專利名稱：D類音頻放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻放大器。更具體地說，本發(fā)明涉及D類放大器，其能夠產(chǎn)生經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的輸出信號(hào)。
背景技術(shù)：
在D類放大器中，輸出級(jí)被用作用于根據(jù)輸入信號(hào)在正負(fù)電源電壓之間切換輸出信號(hào)的開關(guān)。因此，所得到的輸出信號(hào)是經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的雙極信號(hào)，它能夠被解調(diào)濾波器解調(diào)，隨后揚(yáng)聲器使之可被聽到。
輸出級(jí)的切換通常使一對(duì)輸出晶體管中的一個(gè)晶體管導(dǎo)通而使另一個(gè)晶體管截止。當(dāng)輸出晶體管之一截止時(shí)，它的電流為零，從而其功耗為零，于是產(chǎn)生了高效率以及相對(duì)較低的功率和冷卻要求。
D類放大器通常配置有積分模擬反饋回路以減小輸出級(jí)所引入的所有失真。為此，輸出信號(hào)通常被反饋至脈沖整形電路以便根據(jù)輸出信號(hào)來調(diào)整脈沖整形。
但是，反饋回路的增益會(huì)影響輸出信號(hào)調(diào)制深度。當(dāng)電源電壓降低時(shí)，例如，反饋回路將會(huì)調(diào)節(jié)脈沖寬度(因此調(diào)節(jié)調(diào)制深度)以補(bǔ)償幅度損失。這使得放大器的輸出信號(hào)具有比輸入信號(hào)大的調(diào)制深度。最終，增大的調(diào)制深度會(huì)使輸出信號(hào)鉗位(clip)至電源電壓并停止改變符號(hào)。隨后，包含在反饋回路中的積分器將偏離其正常的工作范圍，并且也鉗位至電源電壓。D類放大器通常從這種情況恢復(fù)得很慢，并且當(dāng)占空比返回正常操作值時(shí)會(huì)使解調(diào)后的輸出信號(hào)開始發(fā)生失真。
美國(guó)專利US6577186 (Berkhout/Philips)公開了一種包括脈沖寬度調(diào)制級(jí)和切換級(jí)的D類放大器。振蕩器向脈沖寬度調(diào)制級(jí)的第二積分器提供時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)反饋回路將輸出信號(hào)反饋回脈沖寬度調(diào)制級(jí)的第一積分器。為了防止或限制鉗位，提供了脈沖寬度調(diào)制限制器來有效地限制調(diào)制深度。該現(xiàn)有技術(shù)的脈沖寬度調(diào)制限制器被布置在脈沖寬度調(diào)制級(jí)和切換級(jí)之間，其接收比較器信號(hào)以及時(shí)鐘信號(hào)以便在時(shí)鐘信號(hào)的邊沿產(chǎn)生最小寬度的輸出脈沖。這些最小寬度的輸出脈沖確保了載波頻率總是存在于輸出信號(hào)中，并且允許存在于切換輸出單元中的任何自舉電容器都被有規(guī)律地重新充電，從而確保了切換輸出單元的正常功能。
雖然美國(guó)專利US6577186的裝置性能不錯(cuò)，但是它的使用局限于具有時(shí)鐘發(fā)生器的D類放大器。己經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果輸入信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，例如PDM (脈沖密度調(diào)制)信號(hào)或PWM (脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)，那么可以省掉時(shí)鐘發(fā)生器。此外，該現(xiàn)有技術(shù)解決方案有效地使得輸出改變其符號(hào)，但是卻仍允許積分器失控，所以它僅僅針對(duì)問題提供了部分解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的這些和其它問題，并提供一種D類放大器，其中在控制脈沖整形單元的性能的同時(shí)確保D類放大器的輸出信號(hào)改變符號(hào)。
于是，本發(fā)明提供了如權(quán)利要求1所述的D類放大器。通過提供控制輸入信號(hào)的鉗位控制單元，即使在占空比非常高或非常低的情況下，也可以確保放大器保持正常功能。也就是說，鉗位控制電路使整個(gè)放大器在其正常的工作范圍下工作。于是，這就確保了輸出信號(hào)不斷改變符號(hào)。雖然不能一直防止鉗位(也就是，解調(diào)后的輸出信號(hào)到達(dá)電源電壓)，但是規(guī)律的符號(hào)變化使得可以對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
