端或者差分的。
圖1表示了開關(guān)功率放大器的單端輸出級(jí)的原理。在圖1中，在電壓源11和地12之間串聯(lián)連接的PMOS晶體管Vp和NMOS晶體管Vn組成一個(gè)單端輸出級(jí)。晶體管Vp，Vn被公共輸入信號(hào)Vpw1控制。輸入信號(hào)Vpw1具有交變極性并且由圖中未示出的定時(shí)裝置提供。在兩個(gè)晶體管Vp，Vn之間提供輸出級(jí)的輸出。同時(shí)，一個(gè)負(fù)載13連接到該輸出端。在輸出級(jí)的輸出端，為連接的負(fù)載13提供電壓Vout。由于交流輸入信號(hào)Vpw1，輸出級(jí)在電流能夠從負(fù)載13通過(guò)晶體管Vn流向地12的第一相位和電流能夠從電壓源11通過(guò)晶體管Vp流向負(fù)載13的第二相位之間交替。在兩個(gè)晶體管Vp，Vn都導(dǎo)通的情況下，電流Ithrough可以從包括晶體管Vp的支路流向包括晶體管Vn的支路?？蛇x地，可以為兩個(gè)晶體管Vp，Vn提供單獨(dú)的輸入信號(hào)。
可以通過(guò)組合兩個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)鐘控制的單端輸出級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)還被稱為H橋的差分輸出級(jí)。負(fù)載此時(shí)被設(shè)置在兩個(gè)單端開關(guān)級(jí)的輸出之間。圖2表示了此類差分輸出級(jí)的原理。
一方面，第一PMOS晶體管Vp1和第一NMOS晶體管Vn1串聯(lián)連接在電壓源21和地22之間。另一方面，第二PMOS晶體管Vp2和第二NMOS晶體管Vn2串聯(lián)連接在電壓源21和地22之間。晶體管Vp1和Vn1之間的連接形成差分輸出級(jí)的第一輸出，并且晶體管Vp2和Vn2之間的連接形成差分輸出級(jí)的第二輸出。同時(shí)，負(fù)載23連接在輸出級(jí)的第一和第二輸出之間。第一輸出的輸出電壓稱作Vout1，而第二輸出的輸出電壓稱作Vout2。
該四個(gè)晶體管是可控的以便使一方面在晶體管Vn1和Vp1處的信號(hào)輸入和另一方面在晶體管Vn2和Vp2處的信號(hào)輸入具有大體上相反的交變極性。這可以以不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)?？蛇x地，每個(gè)晶體管由一個(gè)單獨(dú)的輸入信號(hào)控制。另外可選地，晶體管Vp1和Vn1由第一輸入信號(hào)Vpw11控制，同時(shí)晶體管Vp2和Vn2由第二輸入信號(hào)Vpw12控制。輸入信號(hào)Vpw11和Vpw12可以由例如BD類調(diào)制塊提供。BD類用于三級(jí)D類開關(guān)放大器。該第二可能性在圖2中使用被供給晶體管Vn1的第一輸入信號(hào)Vpw11和晶體管Vp1的之間的虛線以及被供給晶體管Vn2的第一輸入信號(hào)Vpw12和晶體管Vp2的之間的虛線表示。另外可選的，所有的晶體管都被一個(gè)輸入信號(hào)控制。為此，輸入信號(hào)Vpw11由定時(shí)裝置(未示出)提供并且如第二可選的供給晶體管Vn1和Vp1，同時(shí)通過(guò)被供給輸入信號(hào)Vpw12的反相器24得到用于晶體管Vn2和Vp2的輸入信號(hào)。因此，不需要單獨(dú)的第二輸入信號(hào)Vpw12。這個(gè)可能性在圖2中用附加的點(diǎn)線表示。
由于交變輸入信號(hào)，例如Vpw11和Vpw12，輸出級(jí)在其中電流能夠從電壓源21通過(guò)晶體管Vp2、負(fù)載23和晶體管Vn1流向地2 2的第一相位a和其中電流能夠從電壓源21通過(guò)晶體管Vp1、負(fù)載23和晶體管Vn2流向地22的第二相位b之間交替。
在兩種情況下，即，在單端輸出級(jí)和差分輸出級(jí)的情況下，可以通過(guò)在重疊模式或者非重疊模式切換輸出級(jí)的功率開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)在每個(gè)第一相位和每個(gè)第二相位之間的切換。
圖3A表示了圖2所示的差分輸出級(jí)的非重疊切換并且圖3B表示了圖2所示的差分輸出級(jí)的重疊切換。在兩個(gè)圖中，提供給晶體管Vn1，Vp2，Vn2和Vp1的信號(hào)被表示成兩個(gè)連續(xù)的過(guò)渡，更具體地，從相位a到相位b的第一過(guò)渡和隨后的回到相位a的過(guò)渡。對(duì)于兩個(gè)過(guò)渡，基準(zhǔn)時(shí)間由垂直的點(diǎn)線表示。
