專利名稱：一種d類功率放大器的免濾波電路結(jié)構(gòu)及其處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號處理領(lǐng)域，尤其涉及電路的信號濾波處理技術(shù)領(lǐng)域中 對于電路功耗和信號失真控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
D類功率放大器的效率比AB類功率》文大器的效率高二到五倍。為了 保證其較高的效率，D類功率放大器需要盡可能的降低功率消耗，顯著的 減小系統(tǒng)成本。通常，減小過零功耗是一個比較常用的辦法，能在保留信 號有效信息的基礎(chǔ)上，有效降低放大器的功率損耗，同時也能將信號失真 控制在合理的范圍內(nèi)。
圖1中的專利(專利號:US6211728B1，專利申請日期2001.4.3)通 過將原始音頻信號與一if各三角波信號進(jìn)行比較，分別得到OUTP信號，同 時，將音頻信號反相后與三角波信號比較，得到另外一路與OUTP信號交 錯的信號OUTN。 OUTP-OUTN差值信號既保持了音頻信號的信息，又在 音頻信號的零點(diǎn)位置變成了寬度較窄的脈沖。與原始音頻信號相比，通過 這種方法既保留了原始音頻信號的信息，OUTP-OUTN差值信號相比較原 始音頻信號在零點(diǎn)位置的功耗大大較小，從而減小了整個D類功率放大器 的整體功耗。
圖2中的專利(專利號US20070109049A1，專利申請日期2007.5.17) 通過將參考三角波信號反相后，將正相和反相的兩路三角波分別與原始音 頻信號比較，得到了 一路OUTP信號以及另外一路與信號OUTP交錯的信號OUTN，同樣，最終的差值信號OUTP-OUTN既保持了音頻信號的信息， 又在音頻信號的零點(diǎn)位置變成了寬度較窄的脈沖，與原始音頻信號相比， 大大節(jié)省了功耗。
綜上，現(xiàn)有技術(shù)中以上兩種方法都是比較普遍的通過降低輸出信號零 點(diǎn)功耗從而減小D類功率放大器整體功耗的辦法。這兩種方法都是通過將 三角波與音頻信號的相對相位反相，得到第二路信號OUTN，從而實(shí)現(xiàn)了 兩路信號的交錯，最終降低了過零功耗。上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷在于在三角 波頻率固定的情況下，以上兩種方法中三角波3爭越了音頻信號的零點(diǎn)位置， 導(dǎo)致了 OUTP與OUTN在零點(diǎn)附近必然存在交錯，也就必然會在 OUTP-OUTN的差值信號中存在窄脈沖信號，由于三角波相對于音頻信號 的跨越是無規(guī)律的，因此上述技術(shù)均不能控制信號零點(diǎn)位置附近的窄脈沖 數(shù)量及其出現(xiàn)的頻率等，在一定程度上增加了零點(diǎn)位置上損耗功率的不確 定性，影響D類功率放大器的效率的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種能夠控制D類功率放大器的輸出音頻信號零點(diǎn)位置 附近的窄脈沖信號數(shù)量，直至消除音頻信號零點(diǎn)位置的窄脈沖信號的信號 處理技術(shù)方案，提供了一種高效，免濾波的D類功率放大器，在降低過零 功耗和減小過零失真方面使電路有了靈活設(shè)計的余地，提高放大器的穩(wěn)定性。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種免濾波D類功率放大器，包括依次連接的增益調(diào)節(jié)電路，運(yùn)算放 大電路，多路比較器及驅(qū)動負(fù)載電路；還包括三角波基準(zhǔn)發(fā)生電路，其特征在于還包括三角波限幅或搬移電路，三角波基準(zhǔn)發(fā)生電路的輸出端連 接于三角波限幅或搬移電路，三角波限幅或搬移電路的一個輸出端分別與 運(yùn)算放大器的一個輸出端同時連接于一個比較器；多路比較器之間相互并 聯(lián)，多路比較器的輸出端與驅(qū)動電路相連。用于脈沖寬度調(diào)制的信號為兩 路或兩路以上的限幅或搬移后的三角波信號；多路比較器的數(shù)量與三角波 限幅或搬移電路產(chǎn)生的三角波信號數(shù)量相同；運(yùn)算放大器輸出多個相同的 音頻信號，其數(shù)量與限幅或搬移后的三角波信號數(shù)量相同；三角波限幅或 搬移電路產(chǎn)生的三角波信號相位相同或相反；相鄰兩路比較器之間，音頻 信號分別連接的比較器輸入端極性不同；相鄰兩路比較器之間，三角波信 號分別連接的比較器輸入端極性不同。