根據(jù)本發(fā)明的D類放大器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可能作為反饋回路的一部分的積分器保持其正常的工作范圍，從而提供了極大改進(jìn)的鉗位恢復(fù)。并且，可能出現(xiàn)在放大器中的用于產(chǎn)生經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的輸出信號(hào)的任何自舉電容器都被規(guī)律地重新充電。
根據(jù)本發(fā)明的D類放大器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，不需要振蕩器來提
6供時(shí)鐘頻率，這是因?yàn)樵揇類放大器接收的是數(shù)字輸入信號(hào)。還注意到，如果提供了適當(dāng)?shù)腁/D (模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換器，那么放大器還
可用來接收模擬信號(hào)。例如，數(shù)字輸入信號(hào)可以是PDM (脈沖密度調(diào)制)信號(hào)或PWM (脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)。
如上所述，鉗位控制單元(優(yōu)選地位于放大器的輸入端)被設(shè)計(jì)為通過控制輸入信號(hào)的占空比來限制經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的輸出信號(hào)的占空比。雖然可以采用各種方式來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，但是優(yōu)選地布置鉗位控制單元來接收表示輸出信號(hào)輸出指示符信號(hào)，并用于對(duì)輸入信號(hào)的變化進(jìn)行延遲直到該輸出指示符信號(hào)已經(jīng)響應(yīng)了輸入信號(hào)的上一次變化。這樣，確保了輸出信號(hào)將不斷改變符號(hào)。實(shí)際上，輸入信號(hào)的脈沖寬度被調(diào)節(jié)為使輸出信號(hào)發(fā)生符號(hào)改變的最小值。
上述輸出指示符信號(hào)優(yōu)選地等同于比較器信號(hào)，或者輸出指示符信號(hào)是從比較器信號(hào)導(dǎo)出的。也就是說，優(yōu)選地，鉗位控制單元接收比較器信號(hào)或其等價(jià)形式作為輸出信號(hào)的指示符。可選地，輸出指示符信號(hào)等同于輸出信號(hào)，或者輸出指示符信號(hào)是從輸出信號(hào)導(dǎo)出的。應(yīng)該理解的是，可通過分壓或其它電操作或者通過諸如反相之類的邏輯操作來從比較器信號(hào)或輸出信號(hào)導(dǎo)出輸出指示符信號(hào)。
如上所述，本發(fā)明的輸入單元包括鉗位控制單元。該輸入單元還包括其它部件，例如用于將數(shù)字(雙極)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成可被脈沖整形單元處理的模擬信號(hào)的D/A (數(shù)字/模擬)轉(zhuǎn)換器。
鉗位控制單元的各種實(shí)施例是可行的。例如，鉗位控制單元可包括狀態(tài)機(jī)、滯后回路或邏輯電路。
脈沖整形單元可包括至少一個(gè)積分器。在優(yōu)選實(shí)施例中，脈沖整形單元包括兩個(gè)積分器。
本發(fā)明的放大器還可以包括用于對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的解調(diào)濾波器，以便產(chǎn)生可被諸如揚(yáng)聲器之類的適當(dāng)換能器呈現(xiàn)的可聽信號(hào)。
本發(fā)明還提供了包括上文定義的D類放大器的音頻系統(tǒng)、包括上文定義的D類放大器的消費(fèi)電子裝置、以及用于在上文定義的D類放大器中使用的鉗位控制單元。消費(fèi)電子裝置可以是諸如便攜式CD播放器或DVD播放器之類的便攜式消費(fèi)電子裝置。本發(fā)明還提供了一種驅(qū)動(dòng)D類放大器的方法，所述放大器能夠 接收數(shù)字輸入信號(hào)并且其中輸出信號(hào)被反饋以對(duì)脈沖進(jìn)行整形，該方 法包括通過控制輸入信號(hào)限制經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的輸出信號(hào)的占空比 的步驟。