可以通過(guò)為四個(gè)晶體管Vp1，Vn1，Vp2和Vn2提供四個(gè)獨(dú)立的切換信號(hào)來(lái)為圖2所示的差分開關(guān)級(jí)實(shí)現(xiàn)非重疊模式。在圖3A中，供給晶體管Vn1和Vp1的非重疊信號(hào)在初始相位a具有高電平，而供給晶體管Vp2和Vn2的非重疊信號(hào)在初始相位a具有低電平。在從相位a到相位b的第一過(guò)渡的基準(zhǔn)時(shí)間就要到來(lái)之前，供給晶體管Vn1的信號(hào)被切換至低電平而供給晶體管Vp2的信號(hào)被切換至高電平。這具有使晶體管Vn1和Vp2截止的作用以便使所有的功率晶體管截止。在第一過(guò)渡的基準(zhǔn)時(shí)間剛剛過(guò)去之后，供給晶體管Vn2的信號(hào)被切換至高電平而供給晶體管Vp1的信號(hào)被切換至低電平。這具有使晶體管Vn2和Vp1導(dǎo)通的作用。在從相位b過(guò)渡回相位a的第二過(guò)渡的基準(zhǔn)時(shí)間到來(lái)之前，供給晶體管Vn2的信號(hào)又被切換至低電平而供給晶體管Vp1的信號(hào)又被切換至高電平。這具有使晶體管Vn2和Vp1截止的作用以便使所有的功率晶體管再一次截止。在第二過(guò)渡的基準(zhǔn)時(shí)間剛剛過(guò)去之后，供給晶體管Vn1的信號(hào)又被切換至高電平并且供給晶體管Vp2的信號(hào)又被切換至低電平，這具有使晶體管Vn1和Vp2導(dǎo)通的作用。對(duì)于兩個(gè)晶體管，所有的晶體管Vn1，Vp2，Vn2和Vp1在各個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間到來(lái)前的切換和各個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間剛剛過(guò)去后的切換之間的期間內(nèi)同時(shí)短暫地截止。
可以通過(guò)為晶體管Vp和Vn提供兩個(gè)獨(dú)立的切換信號(hào)來(lái)相應(yīng)地實(shí)現(xiàn)圖1所示的單端開關(guān)級(jí)的非重疊模式。
可以使用一個(gè)公共輸入信號(hào)，兩個(gè)輸入信號(hào)或者如上參照?qǐng)D2所述的用于晶體管Vp1，Vn1，Vp2和Vn2的四個(gè)獨(dú)立的切換信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖2所示的差分開關(guān)級(jí)的重疊模式。在圖3B中，供給晶體管Vn1和晶體管Vp1的重疊信號(hào)在初始相位a也具有高電平，而供給晶體管Vp2和Vn2的信號(hào)在初始相位a也具有低電平。然而，此時(shí)，在從相位a到相位b的第一過(guò)渡的基準(zhǔn)時(shí)間到來(lái)之前，供給晶體管Vn2的信號(hào)被切換成高電平而供給晶體管Vp1的信號(hào)被切換成低電平。在第一過(guò)渡基準(zhǔn)時(shí)間剛剛過(guò)去之后，供給晶體管Vn1的信號(hào)被切換成低電平并且供給晶體管Vp1的信號(hào)被切換成高電平。因此，在用于從相位b過(guò)渡到相位a的第二過(guò)渡的基準(zhǔn)時(shí)間到來(lái)之前，供給晶體管Vn1的信號(hào)又被切換成高電平并且供給晶體管Vp1的信號(hào)又被切換成低電平。在第二過(guò)渡的基準(zhǔn)時(shí)間剛剛過(guò)去之后，供給晶體管Vn2的信號(hào)又被切換成低電平并且供給晶體管Vp1的信號(hào)又被切換成高電平。對(duì)于兩個(gè)晶體管，所有的晶體管Vn1，Vp2，Vn2和Vp1在各個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間就要到來(lái)前的切換和各個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間剛剛過(guò)去后的切換之間的期間內(nèi)同時(shí)短暫地截止。
