本發(fā)明涉及一種音頻放大器的調(diào)制選擇電路及其方法，尤其是一種音頻放大器運(yùn)行于三元調(diào)制模式與四元調(diào)制模式的信號選擇電路及其輸出方法。

背景技術(shù)：

D類放大器由于具有高效率及低功耗的優(yōu)點(diǎn)，近年來已成為音頻功率放大器的主流。一般的D類放大器需要一輸出濾波器。該輸出濾波器增加了系統(tǒng)的體積以及成本，因此限制了其在手持裝置上的應(yīng)用。近年來無濾波器(filterless)式D類放大器由于省去輸出濾波器，卻仍可保留原本高效率的優(yōu)點(diǎn)，故在市場上日益受到重視。

無濾波器式D類放大器可運(yùn)行于一四元調(diào)制(quaternary modulation)模式或一三元調(diào)制(ternary modulation)模式。在四元調(diào)制模式下D類放大器的輸出級會有四種操作形式，D類放大器的輸出級在此模式下的開關(guān)方式可參考美國專利US6262632的說明。D類放大器根據(jù)音源輸入訊號會以四種輸出級的操作形式來驅(qū)動如喇叭等負(fù)載。

相較于四元調(diào)制模式，D類放大器的輸出級在三元調(diào)制模式下會有三種操作形式(此模式下負(fù)載的兩端不會同時連接至電源端)。D類放大器的三元調(diào)制運(yùn)行對大訊號來說具有較高的效率和較好的電磁干擾(EMI,ElectroMagnetic Interference)表現(xiàn)，而D類放大器的四元調(diào)制運(yùn)行對小訊號來說具有較好的總諧波失真(THD,Total Harmonic Distortion)和較低的噪聲底(noise floor)。因此，根據(jù)輸入信號的振幅適當(dāng)切換無濾波器式D類放大器的運(yùn)行模式整體上可獲得較佳的效果。

當(dāng)D類放大器由三元調(diào)制模式進(jìn)入四元調(diào)制模式時或是當(dāng)D類放大器啟動時，會產(chǎn)生浪涌電流(inrush current)而對元件造成損害。圖1為傳統(tǒng)D類放大器在運(yùn)行時發(fā)生浪涌電流的波形圖。如圖1所示，當(dāng)D類放大器啟動時，輸出(OUTP/OUTN)的前幾個脈沖會有接近50％占空比(duty cycle)的狀 況。當(dāng)D類放大器由三元調(diào)制模式進(jìn)入四元調(diào)制模式時，輸出的前幾個脈沖會由低占空比進(jìn)到高占空比，因此，浪涌電流會在這兩個狀況發(fā)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一種音頻放大器的調(diào)制選擇電路，包含一信號產(chǎn)生電路、一脈沖產(chǎn)生電路和一選擇電路。該信號產(chǎn)生電路用以產(chǎn)生一三元調(diào)制信號和一四元調(diào)制信號。該脈沖產(chǎn)生電路用以產(chǎn)生多個具有有限占空比的脈沖。該選擇電路用以選擇輸出一四元調(diào)制信號、一三元調(diào)制信號和多個具有有限占空比的脈沖的其中之一至該音頻放大器的一輸出級。

根據(jù)本發(fā)明的一種音頻放大器的調(diào)制選擇方法，包含以下步驟：產(chǎn)生一三元調(diào)制信號和一四元調(diào)制信號；產(chǎn)生多個具有有限占空比的脈沖；以及選擇性地輸出該四元調(diào)制信號、該三元調(diào)制信號和這些具有有限占空比的脈沖的其中之一至該音頻放大器的一輸出級。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)D類放大器在運(yùn)行時發(fā)生浪涌電流的波形圖。

圖2顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的具有調(diào)制選擇電路的音頻放大器的方塊示意圖。