在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的方法還包括以下步驟接收表示輸 出信號(hào)的輸出指示符信號(hào)，并對(duì)輸入信號(hào)的變化進(jìn)行延遲直到該輸出 指示符信號(hào)已經(jīng)響應(yīng)了輸入信號(hào)的上一次變化。


下文將參考附圖中所示的示例實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，其
中
圖1示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的示例性D類放大器。 圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性D類放大器。 圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的脈沖寬度控制單元的操作。 圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的脈沖寬度控制單元所控制的 時(shí)間信號(hào)。
圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的脈沖寬度控制單元的一個(gè)實(shí)施例。
圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的脈沖寬度控制單元的替換實(shí)施例。
圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的音頻系統(tǒng)。
圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的消費(fèi)電子裝置。
具體實(shí)施例方式
圖i所示的現(xiàn)有技術(shù)的D類放大器r包括輸入單元ii、脈沖整
形單元12、比較器單元13、驅(qū)動(dòng)器單元14、切換輸出單元15、反饋 電阻器16、脈沖寬度調(diào)制限制器17以及振蕩器(時(shí)鐘脈沖發(fā)生器) 18。放大器l'的輸出被耦接至解調(diào)濾波器19，解調(diào)濾波器19繼而耦 接至揚(yáng)聲器2。在前面提到的美國(guó)專利US6577186中詳細(xì)地描述了放 大器l'。在放大器l'中，輸入單元11將模擬輸入電壓轉(zhuǎn)換成模擬輸入電 流。脈沖寬度調(diào)制單元12包括兩個(gè)積分器，每個(gè)積分器均由運(yùn)算放 大器和電容器構(gòu)成，每個(gè)積分器的輸出均耦接至比較器單元13的各 個(gè)輸入。振蕩器18所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)被饋入第二積分器的輸入。
在比較器單元13和驅(qū)動(dòng)器單元14之間插入了脈沖寬度調(diào)制限 制器17，其用作限制調(diào)制寬度。脈沖寬度調(diào)制限制器17還從振蕩器 18接收時(shí)鐘信號(hào)，并且將調(diào)整后的比較器信號(hào)提供給驅(qū)動(dòng)器電路14。 該驅(qū)動(dòng)器電路14從調(diào)整后的比較器信號(hào)中導(dǎo)出適合的驅(qū)動(dòng)器信號(hào)， 并且將這些驅(qū)動(dòng)器信號(hào)提供給切換輸出單元15。任何時(shí)候都只有切 換輸出單元15的兩個(gè)開關(guān)中的一個(gè)是接通的，有效地在正電源電壓 +Vs和負(fù)電源電壓-Vs之間切換。
解調(diào)濾波器19 (在示例中，其由電感器和電容器組成)對(duì)經(jīng)脈 沖寬度調(diào)制的輸出信號(hào)V。ut進(jìn)行解調(diào)以便產(chǎn)生可被揚(yáng)聲器2展現(xiàn)的 語音信號(hào)。
數(shù)字輸出信號(hào)V。ut通常規(guī)律地改變符號(hào)，變化頻率通常高于將 要再現(xiàn)的最高音頻頻率的數(shù)量級(jí)。這允許切換輸出單元15的任何自 舉電容器(未在圖1中示出)都能夠被有規(guī)律地重新充電。但是，這 種重新充電僅僅在(數(shù)字)輸出信號(hào)V。ut不停改變符號(hào)時(shí)才是可能的。 如果幾個(gè)連續(xù)脈沖的占空比均為0%或100%，那么這種電容器的重 新充電是不可能的，于是切換輸出單元15將不能正常工作。