可以通過(guò)為晶體管Vp和Vn提供一個(gè)切換信號(hào)或者兩個(gè)獨(dú)立的切換信號(hào)來(lái)相應(yīng)地實(shí)現(xiàn)用于圖1所示的單端開關(guān)級(jí)的重疊模式。
用于切換輸出級(jí)的時(shí)鐘序列取決于使用的脈寬調(diào)制(PWM)電路。典型的PWM電路是BD類。
不管使用哪種調(diào)制，在單端輸出級(jí)和差分輸出級(jí)情況下切換功率開關(guān)都會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題。
如圖3B所示，如果有效時(shí)鐘重疊，就會(huì)產(chǎn)生第一類型的問(wèn)題。即使在所有的功率開關(guān)只在一個(gè)短的時(shí)間周期內(nèi)導(dǎo)通，大的電流沖擊也將會(huì)通過(guò)功率開關(guān)從電壓源流到地。
圖4表示了當(dāng)為圖1所示的單端開關(guān)功率輸出級(jí)使用重疊切換時(shí)發(fā)生的電流沖擊。圖4表示了輸入信號(hào)Vpw1和電流Ithrough隨時(shí)間變化的過(guò)程。輸入信號(hào)Vpw1逐漸從低電平變化到高電平以便在重疊模式切換輸出級(jí)。晶體管Vp和Vn將在該逐漸變化期間在Vpw1的某一電壓范圍上同時(shí)導(dǎo)通。這表示具有這樣一個(gè)電壓范圍，其中大電流Ithrough將在輸入信號(hào)Vpw1的上升和下降沿流過(guò)兩個(gè)晶體管Vp和Vn。
此類電流沖擊降低功率放大器的效率。并且，他們對(duì)電壓源線路產(chǎn)生EMC(電磁兼容)噪聲和波紋，其將干擾其他使用相同的電壓源的模塊的工作。
如圖3A所示，如果有效時(shí)鐘非重疊，將發(fā)生第二類型的問(wèn)題。即使在所有的功率開關(guān)只在一個(gè)短的時(shí)間周期內(nèi)同時(shí)截止，由于負(fù)載盡量使電流通過(guò)其流過(guò)的電感特性將會(huì)產(chǎn)生大電壓過(guò)沖，后一個(gè)效應(yīng)也被稱作“電流反沖(current kickback)”。過(guò)沖電壓幅度通常被位于IO(輸入/輸出)單元中的ESD(靜電釋放)電路限定為一個(gè)二極管壓降的典型壓降值，即，0.7V。當(dāng)所有的功率開關(guān)截止時(shí)，負(fù)載感應(yīng)中的電流因此通過(guò)ESD電路至產(chǎn)生襯底噪聲的芯片的襯底上。電壓過(guò)沖因此是在同一個(gè)芯片上的其它電路的噪聲源。
當(dāng)使用在重疊切換轉(zhuǎn)換期間產(chǎn)生的重復(fù)的電流沖擊或者在非重疊切換轉(zhuǎn)換期間產(chǎn)生的重復(fù)電壓過(guò)沖壓迫EsD電路，就會(huì)存在潛在的可靠性的危險(xiǎn)。ESD結(jié)構(gòu)可以被設(shè)計(jì)成具有足夠大的尺寸來(lái)避免可靠性的降低，但是這將導(dǎo)致半導(dǎo)體區(qū)域的增加，這對(duì)于功率放大器的常規(guī)功能來(lái)說(shuō)是不需要的。
還知道可以使用附加的或者獨(dú)立的保護(hù)裝置，諸如二極管等來(lái)避免上述問(wèn)題。但是，附加元件同樣會(huì)導(dǎo)致要求的空間的增加。
在開關(guān)功率放大器中的另一個(gè)公知的EMC噪聲源是輸出脈沖流的突變沿。輸出信號(hào)的頻譜包括在切換頻率處的顯著的功率和諧波，典型地到幾十兆赫茲。

發(fā)明內(nèi)容
本分明的一個(gè)目的是減少在開關(guān)功率放大器的輸出級(jí)的切換期間產(chǎn)生的問(wèn)題。
該目的是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)用于開關(guān)功率放大器的電子電路實(shí)現(xiàn)的，該電子電路包括至少兩個(gè)形成輸出級(jí)的開關(guān)級(jí)。每個(gè)開關(guān)級(jí)包括至少兩個(gè)可控功率開關(guān)并且在至少兩個(gè)可控功率開關(guān)之間提供輸出。并且至少兩個(gè)開關(guān)級(jí)關(guān)于其輸出彼此并聯(lián)連接。此外，所提出的電子裝置包括用于切換至少兩個(gè)開關(guān)級(jí)的可控功率開關(guān)的定時(shí)裝置。定時(shí)裝置在重疊模式切換至少一個(gè)開關(guān)級(jí)的可控功率開關(guān)并且在非重疊模式切換至少另一個(gè)開關(guān)級(jí)的可控功率開關(guān)。