本發(fā)明的免濾波D類功率放大器，當(dāng)限幅或搬移后的三角波信號為三 路或三路以上時，多路比較器的輸出端連接于編碼電路，編碼電路的輸出 端連接于驅(qū)動負(fù)載電路。
同時，本發(fā)明提供一種D類功率放大器的免濾波處理方法，其特征在 于包括以下步驟a.接收音頻信號；b.對接收到的音頻信號進(jìn)行增益調(diào) 節(jié)；c.將增益調(diào)節(jié)后的音頻信號分別輸入多i 各比較器；d.生成原始三角 波信號；e.限幅或搬移三角波信號，得到多路三角波信號；f.將限幅或 搬移后的多路三角波信號分別輸入到多路比較器；g.輸出多路比較器中音 頻信號與三角波信號的比較結(jié)果；h.將兩路脈寬調(diào)制信號通過驅(qū)動模塊加 到負(fù)載兩端，得到最終差值輸出信號。該方法中用于脈沖寬度調(diào)制的信號 為兩路或兩路以上的限幅或搬移三角波信號；運(yùn)算放大器輸出相同的音頻 信號，其數(shù)量與限幅或搬移后的三角波信號數(shù)量相同，所需的比較器數(shù)量 與限幅或搬移后三角波信號的數(shù)量相同；相鄰兩路比較器的基準(zhǔn)信號不相同，音頻信號與限幅或搬移后的三角波信號交替作為基準(zhǔn)信號。
本發(fā)明中當(dāng)用于脈沖寬度調(diào)制的限幅或搬移三角波信號為三路或三路
以上時，包括以下步驟a.將所有比較器的輸出信號分為兩部分；b.通 過編碼電路將這兩部分比較器輸出信號最終合成為兩路信號；c.將兩路脈 寬調(diào)制信號通過驅(qū)動模塊加到負(fù)載兩端，得到最終差值輸出信號。在音頻 信號的零點(diǎn)位置上，多路限幅或搬移后的三角波信號相互之間的振幅不存 在交疊時，最終差值信號在音頻信號的零點(diǎn)位置為零電平信號；多路限幅 或搬移后的三角波信號相互之間的振幅存在交疊時，最終差值信號在音頻 信號的零點(diǎn)位置為窄脈沖信號。
本發(fā)明可以方便地調(diào)節(jié)D類音頻功放免濾波輸出信號的過零功耗，通 過不交疊的三角波，能夠完全消除零點(diǎn)附近的窄脈沖；另一方面，通過適 當(dāng)?shù)慕化B三角波，使電路的過零失真大大減小。


圖1現(xiàn)有專利1的信號波形圖2現(xiàn)有專利2的信號波形圖3本發(fā)明的兩路三角波情況下信號波形圖4本發(fā)明的D類音頻功放結(jié)構(gòu)示意圖，以兩路為例；
圖5本發(fā)明兩路不交疊的三角路濾波的信號波形圖6本發(fā)明中兩路交疊的三角波濾波的信號波形圖7本發(fā)明中的D類音頻功放結(jié)構(gòu)示意圖，以三路為例。
標(biāo)號說明1、增益調(diào)節(jié)器 2、運(yùn)算放大器
3、基準(zhǔn)三角波發(fā)生器4、三角波搬移器 5、第一路比較器 6、第二路比較器 7、第三路比較器 8、編碼電路
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種全新的解決D類功率》文大器零點(diǎn)功耗和信號失真的 控制方案，既能使在音頻信號零點(diǎn)位置附近的窄脈沖完全消失，滿足降低 功耗的要求，又能控制音頻信號零點(diǎn)附近的窄脈沖信號出現(xiàn)的頻率，有效 控制信號失真。下面結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案
圖4是本發(fā)明在選取了兩路三角波作為參考信號時的電路結(jié)構(gòu)圖，圖3 是此方案的信號波形圖，圖4中，輸入音頻信號經(jīng)過增益調(diào)節(jié)1和運(yùn)算放 大電路2后分別輸入第一路比較器1和第二路比較器2，同時，通過"三角 波限幅、搬移電路"模塊4輸出兩路三角波與音頻信號進(jìn)行比較。"三角波 限幅、搬移電路，，模塊4對輸入的一路三角波進(jìn)行幅度限制處理(或者直 接輸入一路幅度較小的三角波)，模塊內(nèi)部的比例放大器會根據(jù)不同的偏置 電壓設(shè)置，將一路三角波轉(zhuǎn)換為上下兩路。