圖3顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的該檢測電路運(yùn)行時的波形圖。

圖4A顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的該調(diào)制選擇電路的電路示意圖。

圖4B顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的該脈沖產(chǎn)生電路的電路圖。

圖5顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的該調(diào)制選擇電路的該脈沖產(chǎn)生電路的波形圖。

圖6顯示結(jié)合本發(fā)明的一實(shí)施例的輸出級的一波形圖。

圖7A顯示結(jié)合本發(fā)明另一實(shí)施例的一檢測電路和一脈沖產(chǎn)生電路的方塊示意圖。

圖7B顯示借助該檢測電路和該脈沖產(chǎn)生電路抑制過電流的一波形示意圖。

圖8顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的音頻放大器的調(diào)制選擇方法的流程圖。

附圖符號說明

200 音頻放大器

201 調(diào)制選擇電路

202 檢測電路

210 增益級

220 積分器

230 輸出級

261,262 濾波器

402 脈沖產(chǎn)生電路

4021 固定占空比脈沖產(chǎn)生電路

4022 計(jì)數(shù)電路

410,420,440 比較器

430 三元調(diào)制信號產(chǎn)生電路

4301 一般三元調(diào)制信號產(chǎn)生電路

4302 AND門

4303 NOR門

4304 反相器

450 比較器

4601 AND門

4602,4603 計(jì)數(shù)器

4604 D型觸發(fā)器

4605 反相器

4701 反相器

4702,4703 AND門

4704 D型觸發(fā)器

480 第一選擇電路

4801,4802 多工器

490 第二選擇電路

4901,4902 多工器

701 檢測電路

702 脈沖產(chǎn)生電路

R1,R2 電阻

800,802,804 步驟

具體實(shí)施方式

在說明書及權(quán)利要求書當(dāng)中使用了一些詞匯來指代特定的元件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，制造商可能會用不同的名稱來稱呼同樣的元件。本說明書及權(quán)利要求書并不以名稱的差異來作為區(qū)分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說明書及權(quán)利要求書當(dāng)中所提及的「包含」為一開放式的用語，故應(yīng)解釋成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一詞在此包含任何直接及間接的電連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電連接于該第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接地電連接至該第二裝置。

圖2顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的具有調(diào)制選擇電路201的音頻放大器200的方塊示意圖。在本實(shí)施例中，該音頻放大器200為一D類放大器，且該音頻放大器200包含一增益級210、一積分器220、一調(diào)制選擇電路201、一檢測電路202、一輸出級230、兩個反饋電阻R1和R2和兩濾波器261和262。該調(diào)制選擇電路201用以選擇輸出一四元調(diào)制信號、一三元調(diào)制信號和至少一個具有有限占空比的脈沖的其中之一。該檢測電路202用以檢測該增益級210的輸出信號V_OP/V_ON，并根據(jù)輸出信號V_OP/V_ON以產(chǎn)生信號S2至該調(diào)制選擇電路201，以決定輸出至該輸出級230的信號。

圖3顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的該檢測電路202運(yùn)行時的波形圖。如圖3所示，如果該檢測電路202檢測到該增益級210的輸出信號V_OP/V_ON小于一第一臨界值，例如一沖擊值(attack level)，代表該音頻放大器的輸入信號為一大信號。其后，在該增益級210的輸出信號V_OP/V_ON到達(dá)一零交越點(diǎn)(zero crossing point)值時，該檢測電路202會產(chǎn)生邏輯0的信號S2，使該調(diào)制選擇電路201輸出該三元調(diào)制信號。接著，當(dāng)該檢測電路202檢測到該增益級210的輸出信號V_OP/V_ON大于一第二臨界值，例如一釋放值(release level)，代表該音頻放大器的輸入信號為一小信號。其后，在該增益級210的輸出信號V_OP/V_ON到達(dá)該零交越點(diǎn)(zero crossing point)值在一延遲時間(例如1秒)后，該檢測電路202會產(chǎn)生邏輯1的信號S2，使該調(diào)制選擇電路201輸出該四元調(diào)制信號。在本發(fā)明一實(shí)施例中，該檢測電路202可由電壓比較器所構(gòu)成。