為了防止出現(xiàn)這種情況，圖1的現(xiàn)有技術(shù)放大器r配置有脈沖
寬度限制器17，其用來根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)Vd。ck來提供比較器信號(hào)Ve的 確定的最大脈沖寬度。實(shí)際上，因此，現(xiàn)有技術(shù)的脈沖寬度限制器校
正了比較器信號(hào)Vc。如果比較器信號(hào)Ve需要被校正，那么前一級(jí)(在
本示例中為脈沖寬度單元12) —定已經(jīng)產(chǎn)生了一個(gè)錯(cuò)誤的脈沖寬度。 這很可能是由于脈沖寬度單元12的兩個(gè)積分器或其中之一不能返回 到正常的操作值而引起的。反之，積分器的輸出電壓可能會(huì)達(dá)到并停
留在電源電壓，從而造成比較器信號(hào)Ve的錯(cuò)誤的脈沖寬度，由此造 成輸出信號(hào)V。ut的錯(cuò)誤的脈沖寬度。
在本發(fā)明中，通過控制輸入信號(hào)而不是比較器信號(hào)來防止脈沖整形單元的錯(cuò)誤行為。圖2中對(duì)其進(jìn)行了圖示，其中輸入單元ll中 布置了脈沖寬度控制(PWC)單元10。通過控制輸入信號(hào)(后面將 對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說明)，在不希望的脈沖寬度不利地影響到脈沖整形單 元的任一積分器的操作之前，可以在盡可能早的級(jí)中消除所有不希望 的脈沖寬度。
如圖2所示，本發(fā)明的D類放大器1包括用于接收數(shù)字輸入 信號(hào)Vm的輸入單元11、用于根據(jù)輸入信號(hào)V^產(chǎn)生經(jīng)脈沖整形信號(hào)
的脈沖整形單元12、用于對(duì)脈沖整形后的信號(hào)進(jìn)行比較并產(chǎn)生比較
器信號(hào)的比較器單元13、用于根據(jù)比較器信號(hào)Ve產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的
驅(qū)動(dòng)器單元14、用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)產(chǎn)生經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的輸出信 號(hào)V。ut的切換輸出單元15、以及用于將輸出信號(hào)V。ut反饋回脈沖整 形單元12的反饋單元16。
在所示的實(shí)施例中，切換輸出單元15包括串聯(lián)的兩個(gè)MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。這些晶體管可被驅(qū)動(dòng)成交替導(dǎo)
通，從而使得輸出信號(hào)V。ut交替地等于或基本上等于正電源電壓+Vs
和負(fù)電源電壓-Vs。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能認(rèn)識(shí)到，可以得到可替換的 切換輸出單元，例如其中使用了四個(gè)晶體管的所謂橋接布置的單元。 可以看出，反饋單元由電阻器16組成，電阻器16耦接在切換 輸出單元15的輸出以及脈沖整形電路12的輸入之間以便對(duì)輸出信號(hào) V。ut進(jìn)行反饋。除了電阻器16之外，還可以使用其它電路，例如濾 波器電路。
在圖2所示的示例實(shí)施例中，脈沖整形單元12包括串聯(lián)的兩個(gè) 積分器。但是，可以構(gòu)思出替換實(shí)施例，其中脈沖整形單元12僅僅 包括一個(gè)積分器，或者其中替換電路被用來產(chǎn)生適當(dāng)整形后的脈沖。
在所示實(shí)施例中，用于接收數(shù)字輸入信號(hào)Vm的輸入單元11包 括D/A (數(shù)字/模擬)轉(zhuǎn)換器16，用于將數(shù)字(雙極)輸入信號(hào)Vin 轉(zhuǎn)換成可被脈沖整形電路12處理的模擬信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明，輸入單 元11還包括脈沖寬度控制(PWC)單元10，該脈沖寬度控制(PWC)
單元10通過控制輸入信號(hào)Vm來限制經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的輸出信號(hào)V。ut
的占空比。通過比較輸入信號(hào)Vin的邊沿和比較器13產(chǎn)生的比較器信號(hào)Ve，可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。