通過調(diào)節(jié)比例放大器的偏置電 壓，可以控制兩路輸出三角波的交疊幅度。第一路音頻信號連接到第一路 比較器5的正輸入端， 一路三角波連接到第二路比較器6的負(fù)輸入端，另 外一路音頻信號輸入到第二路比較器6的負(fù)輸入端， 一路三角波信號輸入 到第二路比較器6的正輸入端。當(dāng)正輸入端的信號大于負(fù)輸入端時，比較 器輸出高電平，反之，則輸出低電平。這樣，利用搬移后的兩路三角波(同 相或者反相)分別對音頻信號的上半部分和下半部分進(jìn)行比較，原來音頻信號的零點(diǎn)相對于每一路三角波來說就變成了最高點(diǎn)和最低點(diǎn)。經(jīng)過比較
得到的信號，即脈沖寬度限幅(PWM)信號，經(jīng)過驅(qū)動管加到負(fù)載的兩 端，形成免濾波輸出信號OUTP-OUTN。
采用HSPICE軟件對兩路三角波的情況進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，v(al)表示音 頻信號，v(yl)代表OUTP信號，v(y2)代表OUTN信號，v(yl,y2)代表 OUTP-OUTN信號，v(b2)、 v(bl)是上下兩路三角波。如圖5波形圖所示， 當(dāng)兩路三角波在音頻信號的零點(diǎn)處幅度值不交疊，則零點(diǎn)處就不會出現(xiàn)窄 脈沖，如圖5所示，音頻信號v(al)的零點(diǎn)附近(即圖中正弦波約2.5V 電壓的位置)，v(yl,y2)—直是0電平，消除了很多窄脈沖。但是，如圖6 所示，如果兩路三角波在音頻信號的零點(diǎn)處幅度值存在交疊，則音頻信號 零點(diǎn)位置附近處就會出現(xiàn)明顯的窄脈沖或者窄脈沖的數(shù)量增加。圖6種音 頻信號v(al)的零點(diǎn)附近(即圖中正弦波約2.5V電壓的位置)，v(yl,y2) 出現(xiàn)了交疊的窄脈沖。窄脈沖數(shù)量的多少和寬度的大小由兩路三角波振幅 交疊幅度和音頻信號本身的特點(diǎn)決定。
由于窄脈沖含有音頻信號零點(diǎn)附近的信息，所以，如果窄脈沖完全消
失或者很少，則OUTP-OUTN信號在零點(diǎn)附近的失真就會變大。但是，窄 脈沖減少后，實(shí)際電路處于工作狀態(tài)的時間會減少，所以過零功耗會較小。 反之，過零失真較小，而過零功耗較大。
作為一種免濾波輸出信號的處理方案，可用于D類音頻功率放大電路。 在高電源電壓、大輸出功率的電路中，由于信號的電壓范圍較大，可以采 用多于兩路的三角波進(jìn)行限幅，可以擴(kuò)展到3路，4路，5路等等任意整數(shù) 路的三角波進(jìn)行比較限幅。如圖7所示，當(dāng)三角波信號為三路時，三路比 較器并聯(lián)連接于連接編碼電路8，比較后的方波可以依次命名為OUTl，OUT2， OUT3。通過數(shù)字邏輯編碼電路首先將OUTl， OUT2合并為OUTP, 將OUT3作為OUTN,然后將OUTP和OUTN加到負(fù)載兩端，便得到 OUTP-OUTN信號。
免濾波信號過零位置的窄脈沖數(shù)量和寬度由幅度值經(jīng)過音頻信號零點(diǎn) 的三角波決定，即如果有兩路三角波跨越音頻信號零點(diǎn)，也就是圖3的 交疊情況，則窄脈沖由這兩路三角波的交疊程度決定；如果只有一路三角 波跨越音頻信號零點(diǎn)，這與圖1和圖2中的情況相似，窄脈沖由跨越零點(diǎn) 的這一路三角波決定，但是由于本方案是多路三角波，通過調(diào)節(jié)跨越零點(diǎn) 三角波及相鄰三角波的幅度和頻率，仍然可以控制窄脈沖的數(shù)量和寬度， 而不會出現(xiàn)單路三角波由于幅度萎縮所造成的限幅失真。三角波數(shù)量越多， 幅度越萎縮，會使限幅后的信號失真變大。通過提高各路三角波的頻率和 比較器的比較精度，有利于減d、限幅過程中的失真。
權(quán)利要求
1、一種免濾波D類功率放大器，包括依次連接的增益調(diào)節(jié)電路，運(yùn)算放大電路，多路比較器及驅(qū)動負(fù)載電路；還包括三角波基準(zhǔn)發(fā)生電路，其特征在于還包括三角波限幅或搬移電路，三角波基準(zhǔn)發(fā)生電路的輸出端連接于三角波限幅或搬移電路，三角波限幅或搬移電路的一個輸出端分別與運(yùn)算放大器的一個輸出端同時連接于一個比較器；多路比較器之間相互并聯(lián)，多路比較器的輸出端與驅(qū)動電路相連。