圖4A顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的該調(diào)制選擇電路201的電路示意圖。該調(diào)制選擇電路201包含一信號產(chǎn)生電路、一脈沖產(chǎn)生電路402和一選擇電路，其中該信號產(chǎn)生電路包含多個比較器410、420和440以及一三元調(diào)制信號產(chǎn)生電路430。這些比較器410和420用以比較該積分器220的該輸出信號和一三角波信號以產(chǎn)生一四元調(diào)制信號，該四元調(diào)制信號包含一正四元調(diào)制信號QP和一負(fù)四元調(diào)制信號QN。

該三元調(diào)制信號產(chǎn)生電路430包含一一般三元調(diào)制信號產(chǎn)生電路4301。該一般三元調(diào)制信號產(chǎn)生電路4301用以根據(jù)該正四元調(diào)制信號QP和該負(fù)四元調(diào)制信號QN產(chǎn)生一一般三元調(diào)制波。該比較器440用以比較該積分器220的輸出信號的其中之一和一共用電壓VCM。如圖4A所示，該比較器440的輸出端耦接至一節(jié)點(diǎn)N1。在本實(shí)施例中，該共用電壓VCM為一供應(yīng)電源電壓VDD的一半，例如VDD/2。但本發(fā)明不應(yīng)以此為限。在本發(fā)明一實(shí)施例中，該一般三元調(diào)制信號產(chǎn)生電路4301由一XOR門所組成，其輸入端接收該正四元調(diào)制信號QP和該負(fù)四元調(diào)制信號QN，且其輸出端產(chǎn)生該一般三元調(diào)制波至一節(jié)點(diǎn)N2。

該三元調(diào)制信號產(chǎn)生電路430還包含一AND門4302、一反相器4304、和一NOR門4303。該AND門4302接收來自節(jié)點(diǎn)N1和N2的信號以產(chǎn)生一正三元調(diào)制信號TP。該反相器4304的一輸入端耦接至該節(jié)點(diǎn)N2。該NOR門4303接收來自節(jié)點(diǎn)N1的信號和該反相器4304的輸出信號以產(chǎn)生一負(fù)三元調(diào)制信號TN。在運(yùn)行時，當(dāng)該積分器220的輸出信號的其中之一大于該共用電壓VCM時，借助該AND門4302，正三元調(diào)制波TP等于節(jié)點(diǎn)N2上的電壓，而負(fù)三元調(diào)制波TP等于零。當(dāng)該積分器220的輸出信號的其中之一小于該共用電壓VCM時，借助該NOR門4303，負(fù)三元調(diào)制波TN等于節(jié)點(diǎn)N2上的電壓，而正三元調(diào)制波TP等于零。

如前所述，浪涌電流通常發(fā)生于當(dāng)該調(diào)制選擇電路201由該三元調(diào)制模式進(jìn)入該四元調(diào)制模式時的前幾個脈沖和該音頻放大器200啟動時。因此在本實(shí)施例中，兩個具有25％占空比的脈沖會在上述兩種狀況發(fā)生時插入在該四元調(diào)制信號前，由此抑制浪涌電流。如圖4A所示，該脈沖產(chǎn)生電路402包含一固定占空比脈沖產(chǎn)生電路4021和一計(jì)數(shù)電路4022，其中該固定占空比脈沖產(chǎn)生電路4021根據(jù)該信號S2產(chǎn)生包含具有兩個25％占空比的脈沖的一信號P1至該計(jì)數(shù)電路4022和該選擇電路。該計(jì)數(shù)電路4022接收具有兩 個25％占空比的脈沖后傳送信號S1至該選擇電路。