本發(fā)明的目的同樣可以使用包括所提出的電子電路的開關(guān)功率放大器、包括所提出的電子電路的集成電路和包括具有建議的電子電路的開關(guān)功率放大器的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。
最后，本發(fā)明的目的通過(guò)使用切換開關(guān)功率放大器的輸出級(jí)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中該輸出級(jí)包括至少兩個(gè)開關(guān)級(jí)，其中每個(gè)開關(guān)級(jí)包括至少兩個(gè)可控功率開關(guān)并且在至少兩個(gè)可控功率開關(guān)之間提供輸出，其中至少兩個(gè)開關(guān)級(jí)關(guān)于其輸出彼此并聯(lián)連接。最好該方法包括在重疊模式切換至少一個(gè)開關(guān)級(jí)的可控功率開關(guān)并且在非重疊模式切換至少另一個(gè)開關(guān)級(jí)的可控功率開關(guān)。
本發(fā)明出自這樣的觀點(diǎn)，即從在輸出級(jí)的切換期間產(chǎn)生的問(wèn)題可以被避免，如果輸出級(jí)由一些并聯(lián)的開關(guān)級(jí)組成，其中一些在非重疊方式下被時(shí)鐘控制而一些在重疊形式下被時(shí)鐘控制。
與輸出級(jí)的專門重疊切換相比，本發(fā)明有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即其在過(guò)渡到可接受的電平期間減少了通過(guò)功率開關(guān)的大電流。減小來(lái)自電源的電流沖擊將導(dǎo)致EMC噪聲和對(duì)電源電壓線路造成的紋波的減小。
與專門非重疊切換相比，本發(fā)明有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即其減小了當(dāng)前使用電感負(fù)載帶來(lái)的電流反沖和電壓過(guò)沖。從而還減小了ESD和襯底噪聲。
而且，還降低了對(duì)ESD區(qū)域的要求，因?yàn)榫哂兄丿B時(shí)鐘的開關(guān)級(jí)的功率開關(guān)還具有作為保護(hù)裝置的另外的功能，同時(shí)避免了電流沖擊。根據(jù)本發(fā)明的輸出級(jí)的功率開關(guān)還具有平滑瞬變和過(guò)沖電壓的功能，因此不需要其他的元件來(lái)保護(hù)ESD結(jié)構(gòu)。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，也需要增加用于輸出級(jí)的全部區(qū)域。對(duì)于一個(gè)期望的驅(qū)動(dòng)能力，完全可以將現(xiàn)有的區(qū)域分割成更小的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域包括一個(gè)開關(guān)級(jí)。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將從附屬的權(quán)利要求中變得顯而易見。
一個(gè)優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)通過(guò)將輸出級(jí)只分割成使用重疊切換的一個(gè)輸出級(jí)和使用非重疊切換的一個(gè)輸出級(jí)實(shí)現(xiàn)。但是分級(jí)也可以被進(jìn)一步擴(kuò)展為多于兩個(gè)的并聯(lián)開關(guān)級(jí)?？梢苑奖愕剡x擇2N的平行開關(guān)的分割，其中N是自然數(shù)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，提供了至少三個(gè)開關(guān)級(jí)并且提供的開關(guān)級(jí)的一個(gè)較大的部分以非重疊方式切換，同時(shí)提供的開關(guān)級(jí)的一個(gè)較小的部分以重疊形式切換。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，全部驅(qū)動(dòng)能力的大部分被分配給使用非重疊切換的開關(guān)級(jí)，同時(shí)剩下的驅(qū)動(dòng)能力被分配給使用重疊切換的開關(guān)級(jí)。優(yōu)選地，大約全部驅(qū)動(dòng)能力的90％被分配給使用非重疊切換的開關(guān)級(jí)。因此，由非重疊開關(guān)級(jí)提供的功率大于由重疊開關(guān)級(jí)提供的功率。此外，不同開關(guān)級(jí)的物理尺寸可以是不同的?？蛇x地，不同開關(guān)級(jí)的尺寸和由不同開關(guān)級(jí)提供的功率的驅(qū)動(dòng)能力可以相等。