2、 如權(quán)利要求1所述的免濾波D類功率放大器，其特征在于用于脈 沖寬度調(diào)制的信號為兩路或兩路以上的限幅或搬移后的三角波信號。
3、 如權(quán)利要求1所述的免濾波D類功率放大器，其特征在于多路比 較器的數(shù)量與三角波限幅或搬移電路產(chǎn)生的三角波信號數(shù)量相同；運(yùn)算放 大器輸出多個相同的音頻信號，其ft量與限幅或^:移后的三角波信號數(shù)量 相同。
4、 如權(quán)利要求1所述的免濾波D類功率放大器，其特征在于三角波 限幅或搬移電路產(chǎn)生的三角波信號相位相同或相反。
5、 如權(quán)利要求1所述的免濾波D類功率放大器，其特征在于，相鄰兩 路比較器之間，音頻信號分別連接的比較器輸入端極性不同；相鄰兩路比 較器之間，三角波信號分別連接的比較器輸入端極性不同。
6、 如權(quán)利要求1所述的免濾波D類功率放大器，其特征在于限幅或 搬移后的三角波信號為三路或三路以上時，多路比較器的輸出端連接于編 碼電路，編碼電路的輸出端連接于驅(qū)動負(fù)載電路。
7、 一種D類功率放大器的免濾波處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a. 接收音頻信號；b. 對接收到的音頻信號進(jìn)行增益調(diào)節(jié)；c. 將增益調(diào)節(jié)后的音頻信號分別輸入多路比較器；d. 生成原始三角波〃f言號；e. 限幅或搬移三角波信號，得到多路三角波信號；f. 將限幅或搬移后的多路三角波信號分別輸入到多路比較器；g. 輸出多路比較器中音頻信號與三角波信號的比較結(jié)果；h. 將兩路脈寬調(diào)制信號通過驅(qū)動模塊加到負(fù)載兩端，得到最終差值輸 出信號。
8、 如權(quán)利要求7所述的D類功率放大器免濾波處理方法，其特征在于 用于脈沖寬度調(diào)制的信號為兩路或兩路以上的限幅或4般移三角波信號。
9、 如權(quán)利要求7所述的D類功率放大器免濾波處理方法，其特征在 于運(yùn)算放大器輸出相同的音頻信號，其數(shù)量與限幅或搬移后的三角波信 號數(shù)量相同，所需的比較器數(shù)量與限幅或搬移后三角波信號的數(shù)量相同。
10、 如權(quán)利要求7所述的D類功率放大器免濾波處理方法，其特征在 于相鄰兩路比較器的基準(zhǔn)信號不相同，音頻信號與限幅或搬移后的三角 波信號交替作為基準(zhǔn)信號。
11、 如權(quán)利要求7所述的D類功率放大器免濾波處理方法，其特征在 于，用于脈沖寬度調(diào)制的限幅或搬移三角波信號為三路或三路以上時，包 括以下步驟a. 將所有比較器的輸出信號分為兩部分；b. 通過編碼電路將這兩部分比較器輸出信號最終合成為兩路信號；C.將兩路脈寬調(diào)制信號通過驅(qū)動模塊加到負(fù)載兩端，得到最終差值輸 出信號。
12、如權(quán)利要求7所述的D類功率放大器免濾波處理方法，其特征在 于在音頻信號的零點(diǎn)位置上，多路限幅或搬移后的三角波信號相互之間 的振幅不存在交疊時，最終差值信號在音頻信號的零點(diǎn)位置為零電平信號； 多路限幅或搬移后的三角波信號相互之間的振幅存在交疊時，最終差值信 號在音頻信號的零點(diǎn)位置為窄脈沖信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種D類功率放大器免濾波電路結(jié)構(gòu)及其處理方法，通過兩路或兩路以上的相位相同或相反的限幅或搬移三角波信號與音頻信號相比較，通過限幅或搬移三角波電路控制各路三角波之間振幅的交疊情況，達(dá)到消除或控制音頻信號零點(diǎn)位置窄脈沖的效果，從而減小功放的電路功耗。本發(fā)明通過控制三角波交疊的程度來控制零點(diǎn)位置的失真，達(dá)到最佳的效果，為控制零點(diǎn)功耗和失真提供了一種靈活有效的電路結(jié)構(gòu)。
文檔編號H03F3/217GK101453194SQ200710171450
公開日2009年6月10日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者呂永康, 孟為民, 張?zhí)祜w, 徐冬艷, 曹春茂, 云 林 申請人:無錫華潤矽科微電子有限公司