該選擇電路包含一第一選擇電路480和一第二選擇電路490。該第一選擇電路480包含兩個多工器(MUX)4801和4802。該第二選擇電路490包含兩個多工器4901和4902。該多工器4801的一輸入端S接收信號QP、一反相輸入端S/接收信號P1且一選擇端Sel接收信號S1。該多工器4802的一輸入端S接收信號QN、一反相輸入端S/接收信號P1且一選擇端Sel接收信號S1。該多工器4901的一輸入端S接收該多工器4801的輸出信號、一反相輸入端S/接收該正三元調(diào)制信號TP且一選擇端Sel接收信號S2。該多工器4902的一輸入端S接收該多工器4802的輸出信號、一反相輸入端S/接收該負(fù)三元調(diào)制信號TN且一選擇端Sel接收信號S2。此外，這些多工器4901和4902的輸出端耦接至該音頻放大器200的該輸出級230。

圖4B顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的該脈沖產(chǎn)生電路402的電路圖。如圖4B所示，該脈沖產(chǎn)生電路402的該固定占空比脈沖產(chǎn)生電路4021包含一比較器450，用以比較該三角波信號和一比例于該供應(yīng)電源VDD的電壓，例如VDD/4，以產(chǎn)生具有多個25％占空比的脈沖。當(dāng)該比較器450比較不同電壓值時，可產(chǎn)生不同占空比的脈沖。該脈沖產(chǎn)生電路4021還包含一AND門4601、一D型觸發(fā)器4604和一反相器4605。該AND門4601的輸入端耦接至該D型觸發(fā)器4604的一輸出端和該具有多個25％占空比的脈沖，以產(chǎn)生一輸出信號P1。該D型觸發(fā)器4604的一輸入端D接收該供應(yīng)電源VDD的電壓、一時鐘端CK接收該正四元調(diào)制信號QP的反相信號且一重置端R接收信號S2。

該計(jì)數(shù)電路4022包含兩計(jì)數(shù)器4602和4603、一反相器4701、兩AND門4702和4703、一D型觸發(fā)器4704。這些計(jì)數(shù)器4602和4603是由D型觸發(fā)器所組成，其用以輸出信號Q2。這些計(jì)數(shù)器4602和4603耦接于該AND門4601的輸出端和該AND門4702的一輸入端。該AND門4702的另一輸入端用以接收反相的該正四元調(diào)制信號QP。該AND門4703的一輸入端用以接收該信號S2和一電源啟動信號PS。該AND門4703的輸出信號用以重置這些D型觸發(fā)器4602、4603和4704。

以下參考圖4A和圖4B說明本發(fā)明的具有調(diào)制選擇電路201的音頻放大器200的運(yùn)行方式。當(dāng)該音頻放大器200在供電后啟動時，該電源啟動信號PS轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿?。當(dāng)該音頻放大器200由該三元調(diào)制模式進(jìn)入該四元調(diào) 制模式時，該信號S2轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿?。當(dāng)這些信號PS和S2任一個轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿?時，這些D型觸發(fā)器4602、4603、4604和4704會重置，且該信號S1會轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿?。接著，具有25％占空比的時鐘信號CLK會傳送至該AND門4601的輸出端，并送至這些計(jì)數(shù)器4602和該第一選擇電路480。由于該信號S1保持邏輯0，該第一選擇電路480和該第二選擇電路490輸出該信號P1至該輸出級230。在接收兩個具有25％占空比的脈沖后，該信號Q2會轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿?，因此該D型觸發(fā)器4704會輸出邏輯1的信號S1。在接收邏輯1的信號S1后，該第一選擇電路480和該第二選擇電路490輸出四元調(diào)制信號，且該音頻放大器200隨后進(jìn)入四元調(diào)制模式。依此方式，該音頻放大器200在由該三元調(diào)制模式進(jìn)入該四元調(diào)制模式時或啟動時，會在四元調(diào)制信號前先輸出兩個具有25％占空比的脈沖，由此降低浪涌電流。