在本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，不同的非重疊開關(guān)級(jí)使用在每個(gè)開關(guān)級(jí)切換之間的延遲連續(xù)地進(jìn)行切換，以便使被徹底分割的輸出級(jí)的輸出的上升和下將沿的有效范圍不被破壞。這衰減了EMC噪聲的高頻，高于10MHz的頻率，這是包含RF接收器的裝置所希望的。可以以任何合適的方式實(shí)現(xiàn)要求的用來(lái)使用延遲對(duì)不同的開關(guān)級(jí)進(jìn)行切換的同步定時(shí)。
除了同步定時(shí)，可以通過(guò)將區(qū)域分成不等尺寸的段來(lái)確定分割的開關(guān)級(jí)的尺寸。這能夠?qū)敵黾?jí)輸出的高頻成分進(jìn)行更好的控制。例如，該尺寸可以被做成使輸出級(jí)的輸出沿被一個(gè)高斯濾波器和另一個(gè)已知特性的濾波器有效濾波。
可以以任何合適的方式選擇開關(guān)級(jí)的數(shù)量和尺寸以及使用在開關(guān)級(jí)中的功率開關(guān)的精確的尺寸。
并且，使用的開關(guān)級(jí)可以是單端輸出級(jí)和差分輸出級(jí)。
本發(fā)明可以使用分立元件實(shí)現(xiàn)，但是當(dāng)輸出級(jí)集成在一個(gè)半導(dǎo)體電路上時(shí)更具優(yōu)勢(shì)。在后一種情況下，定時(shí)裝置還可以集成在同一個(gè)半導(dǎo)體電路上。
并且，本發(fā)明可以用于任何開關(guān)功率放大器，特別用于音頻開關(guān)功率放大器和RF開關(guān)功率放大器。


本發(fā)明的其它目的和特征將從下述結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明中變得顯而易見，其中圖1表示已知的單端輸出級(jí)的實(shí)施例的示意圖；圖2表示已知的用于各種不同定時(shí)的差分輸出級(jí)的實(shí)施例的示意圖；圖3A表示用于圖2的輸出級(jí)的非重疊切換；圖3B表示用于圖2的輸出級(jí)的重疊切換；圖4表示在圖1的輸出級(jí)的重疊切換時(shí)發(fā)生的電流沖擊；并且圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)電子電路的實(shí)施例的輸出級(jí)的方框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1到4已經(jīng)在上面進(jìn)行了描述。
圖5表示對(duì)根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)功率放大器的第一實(shí)施例的輸出級(jí)的分割。
該輸出級(jí)包括第一開關(guān)級(jí)54和第二開關(guān)級(jí)55。每個(gè)開關(guān)級(jí)54和55為差分開關(guān)級(jí)。每個(gè)開關(guān)級(jí)因此可以對(duì)應(yīng)于例如圖2所示的開關(guān)級(jí)。每個(gè)開關(guān)級(jí)54和55的第一輸出端被連接到負(fù)載53的第一連接點(diǎn)，同時(shí)每個(gè)開關(guān)級(jí)54和55的第二輸出端被連接到負(fù)載53的第二連接點(diǎn)。兩個(gè)開關(guān)級(jí)54和55因此與負(fù)載53并聯(lián)連接。
第一開關(guān)級(jí)54如上述參照?qǐng)D3A所示的由時(shí)鐘信號(hào)在非重疊模式切換。第二開關(guān)級(jí)55如上述參照?qǐng)D3B所示的由時(shí)鐘信號(hào)在非重疊模式切換。時(shí)鐘信號(hào)由功率放大器的定時(shí)裝置提供并且可基于提供的PWM脈沖產(chǎn)生。
