專利名稱：一種基于混沌擴頻調(diào)制技術(shù)的免濾波器d類音頻放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻功放技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是指一種基于混沌擴頻調(diào)制技術(shù)的免濾波器 D類音頻放大器。
背景技術(shù)：
D類音頻放大器因其輸出級工作在開關(guān)狀態(tài)而具有非常高的效率，所以被廣泛應(yīng)用于便 攜式設(shè)備中。然而，D類音頻放大器輸出的高頻方波信號含有大量的諧波分量，其導(dǎo)致的電 磁干擾(EMI)問題是目前電子系統(tǒng)設(shè)計的難題之一。傳統(tǒng)的解決方法是釆用LC濾波器來 抑制傳導(dǎo)型EMI，以及釆用金屬屏蔽來抑制輻射型EMI。這些解決方法的缺點在于增加了整 個系統(tǒng)的體積和重量，既犧牲了便攜性，又提高了成本。
與傳統(tǒng)方法不同，新的解決方案著眼于EMI產(chǎn)生的根源，旨在通過改進調(diào)制方式來產(chǎn)生 非固定周期的調(diào)制信號。這可以使調(diào)制輸出信號在頻域上將集中于載波頻率及其諧波頻率上 的能量分散到更寬的頻帶上，以降低調(diào)制后輸出的干擾信號的能量峰值。2004年，偽隨機 擴頻技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于D類音頻放大器。但偽隨機序列需通過復(fù)雜的數(shù)字電路產(chǎn)生，在與D 類音頻放大器單片集成時要考慮數(shù)?；旌系膯栴}。 發(fā)明 內(nèi) 容
本發(fā)明為了解決免濾波器D類音頻放大器輸出信號的電磁干擾(EMI)問題，提出了一 種基于混沌擴頻調(diào)制技術(shù)的免濾波器D類音頻放大器,所述的免濾波器D類音頻放大器采用 了混沌擴頻調(diào)制技術(shù)，在傳統(tǒng)的D類音頻放大器基礎(chǔ)上進行了改進，改進后的D類音頻放大 器結(jié)構(gòu)中用混沌擴頻三角波生成器代替了固定頻率的三角波生成器，在抑制了 D類放大器輸 出信號的電磁干擾同時，不影響其輸出信號的失真度，達到了抑制EMI的效果。
本發(fā)明提供的基于混沌擴頻調(diào)制技術(shù)的免濾波器D類音頻放大器，主要由混沌擴頻三角 波生成器、比較器和全橋輸出級電路組成。混沌擴頻三角波生成器主要由混沌序列生成器與 三角波頻率調(diào)制電路組成。其中混沌序列生成器產(chǎn)生二進制混飩信號，該混純信號通過三角 波頻率調(diào)制電路輸出混沌擴頻三角波?；煦缧盘柧哂袑拵г肼暤男再|(zhì)，與其他調(diào)制波形相比， 以混沌信號作為調(diào)制波形可以使頻譜能量更均勻地分布在擴展的頻帶內(nèi)，更有效地降低諧波 的峰值能量。
所述的混沌序列生成器的電路中使用恒流源對電容C,充放電，由S-R鎖存器的輸出信號 控制MOS管的開關(guān)狀態(tài)，以控制電容充放電的時間。
所述的三角波頻率調(diào)制電路中的恒流源、電容&與施密特觸發(fā)器、反相器組成的振蕩回路能夠產(chǎn)生固定頻率/的三角波形。
為了不影響三角波的線性度，在電路設(shè)計中增加對混沌序列的采樣電路，由D觸發(fā)器來 實現(xiàn)。采樣時鐘，即D觸發(fā)器的時鐘輸入為控制電容充、放電的時鐘信號。這可以保證在電 容充電和放電的過程中，已調(diào)的充放電電流大小保持不變，從而保證三角波的線性度不受調(diào) 制信號的影響。采樣后的混沌序列波形在三角波的每個周期內(nèi)保持不變，只在一個周期結(jié)束 時才發(fā)生變化。
與線性頻率調(diào)制方式相比較，上述電路輸出的三角波形具有更好的線性度，這直接關(guān)系 到脈寬調(diào)制PWM的采樣精度，并決定了輸出音頻信號的失真度。
本發(fā)明由外部輸入音頻信號，同時，由混沌擴頻三角波生成器產(chǎn)生混沌擴頻三角波信號。 這兩路信號分別連接比較器的兩個輸入端。然后，經(jīng)過對兩路信號的電壓值進行比較，比較 器輸出占空比變化的方波信號。該方波信號經(jīng)過全橋輸出級進行功率放大后輸出至揚聲器， 并在揚聲器上還原出音頻信號。
本發(fā)明的優(yōu)點在于
(1) 通過混沌擴頻方式，在無需濾波器的條件下有效地抑制了D類放大器輸出信號的 電磁干擾；
(2) 混沌序列生成器電路中沒有使用電感和電阻，易于集成，節(jié)省芯片面積；
(3) 通過加入對混沌序列進行采樣的采樣電路，保證了作為PWM載波的混沌擴頻三 角波的線性度不受調(diào)制信號(即混沌序列)的影響，因此不會影響輸出音頻信號 的失真度。