如果輸入信號(hào)Vm從低("-Vin")變?yōu)楦?"+Vin")，該信號(hào)出 現(xiàn)上升沿。在中間電路引起的短暫延遲之后，比較器信號(hào)Ve中將會(huì) 出現(xiàn)相應(yīng)的下降沿(放大器造成了比較器信號(hào)Vc相對(duì)輸入信號(hào)Vln 的反相)。如果在所述比較器信號(hào)中出現(xiàn)下降沿之前輸入信號(hào)從高變 回低(下降沿)，輸入信號(hào)中的短脈沖可能將不會(huì)反映在輸出信號(hào)中。 換句話說，在輸入信號(hào)的符號(hào)發(fā)生了兩次變化(一個(gè)上升沿和一個(gè)下 降沿)，而比較器信號(hào)的符號(hào)沒有發(fā)生變化，因此輸出信號(hào)的符號(hào)沒 有變化。如上所述，明顯不希望出現(xiàn)這種情況。
為此，脈沖寬度控制(PWC)單元10 "拉長(zhǎng)"輸入信號(hào)Vm中 的任意脈沖，直到比較器信號(hào)Ve (或者可選地，輸出信號(hào)V。ut)已 經(jīng)改變了符號(hào)。換句話說，本發(fā)明的脈沖寬度控制單元IO對(duì)輸入信 號(hào)的任何符號(hào)變化進(jìn)行延遲直到比較器信號(hào)已經(jīng)跟上了前一次符號(hào) 變化。在大部分情況下，由于輸入信號(hào)脈沖的持續(xù)時(shí)間大于脈沖整形
電路12和比較器13的固有延遲，所以并不需要引入延遲。但是，在
極其短的脈沖的情況下，將引入延遲以便確保這些短脈沖將被放大器
1的切換輸出級(jí)再現(xiàn)。脈沖寬度控制(PWC)單元IO還被稱為鉗位 控制單元，這是因?yàn)樗刂屏朔糯笃?的鉗位性能。實(shí)際上，PWC 單元IO在輸入信號(hào)饋入脈沖整形電路12之前控制了 (也就是，在必 要時(shí)修改了)輸入信號(hào)的調(diào)制深度(及占空比)，從而控制了輸出信 號(hào)的調(diào)制深度(及占空比)，進(jìn)而控制了放大器的鉗位性能。
應(yīng)該注意的是，本發(fā)明的放大器1不需要時(shí)鐘脈沖發(fā)生器(圖1 中的振蕩器18)，這是因?yàn)閿?shù)字輸入信號(hào)已經(jīng)提供了足夠的定時(shí)信 息。但是，可以構(gòu)思出其中使用了振蕩器的實(shí)施例，例如當(dāng)接收了模 擬輸入信號(hào)時(shí)。在這種實(shí)施例中，仍可以將比較器信號(hào)Vc或者從輸
出信號(hào)V。ut導(dǎo)出的信號(hào)饋入布置在放大器輸入端的鉗位控制單元。
還應(yīng)該注意的是，放大器1的切換輸出單元可能包括自舉電容 器(為了圖示清楚，該自舉電容未在圖2中示出)。該自舉電容器在 晶體管151處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)用于該晶體管的懸浮電源供電。如果輸出 信號(hào)V。ut不能規(guī)律地變化符號(hào)(如通常的D類放大器中可能出現(xiàn)的情況)，該自舉電容器將不會(huì)被重新充電，并且切換輸出級(jí)可能會(huì)不 再正常工作。在本發(fā)明的放大器中，確保了輸出信號(hào)將不斷改變符號(hào)， 并且自舉電容器將被重新充電。
在圖3中通過狀態(tài)圖的方式圖示了脈沖寬度控制(PWC)單元 10的操作。在狀態(tài)SQ，脈沖寬度控制單元10的輸出信號(hào)V"e為低 (Vpwc=0)。如果輸入信號(hào)Vin變成髙(Vln=l)，那么該單元跳轉(zhuǎn)至 狀態(tài)S,，并且信號(hào)Vp肌變成高。
在狀態(tài)Sp單元對(duì)輸入信號(hào)Vin不敏感，其在跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)S2之 前等待它的第二輸入信號(hào)(比較器信號(hào)Ve)變成低。PWC單元輸出
信號(hào)Vp，保持為高(Vpwe=l)。在狀態(tài)s2，單元再次對(duì)(第一)輸
入信號(hào)Vin敏感。如果輸入信號(hào)Vin變成低，那么該單元進(jìn)入狀態(tài)S3， 并且V，e也變成低。在狀態(tài)S3，單元在返回初始狀態(tài)So之前等待比 較器信號(hào)Ve變成高。該循環(huán)一直重復(fù)下去。