并且，大約90％的驅(qū)動(dòng)能力被分配給使用非重疊切換的輸出級(jí)54，而大約10％的驅(qū)動(dòng)能力被分配給使用重疊切換的輸出級(jí)55。
利用此類由多個(gè)開關(guān)級(jí)組成的輸出級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)希望的驅(qū)動(dòng)能力，同時(shí)可以避免電流沖擊和控制過(guò)沖電壓。
應(yīng)該注意圖5所示的實(shí)施例可以被與現(xiàn)有的與輸出級(jí)54，55并聯(lián)的連接到負(fù)載53的其它差分開關(guān)級(jí)擴(kuò)展。
下面，將描述一個(gè)輸出級(jí)的實(shí)施例的優(yōu)選切換順序，該輸出級(jí)包括一個(gè)使用重疊切換的開關(guān)級(jí)和多個(gè)使用具有增加的非重疊定時(shí)的多相非重疊切換的開關(guān)級(jí)。所有這些開關(guān)級(jí)并聯(lián)連接到負(fù)載，如圖5中的兩個(gè)開關(guān)級(jí)54，55相同。大約10％的驅(qū)動(dòng)能力被分配給使用重疊切換的開關(guān)級(jí)，剩下的驅(qū)動(dòng)能力被分配給多個(gè)使用非重疊切換的開關(guān)級(jí)。每個(gè)開關(guān)級(jí)可以具有兩個(gè)不同極性X，Y中的一個(gè)。極性X，Y對(duì)應(yīng)于圖2中的相位a和b。并且使用非重疊切換的開關(guān)級(jí)可以被截止。
首先，假設(shè)當(dāng)前輸出級(jí)位于過(guò)渡周期的中間，并且在重疊模式切換的開關(guān)級(jí)具有Y極性，同時(shí)在非重疊模式切換的開關(guān)級(jí)截止。
在提供的PWM脈沖序列的上升沿，定時(shí)裝置在第一步將使用重疊切換的開關(guān)級(jí)切換到新的極性X。
在小相位延遲1之后，定時(shí)裝置在第二步將使用非重疊切換的第一開關(guān)級(jí)從截止?fàn)顟B(tài)切換至新的極性X。另一個(gè)使用非重疊切換的開關(guān)級(jí)保持在截止?fàn)顟B(tài)。在另一個(gè)小相位延遲2之后，定時(shí)裝置在第三步將另一個(gè)處于截止?fàn)顟B(tài)的使用非重疊切換的開關(guān)級(jí)同樣切換至新的極性X?，F(xiàn)在，另一個(gè)使用非重疊切換的開關(guān)級(jí)以極性X導(dǎo)通。剩下的使用非重疊切換的開關(guān)級(jí)仍然處于截止?fàn)顟B(tài)。在下一個(gè)相位，重復(fù)第三步，直到所有的開關(guān)級(jí)被切換到同一極性X。
在隨后的PWM脈沖下降沿，第一個(gè)使用非重疊切換的開關(guān)級(jí)被定時(shí)裝置再一次截止，在每個(gè)小延遲后，其它使用多相非重疊切換的開關(guān)級(jí)被定時(shí)裝置依次截止，直到所有使用非重疊切換的開關(guān)級(jí)都被截止。
接著，使用重疊切換的開關(guān)級(jí)被定時(shí)裝置切換到新的極性Y。
除了交換極性X和Y，上述的順序從第二步驟開始是重復(fù)的。
利用上述的切換順序，在輸出級(jí)的輸出端產(chǎn)生的脈沖沿過(guò)渡將類似階梯波形而不是一個(gè)大的階躍。因此，這就保證了有效切換的脈沖沿不被破壞，其將減少切換輸出的高頻分量。
有許多種可能的方式使定時(shí)裝置產(chǎn)生所建議的切換順序需要的同步時(shí)鐘信號(hào)，下面將說(shuō)明兩種可能的方式。
產(chǎn)生相位定時(shí)的一個(gè)非常簡(jiǎn)單的方法是，使用通常在SC(開關(guān)電容器)技術(shù)中產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的具有延遲反饋的交叉耦合SR(置位/復(fù)位)鎖存器?？梢岳眠@個(gè)解決方案通過(guò)在反饋中具有合適數(shù)量的延遲元件并且通過(guò)選擇合適的輸出節(jié)點(diǎn)來(lái)得到多相非重疊和重疊時(shí)鐘，此時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)延遲本質(zhì)上是不同步的，并且由反饋回路中的轉(zhuǎn)換器延遲定義重疊時(shí)間，在輸出級(jí)的輸出端的脈沖沿的上升和下降時(shí)間近似對(duì)應(yīng)于開關(guān)級(jí)的數(shù)量和轉(zhuǎn)換器延遲的乘積。