圖5顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的該調(diào)制選擇電路201的該脈沖產(chǎn)生電路402的波形圖。參照圖5，如果該信號S2轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿?，該信號P1會變?yōu)榫哂?5％占空比的時鐘信號CLK，再借助選擇電路傳送至該輸出級230。該信號Q2在兩個具有25％占空比的脈沖后會轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿?，接著，該信號S1會轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿?并送至該第一選擇單元480。該四元調(diào)制信號會傳送至輸出級230，且該音頻放大器200進(jìn)入四元調(diào)制模式的運(yùn)行。

參照圖6，該音頻放大器200在由該三元調(diào)制模式進(jìn)入該四元調(diào)制模式時或啟動時，會在四元調(diào)制信號前先輸出兩個具有25％占空比的脈沖，由此降低浪涌電流。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，具有有限占空比的脈沖也會在其他狀況插入以降低浪涌電流。圖7A顯示結(jié)合本發(fā)明另一實(shí)施例的一檢測電路701和一脈沖產(chǎn)生電路702的方塊示意圖。在本實(shí)施例中，除了圖4A所示的選擇電路外，還新增了該檢測電路701和該脈沖產(chǎn)生電路702以在任何時候檢測浪涌電流。該檢測電路701由一比較器所組成，其用以比較該輸出級230的負(fù)載電流IL和一預(yù)設(shè)值C1。如果該負(fù)載電流IL大于該預(yù)設(shè)值C1時，即判斷為發(fā)生一過電流事件，故該檢測電路701產(chǎn)生一信號OC_W至該脈沖產(chǎn)生電路702。在接收該信號OC_W后，該脈沖產(chǎn)生電路702產(chǎn)生多個具有有限占空比的脈沖至該輸出級230以抑制過電流。在本實(shí)施例中，該脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生八個具有25％占空比的脈沖至該輸出級230，但本發(fā)明不應(yīng)以此為限。在八個具有25％占空比的脈沖輸出后，如果該過電流仍然存在，該計(jì)數(shù)電路 7022會產(chǎn)生一信號S1_OCW至該輸出級230以關(guān)閉該輸出級230，由此避免該音頻放大器200產(chǎn)生損害。

圖7B顯示借助該檢測電路701和該脈沖產(chǎn)生電路702抑制過電流的一波形示意圖。如圖7B所示，當(dāng)該檢測電路701檢測到該輸出級230的負(fù)載電流IL大于預(yù)設(shè)值C1時，借助輸出多個具有有限占空比的脈沖后，該負(fù)載電流IL可有效下降，而不會對放大器造成損害。

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過上述實(shí)施例的教導(dǎo)實(shí)施本發(fā)明，以下使用圖8說明音頻放大器的調(diào)制選擇方法。圖8顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的音頻放大器的調(diào)制選擇方法的流程圖。參照圖8，該流程圖由步驟800開始。在步驟800中，首先產(chǎn)生一三元調(diào)制信號和一四元調(diào)制信號。接著，在步驟802中，產(chǎn)生多個具有有限占空比的脈沖。在步驟804中，選擇輸出該四元調(diào)制信號、該三元調(diào)制信號和這些具有有限占空比的脈沖的其中之一至該音頻放大器的一輸出級。

在步驟804中，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，當(dāng)該音頻放大器啟動時，選擇輸出這些具有有限占空比的脈沖至該音頻放大器的該輸出級；根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，當(dāng)該音頻放大器在由一三元調(diào)制模式進(jìn)入一四元調(diào)制模式時，選擇輸出這些具有有限占空比的脈沖至該音頻放大器的該輸出級；根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，當(dāng)該音頻放大器的一負(fù)載電流大于一預(yù)定值時，選擇輸出這些具有有限占空比的脈沖至該音頻放大器的該輸出級。經(jīng)由輸出這些具有有限占空比的脈沖至該音頻放大器的該輸出級，可有效抑制浪涌電流。

本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員仍可以基于本發(fā)明的教導(dǎo)及揭示而做出種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示范圍，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并被權(quán)利要求書所涵蓋。