因此，可以看出，PWC單元IO在響應(yīng)于輸入信號(hào)Vh的變化而 改變其輸出信號(hào)Vp^之前會(huì)等待比較器信號(hào)Ve改變符號(hào)。本領(lǐng)域技 術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，通過合適的硬件電路可以實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)。
這在圖4中得到了進(jìn)一步圖示，其中示出了各種時(shí)間信號(hào)。最 初，輸入信號(hào)Vin和鉗位控制單元輸出信號(hào)V，e為低(信號(hào)電平-l)， 而比較器信號(hào)Vc為高(信號(hào)電平+ l)。在時(shí)間tQ，輸入信號(hào)Vm出 現(xiàn)上升沿并且變成高(+1)。這使得單元10的輸出信號(hào)V，e也變成 高(+1)。在tp輸入信號(hào)Vin再次變成低(信號(hào)電平-l)。但是， 比較器信號(hào)Ve還沒有改變符號(hào)，它仍為高(+1)。根據(jù)本發(fā)明，單 元IO的輸出信號(hào)Vp^會(huì)保持為高，直到比較器信號(hào)Ve變成低。
在一定的延遲之后，比較器信號(hào)Ve在時(shí)間t2變成低(-1)(圖 3中從狀態(tài)S!到狀態(tài)S2的變化)?，F(xiàn)在，鉗位單元輸出信號(hào)Vp、、.c也 變成低。實(shí)際上，輸入脈沖已經(jīng)被"拉長(zhǎng)"以便比較器(圖2中的 13)能夠跟上。在t3，比較器信號(hào)Ve響應(yīng)于t2處Vpwe的下降沿而再 次變成高。
可利用滯后回路而不是狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)PWC單元10。在該實(shí)施
例中，PWC單元10包括加法器51和滯后單元52。加法器51接收
12輸入信號(hào)Vm和比較器信號(hào)V。。在該實(shí)施例中，假設(shè)高信號(hào)電平為+ l，
而低信號(hào)電平為-1。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，標(biāo)為52的滯后回 路將輸出信號(hào)Vpwe (縱軸)表示為信號(hào)Vd(橫軸)的函數(shù)，并且Vpwc 以逆時(shí)針方向循環(huán)通過滯后回路。
如果起始的時(shí)候Vi。為低(-1)并且Ve為高(+ 1)，那么所得
到的信號(hào)Va等于O (滯后單元52的記憶模式(memory mode))并 且鉗位控制(或脈沖寬度控制)單元輸出信號(hào)Vp，保持為低(-1)。 這對(duì)應(yīng)于圖4中to之前的狀態(tài)。當(dāng)Vm變成高(+ 1) ， Vd等于+2并 且滯后回路52輸出一個(gè)等于高(+1)的信號(hào)Vpwc，如圖4中的t。(開 關(guān)模式)。當(dāng)Vin在t廣變成低(-1) ， Vd再次變成0 (記憶模式)并
且Vpwe保持為高(+1)。隨后，當(dāng)Ve在t2變成低，Vd變成-2并且
Vp稱變成低(-1)。在t3，當(dāng)Vc當(dāng)變回高，Vd變成0 (記憶模式)
并且V，e保持為低(-1)。
可替換地，PWC單元IO可被實(shí)現(xiàn)為邏輯電路，如圖6所示，
其包括反相器、AND門以及觸發(fā)器。輸入信號(hào)V^和比較器信號(hào)Ve
的反相(反相器61)被饋入第一 AND門63，當(dāng)Vm為高并且Vc為 低時(shí)AND門63的輸出為高。類似的，輸入信號(hào)Vm的反相(反相器 62)和比較器信號(hào)Vc被饋入第二 AND門64，當(dāng)V,n為低并且Vc為 高時(shí)AND門64的輸出為高。AND門63和64產(chǎn)生的信號(hào)被輸入SR 觸發(fā)器65的S輸入端和R輸入端。輸出Q得到信號(hào)Vpwc。
圖7中示意性地示出的根據(jù)本發(fā)明的音頻系統(tǒng)3包括分別用于 接收輸入信號(hào)V^和Vin2的兩個(gè)D類放大器。解調(diào)濾波器19對(duì)放大 器1的輸出信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并且將解調(diào)后的信號(hào)饋入各個(gè)揚(yáng)聲器2。 音頻系統(tǒng)3有選擇地包括A/D轉(zhuǎn)換器，用于將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成 數(shù)字輸入信號(hào)(V^和Vin2)。音頻系統(tǒng)還可以包括聲源(例如DVD 裝置)、其它放大器以及其它揚(yáng)聲器(未示出)。