另一個(gè)產(chǎn)生效果上降慢脈沖沿的同步時(shí)鐘的方法是使用一個(gè)同步時(shí)鐘控制邏輯，其中切換延遲由時(shí)鐘發(fā)生器的時(shí)鐘頻率確定。此時(shí)，在輸出級(jí)的輸出端的脈沖沿的上升和下降時(shí)間近似等于功率級(jí)的數(shù)量和邏輯時(shí)鐘周期的乘積。該方法允許對(duì)輸出脈沖流邊沿進(jìn)行良好的可預(yù)測(cè)的控制，因此，與不使用魯棒時(shí)間基準(zhǔn)的非同步方法和其它方法相比可以更精確地限定高頻噪聲頻譜。
應(yīng)該注意，所述的實(shí)施例只是從組成本發(fā)明的可能的實(shí)施例中選擇出來(lái)的一部分。
權(quán)利要求
1.用于開關(guān)功率放大器的電子電路，該電子電路包括形成輸出級(jí)的至少兩個(gè)開關(guān)級(jí)(54，55)，其中每個(gè)所述開關(guān)級(jí)(54，55)包括至少兩個(gè)可控功率開關(guān)并且在所述的至少兩個(gè)可控功率開關(guān)之間提供輸出，其中所述的至少兩個(gè)開關(guān)級(jí)(54，55)關(guān)于其輸出彼此并聯(lián)連接；和用于切換所述至少兩個(gè)開關(guān)級(jí)(54，55)的可控功率開關(guān)的定時(shí)裝置，其中所述定時(shí)裝置在重疊模式切換至少一個(gè)所述開關(guān)級(jí)(55)的可控功率開關(guān)，并且在非重疊模式切換至少另一個(gè)所述開關(guān)級(jí)(54)的可控功率開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電子電路，包括多于兩個(gè)開關(guān)級(jí)，其中所述定時(shí)裝置在非重疊模式比在重疊模式切換更多的開關(guān)級(jí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的電子電路，其中所述定時(shí)裝置分配給在非重疊模式切換的所述開關(guān)級(jí)(54)的驅(qū)動(dòng)能力大于分配給在非重疊模式切換的所述開關(guān)級(jí)(55)
4.根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的電子電路，其中所述定時(shí)裝置連續(xù)切換所述開關(guān)級(jí)(54，55)，每次切換之間具有相應(yīng)的延遲。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電子電路，其中所述定時(shí)裝置提供連續(xù)切換所述開關(guān)級(jí)的同步時(shí)鐘信號(hào)，每次切換之間具有相應(yīng)的延遲，以便在非重疊模式切換的開關(guān)級(jí)的截止?fàn)顟B(tài)期間，在重疊模式切換的第一所述開關(guān)級(jí)被切換到一個(gè)新的極性，并且接著在非重疊模式切換的所述開關(guān)級(jí)被連續(xù)切換到所述新的極性，同時(shí)，在非重疊模式切換的開關(guān)級(jí)的導(dǎo)通狀態(tài)期間，在非重疊模式切換的第一所述開關(guān)級(jí)被連續(xù)切換到截止?fàn)顟B(tài)，并且接著在重疊模式切換的所述開關(guān)級(jí)被切換到一個(gè)新的極性。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的電子電路，其中所述定時(shí)裝置包括具有延遲反饋的交叉耦合置位/復(fù)位(SR)鎖存器，用于提供連續(xù)切換所述開關(guān)級(jí)的同步時(shí)鐘信號(hào)，每次切換之間具有相應(yīng)的延遲。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5的電子電路，其中所述定時(shí)裝置包括用于連續(xù)切換所述開關(guān)級(jí)的同步時(shí)鐘控制邏輯輸出信號(hào)，每次切換之間具有相應(yīng)的延遲，使相應(yīng)的延遲與時(shí)鐘發(fā)生器的時(shí)鐘頻率反相對(duì)應(yīng)。
8.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電子電路，其中所述開關(guān)級(jí)具有不同的尺寸。