圖1是本發(fā)明的免濾波器D類音頻放大器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明中混沌擴頻三角波生成器的結(jié)構(gòu)框圖； 圖3是三角波頻率調(diào)制電路原理圖； 圖4是混沌序列生成器原理圖5a是固定頻率三角波時D類音頻放大器輸出信號的功率譜密度； 圖5b是混沌擴頻三角波時D類音頻放大器輸出信號的功率譜密度。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
本發(fā)明提供一種基于混沌擴頻調(diào)制技術(shù)的免濾波器D類音頻放大器，如圖l所示，所述 的免濾波器D類音頻放大器主要由混沌擴頻三角波生成器1、第一比較器4和全橋輸出級電 路2組成?；煦鐢U頻三角波生成器1用于產(chǎn)生混沌擴頻三角波信號，當音頻信號發(fā)出時，第 一比較器4用于對音頻信號和混沌擴頻三角波信號的電壓值進行比較，輸出占空比變化的方波信號；該方波信號經(jīng)過全橋輸出級電路2進行功率放大后輸出至揚聲器3，并在揚聲器3
上將方波信號還原出音頻信號。
全橋輸出級電路2主要由MOS管M,、 M2、碼、A^和第一反相器201組成。用來對第 一比較器4輸出的占空比變化的方波信號進行功率放大。
所述混沌擴頻三角波生成器1主要由混沌序列生成器101與三角波頻率調(diào)制電路102、 組成，如圖2所示，混沌序列生成器101產(chǎn)生二進制混沌信號，該混沌信號通過三角波頻率 調(diào)制電路102調(diào)制輸出混沌擴頻三角波信號。混沌信號具有寬帶噪聲的性質(zhì)，與其他調(diào)制波 形相比，以混沌信號作為調(diào)制波形可以使頻譜能量更均勻地分布在擴展的頻帶內(nèi)，更有效地 降低諧波的峰值能量。
如圖3所示，所述混沌序列生成器101包括MOS管A、 M6、 S-R鎖存器101-2、第 二比較器101-1、恒流源/,、 A和電容q。其中恒流源/,和/2對電容C,充放電，由S-R鎖存 器101-2的輸出信號控制MOS管M"似6的開關(guān)狀態(tài)，以控制電容C,充放電的時間。其中， S-R鎖存器101-2的置位端S由一個lMHz的脈沖信號c儀控制，當c儀的上升沿到來時， S-R鎖存器101-2輸出為高電平，MOS管A截止，MOS管M6開啟，電容C,開始處于放電 狀態(tài)；復(fù)位端R由第二比較器101-1輸出控制，當?shù)诙容^器101-1輸出電壓由低電平變 為高電平時，S-R鎖存器101-2輸出為低電平，則MOS管M5開啟，MOS管A^截止，使電 容C,在放電至一定電壓^時轉(zhuǎn)為充電狀態(tài)，混沌序列從S-R鎖存器101-2的輸出端Q處經(jīng) 節(jié)點a輸入到三角波頻率調(diào)制電路102中。
如圖4所示的是三角波頻率調(diào)制電路102原理圖，所述的三角波頻率調(diào)制電路102中 包括MOS管M7、碼、M9、 M,。、恒流源/3、 /4、 /5和/6、電容C2與施密特觸發(fā)器102-1、 D觸發(fā)器102-2、第二反相器102-3，其中MOS管似7、 M8、恒流源/3和/4、電容q與施 密特觸發(fā)器102-1、第二反相器102-3組成的振蕩回路能夠產(chǎn)生固定頻率/的三角波形，由 節(jié)點b處輸出；D觸發(fā)器102-2作為混沌序列的采樣電路。混沌序列通過MOS管開關(guān)A^和 A^?？刂坪懔髟碅和/6同時對電容C2的充電電流/3和放電電流/4進行調(diào)制，從而實現(xiàn)了三角波 頻率在/與/ + ^/之間的混沌變化。其中A/為頻率擴展范圍，由恒流源/3和/4決定。
所述D觸發(fā)器102-2的時鐘輸入端Q為控制電容q充放電的時鐘信號。這可以保證在 電容C2充電和放電的過程中，已調(diào)的充放電電流大小保持不變，從而保證三角波的線性度不 受調(diào)制信號的影響。采樣后的混沌序列波形在三角波的每個周期內(nèi)保持不變，只在一個周期 結(jié)束時才發(fā)生變化。
此三角波將作為D類音頻放大器中PWM的載波，把輸入的模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為占空比
隨音頻信號幅度變化的方波信號，通過功率放大后輸出。
如圖5a， 5b所示，分別為使用固定頻率三角波時和使用混沌擴頻三角波時的D類音頻放大器輸出信號的功率譜密度，可看出經(jīng)過混沌擴頻調(diào)制后的PWM輸出信號的功率譜密度 走勢相對平緩，表明諧波分量上的能量已經(jīng)被分散到周圍的頻帶上。
權(quán)利要求