圖8中示意性地示出的根據(jù)本發(fā)明的消費(fèi)電子裝置4包括D類 放大器1、解調(diào)濾波器19以及揚(yáng)聲器2。消費(fèi)電子裝置(可以是便攜 式的)還可以包括諸如DVD裝置或MP3存儲(chǔ)單元(未示出)之類的 聲源。本發(fā)明的D類放大器還可被稱為推挽放大器或開關(guān)放大器，這 是因?yàn)檩敵鲭妷篤。ut在+Vs ("上拉至+Vs")和-Vs ("下拉至-Vs")
之間切換。
本發(fā)明基于這樣的想法，即，通過控制放大器的輸入信號(hào)的脈
沖寬度可以最佳地確保D類放大器的正確操作。本發(fā)明還得益于這
樣的想法，即，可以有利地采用比較器信號(hào)控制輸入信號(hào)的脈沖寬度。
總之，本發(fā)明涉及D類放大器，其包括用于接收數(shù)字輸入信 號(hào)Vm的輸入單元11、用于根據(jù)輸入信號(hào)Vin產(chǎn)生經(jīng)脈沖整形的信號(hào)
的脈沖整形單元12、用于對(duì)經(jīng)脈沖整形的信號(hào)進(jìn)行比較并產(chǎn)生比較 器信號(hào)的比較器單元13、用于根據(jù)比較器信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的驅(qū) 動(dòng)器單元14、用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)產(chǎn)生經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的輸出信號(hào) V。ut的切換輸出單元15、以及用于將輸出信號(hào)V。ut反饋回脈沖整形單 元12的反饋單元16。輸入單元11包括鉗位控制單元10，該鉗位控 制單元用于控制經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的輸出信號(hào)V。ut的占空比。
注意，本文中使用的術(shù)語不應(yīng)該被解釋為限制本發(fā)明的范圍。 特別地，詞語"包括"和"含有"并不排除未特別指出的元素的存在。 單個(gè)(電路)元件可被多個(gè)(電路)元件替代，或被其等價(jià)物替代。
本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例， 在不脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍的情況下可以對(duì)實(shí)施 例做出多種修改和添加。
權(quán)利要求
1. 一種D類放大器(1)，其被布置用來接收數(shù)字輸入信號(hào)(Vin)，根據(jù)輸入信號(hào)(Vin)產(chǎn)生經(jīng)脈沖整形的信號(hào)，并且根據(jù)經(jīng)脈沖整形的信號(hào)產(chǎn)生經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的輸出信號(hào)(Vout)；所述放大器還被布置用來將輸出信號(hào)(Vout)進(jìn)行反饋，用于對(duì)經(jīng)脈沖整形的信號(hào)進(jìn)行整形，通過利用鉗位控制單元(10)控制輸入信號(hào)來限制經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的輸出信號(hào)的占空比。
2. 如權(quán)利要求1所述的放大器，包括 輸入單元(11)，用于接收數(shù)字輸入信號(hào)(Vin)， 脈沖整形單元(12)，用于根據(jù)輸入信號(hào)(Vin)產(chǎn)生經(jīng)脈沖整形的信號(hào)，比較器單元(13),用于對(duì)經(jīng)脈沖整形的信號(hào)進(jìn)行比較，并產(chǎn) 生比較器信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器單元(14)，用于根據(jù)比較器信號(hào)(Ve)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器信號(hào)，切換輸出單元U5)，用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)(V。ut)，以及反饋單元(16)，用于將輸出信號(hào)(V。ut)反饋回脈沖整形單元 (12)，其中輸入單元(11)包括鉗位控制單元(10)，用于通過控制 輸入信號(hào)(Vin)來限制經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的輸出信號(hào)(V。ut)的占空比。