9.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電子電路，其中所述開關(guān)級(jí)實(shí)現(xiàn)為單端開關(guān)級(jí)或者差分開關(guān)級(jí)。
10.包括根據(jù)權(quán)利要求1-9中任何一項(xiàng)的電子電路的開關(guān)功率放大器。
11.包括用于根據(jù)權(quán)利要求1-9中任何一項(xiàng)的開關(guān)功率放大器的電子電路的集成電路。
12.包括具有據(jù)權(quán)利要求1-9中任何一項(xiàng)的電子電路的開關(guān)功率放大器的裝置。
13.用于切換開關(guān)功率放大器的輸出級(jí)的方法，該輸出級(jí)包括至少兩個(gè)開關(guān)級(jí)(54，55)，其中每個(gè)所述開關(guān)級(jí)(54，55)包括至少兩個(gè)可控功率開關(guān)，并且在所述至少兩個(gè)可控功率開關(guān)之間提供輸出，其中所述至少兩個(gè)開關(guān)級(jí)(54，55)關(guān)于其輸出彼此并聯(lián)連接，該方法包括在重疊模式切換至少一個(gè)所述開關(guān)級(jí)(55)的可控功率開關(guān)和在非重疊模式切換至少另一個(gè)所述開關(guān)級(jí)(54)的可控功率開關(guān)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述輸出級(jí)包括多于兩個(gè)的并聯(lián)連接的開關(guān)級(jí)，并且其中在非重疊模式比重疊模式切換更多個(gè)開關(guān)級(jí)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的方法，包括分配給在非重疊模式切換的所述開關(guān)級(jí)(54)的驅(qū)動(dòng)能力大于分配給在非重疊模式切換的所述開關(guān)級(jí)(55)的驅(qū)動(dòng)能力。
16.根據(jù)權(quán)利要求13到15任何一項(xiàng)的方法，其中所述開關(guān)級(jí)被連續(xù)地切換，每次切換之間具有相應(yīng)的延遲。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中在非重疊模式切換的開關(guān)級(jí)的截止?fàn)顟B(tài)期間，在重疊模式切換的第一所述開關(guān)級(jí)被切換到一個(gè)新的極性，并且接著在非重疊模式切換的所述開關(guān)級(jí)被連續(xù)切換到所述新的極性，同時(shí)，在非重疊模式切換的所述開關(guān)級(jí)的導(dǎo)通狀態(tài)期間，在非重疊模式切換的第一所述開關(guān)級(jí)被連續(xù)切換到截止?fàn)顟B(tài)并且接著在重疊模式切換的所述開關(guān)級(jí)被連續(xù)切換到一個(gè)新的極性。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于開關(guān)功率放大器的電子電路。為了減小當(dāng)切換放大器時(shí)在轉(zhuǎn)換期間產(chǎn)生的問(wèn)題，建議該電路包括由至少兩個(gè)開關(guān)級(jí)54，55組成的輸出級(jí)。每個(gè)開關(guān)級(jí)54，55包括至少兩個(gè)功率開關(guān)并且在至少兩個(gè)功率開關(guān)之間提供輸出。并且，開關(guān)級(jí)54，55彼此并聯(lián)。建議的電路還包括定時(shí)裝置，該定時(shí)裝置在重疊模式開關(guān)至少一個(gè)開關(guān)級(jí)55并且在非重疊模式開關(guān)至少另一個(gè)開關(guān)級(jí)54。本發(fā)明同樣涉及相應(yīng)的方法。
文檔編號(hào)H03F3/20GK1492579SQ0314129
公開日2004年4月28日 申請(qǐng)日期2003年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月14日
發(fā)明者A·魯哈, T·羅特薩萊寧, J·P·特瓦羅托, J·考皮寧, A 魯哈, つ, 厝 襯, 特瓦羅托 申請(qǐng)人:諾基亞有限公司