1、一種基于混沌擴頻調(diào)制技術(shù)的免濾波器D類音頻放大器，包括比較器和全橋輸出級電路，其特征在于還包括混沌擴頻三角波生成器；混沌擴頻三角波生成器主要由混沌序列生成器與三角波頻率調(diào)制電路組成，其中混沌序列生成器產(chǎn)生二進制混沌信號，該混沌信號通過三角波頻率調(diào)制電路輸出混沌擴頻三角波；當音頻信號發(fā)出時，第一比較器對音頻信號和混沌擴頻三角波信號的電壓值進行比較，輸出占空比變化的方波信號；該方波信號經(jīng)過全橋輸出級電路進行功率放大后輸出至揚聲器，并在揚聲器上將方波信號還原出音頻信號。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混沌擴頻調(diào)制技術(shù)的免濾波器D類音頻放大器，其特征在于所述混沌序列生成器包括MOS管M,、 M6、 S-R鎖存器、第二比較器、恒流源/,、 A和電容C,;混沌序列生成器的電路中使用恒流源/,和/2對電容c;充放電，由S-R鎖存器的輸出信 號控制MOS管A^、 A的開關(guān)狀態(tài)，以控制電容C,充放電的時間，其中，S-R鎖存器的 置位端S由一個lMHz的脈沖信號戰(zhàn)控制，當c伙的上升沿到來時，S-R鎖存器輸出為 高電平，MOS管Ms截止，MOS管M6開啟，電容C,開始處于放電狀態(tài)；復(fù)位端R由第 二比較器輸出控制，當?shù)诙容^器輸出電壓由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，S-R鎖存器輸出為 低電平，則MOS管M5開啟，MOS管A截止，使電容C,在放電至一定電壓^時轉(zhuǎn)為充 電狀態(tài)，混沌序列從S-R鎖存器的輸出端Q處輸入到三角波頻率調(diào)制電路中。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混沌擴頻調(diào)制技術(shù)的免濾波器D類音頻放大器，其特征在于所述的三角波頻率調(diào)制電路中包括MOS管M,、 M8、 M9、 M,。、恒流源/3、 /4、 /5和/6、電容&與施密特觸發(fā)器、D觸發(fā)器、第二反相器；其中MOS管M,、 M8、恒流源/3和/4、電容C2與施密特觸發(fā)器、反相器組成振蕩回路， 產(chǎn)生固定頻率/的三角波形輸出；D觸發(fā)器作為混沌序列的采樣電路;混沌序列通過MOS 管開關(guān)M9和仏。控制恒流源/5和/6同時對電容C2的充電電流;3和放電電流;4進行調(diào)制，從 而實現(xiàn)了三角波頻率在/與/ + ^/之間的混沌變化。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于混沌擴頻調(diào)制技術(shù)的免濾波器D類音頻放大器，其特征在于所述D觸發(fā)器的時鐘輸入端Q為控制電容C2充放電的時鐘信號，保證在電容q充 電和放電的過程中，已調(diào)的充放電電流大小保持不變，保證三角波的線性度不受調(diào)制信 號的影響；采樣后的混沌序列波形在三角波的每個周期內(nèi)保持不變，只在一個周期結(jié)束 時才發(fā)生變化。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混沌擴頻調(diào)制技術(shù)的免濾波器D類音頻放大器，其特征 在于全橋輸出級電路主要由MOS管M,、 A/2、 M3、 M,和第一反相器組成，用來對第一 比較器輸出的占空比變化的方波信號進行功率放大。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于混沌擴頻調(diào)制技術(shù)的免濾波器D類音頻放大器，主要由混沌擴頻三角波生成器、比較器和全橋輸出級電路組成。混沌擴頻三角波生成器用于產(chǎn)生混沌擴頻三角波信號，當音頻信號發(fā)出時，比較器用于對音頻信號和混沌擴頻三角波信號的電壓值進行比較，輸出占空比變化的方波信號；該方波信號經(jīng)過全橋輸出級電路進行功率放大后輸出至揚聲器，并在揚聲器上將方波信號還原出音頻信號。本發(fā)明優(yōu)點在于在無需濾波器的條件下有效地抑制了D類放大器輸出信號的電磁干擾；易于集成，節(jié)省芯片面積；保證了作為PWM載波的混沌擴頻三角波的線性度不受調(diào)制信號(即混沌序列)的影響，因此不會影響輸出音頻信號的失真度。
文檔編號H03F3/217GK101425784SQ20081023952
公開日2009年5月6日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者瑋 馮, 張有光, 李洪革 申請人:北京航空航天大學(xué)