3. 如權(quán)利要求2所述的放大器，其中，鉗位控制單元(10)被 布置用于接收表示輸出信號(hào)(V。ut)的輸出指示符信號(hào)，并用于對(duì)輸 入信號(hào)(Vm)的變化進(jìn)行延遲直到該輸出指示符信號(hào)己經(jīng)響應(yīng)了輸 入信號(hào)(Vin)的上一次變化。
4. 如權(quán)利要求3所述的放大器，其中，輸出指示符信號(hào)等同于 比較器信號(hào)(Ve)，或者輸出指示符信號(hào)是從比較器信號(hào)(Vc)導(dǎo)出 的。
5. 如權(quán)利要求3所述的放大器，其中，輸出指示符信號(hào)等同于輸出信號(hào)(V。ut)，或者輸出指示符信號(hào)是從輸出信號(hào)(V。ut)導(dǎo)出的。
6. 如權(quán)利要求2所述的放大器，其中，輸入單元(11)還包括 一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器(19)。
7. 如權(quán)利要求2所述的放大器，其中，鉗位控制單元(10)包 括狀態(tài)機(jī)、滯后回路或邏輯電路。
8. 如權(quán)利要求2所述的放大器，其中，脈沖整形單元(12)包 括至少一個(gè)積分器(121)。
9. 如權(quán)利要求2所述的放大器，還包括對(duì)輸出信號(hào)(V。ut)進(jìn) 行解調(diào)的解調(diào)濾波器(17)。
10. —種音頻系統(tǒng)(3)，包括如權(quán)利要求1至9中的任一權(quán)利 要求所述的D類放大器(1)。
11. 一種消費(fèi)電子裝置(4)，包括如權(quán)利要求1至9中的任一 權(quán)利要求所述的D類放大器(1)。
12. —種鉗位控制單元(IO)，用于根據(jù)權(quán)利要求1的放大器(l)中。
13. —種驅(qū)動(dòng)D類放大器(1)的方法，所述放大器能夠接收數(shù) 字輸入信號(hào)(Vin)并且其中反饋輸出信號(hào)以對(duì)脈沖進(jìn)行整形，該方 法包括通過控制輸入信號(hào)來限制經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的輸出信號(hào)的占空 比的步驟。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，還包括以下步驟接收表示輸 出信號(hào)的輸出指示符信號(hào)，并對(duì)輸入信號(hào)的變化進(jìn)行延遲直到該輸出 指示符信號(hào)已經(jīng)響應(yīng)了輸入信號(hào)的上一次變化。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中數(shù)字輸入信號(hào)(Vin)是經(jīng)脈沖密度調(diào)制的輸入信號(hào)或經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的輸入信號(hào)。
全文摘要
一種D類放大器(1)包括接收數(shù)字輸入信號(hào)(V_in)的輸入單元(11)，根據(jù)輸入信號(hào)(V_in)產(chǎn)生經(jīng)脈沖整形的信號(hào)的脈沖整形單元(12)，對(duì)經(jīng)脈沖整形的信號(hào)進(jìn)行比較并產(chǎn)生比較器信號(hào)的比較器單元(13)，根據(jù)比較器信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器單元(14)，根據(jù)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)(V_out)的切換輸出單元(15)，以及將輸出信號(hào)(V_out)反饋回脈沖整形單元(12)的反饋單元(16)。輸入單元(11)包括鉗位控制單元(10)，用來控制經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的輸出信號(hào)(V_out)的占空比。
文檔編號(hào)H03F3/217GK101485082SQ200780025572
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2007年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者盧岑·多佩爾, 馬爾科·貝爾庫(kù)特 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司