專利名稱：改進(jìn)的d類放大器及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于音頻系統(tǒng)的放大器，尤其涉及一種在具有較小失真的D類放大器中的改進(jìn)的反饋回路。
音頻信號放大器，特別是D類放大器是大家知道的，并且這兒只對它的反饋部分感興趣。一個(gè)D類放大器可包括采用集成電路(IC)技術(shù)的常規(guī)部分，其中用于輸出電橋的復(fù)合驅(qū)動器功能可由一個(gè)單一的IC來提供，例如在如IC HanisHIP4080系列中所著名的那種集成電路。
放大器的反饋回路典型地包括一種差分信號結(jié)束(differential-to-single-ended)轉(zhuǎn)換器，以提供一種輸出信號的脈沖樣本，然后脈沖樣本和音頻輸入信號合成在一起并進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，以提供輸入信號給放大器。從而，反饋回路一般由與轉(zhuǎn)換器相連的電路、積分器以及脈沖寬度調(diào)制器構(gòu)成。因?yàn)榉答伝芈芳劝ǚe分部分又包括脈沖寬度調(diào)制部分，它就同時(shí)包括了和這些部分有關(guān)的問題。
如在下面的描述中及權(quán)利要求書中所使用的，“合成”和“合成器”是指平常在音頻反饋放大器的反饋回路中所見的合成，而不是指典型地由反相器提供的相位補(bǔ)償和頻率補(bǔ)償所需的合成。
例如，如

圖1所示，可以看到輸出電路10包括一個(gè)常規(guī)放大器11和兩個(gè)用于揚(yáng)聲器的半橋驅(qū)動器電路，和揚(yáng)聲器相連的常規(guī)輸出濾波器從圖中省略了。
音頻輸出信號的反饋路徑包括一個(gè)用于提供脈沖輸出信號的常規(guī)差分信號結(jié)束轉(zhuǎn)換器16，其中音頻輸出信號來自位于在端子12和14上的輸出電路10上的揚(yáng)聲器。這個(gè)脈沖信號在一個(gè)常規(guī)合成器18中被合成，并在合成器18中和來自輸入端20的音頻輸入信號相比較。
合成器18的輸出被加在一個(gè)比較器上或脈寬調(diào)制器22上，同時(shí)一從三角波發(fā)生器24出來的調(diào)制三角波也加在了該比較器上或脈寬調(diào)制器22上。調(diào)制器22從而給輸出電路10提供了輔助脈寬調(diào)制信號A和B。
在反饋回路中進(jìn)行的合成過程是帶寬限制，通過避免這個(gè)問題可以改善D類放大器的性能，問題產(chǎn)生的原因在于來自差分信號結(jié)束轉(zhuǎn)換器的脈沖輸出一定要從在反饋回路中的信號中去除，這就意味著有一個(gè)由反饋回路所進(jìn)行的高頻最小校正，從而加劇了信號失真。此外，來自脈沖輸出的不希望的剩余信號可能會在脈寬調(diào)制器22中再次被放大。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)放大器和相關(guān)的驅(qū)動電路可以視作一個(gè)寬帶功率放大器，從而避免了在反饋回路中合成在一起的要求。反饋到放大器的信號可能是脈沖信號，并且反饋在放大器里得到相應(yīng)的處理。
另外還發(fā)現(xiàn)將一個(gè)輸入信號轉(zhuǎn)換成脈沖寬度調(diào)制信號的過程能夠接近使用寬帶比較器和精密三角波發(fā)生器的理想狀態(tài)，從而，在這一部分附近沒有必要進(jìn)行反饋，脈沖寬度調(diào)制部分可以從反饋回路中去掉。
本發(fā)明包括一個(gè)具有一個(gè)輸入端子和一個(gè)輸出端子的脈沖寬度調(diào)制音頻放大器；一個(gè)音頻輸入信號源；對從所述信號源的輸出信號進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制的裝置；包括一個(gè)合成器的反饋電路；以及一個(gè)用于接收從所述調(diào)制裝置和所述合成器中出來的輸出信號的求和放大器。
本發(fā)明還包括一種減少脈沖寬度調(diào)制反饋音頻放大器失真的方法，這種方法包括消除來自反饋路徑中的所有合成的步驟。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種方法及脈沖寬度調(diào)制音頻放大器，從而使其中在反饋回路中的失真問題明顯減弱，并且其中的反饋回路不包括合成部分。
另外一個(gè)目的是提供一種方法及脈沖寬度調(diào)制音頻放大器，使其中的反饋回路不包括脈沖寬度調(diào)制部分，并且其中的輸入信號是在音頻放大器反饋回路外進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制的。
現(xiàn)在將參照附圖，通過舉例的方法來對本發(fā)明進(jìn)行描述，其中，圖1是現(xiàn)有技術(shù)的D類放大器的部分電路及部分方框圖。
圖2是本發(fā)明的放大器的一個(gè)實(shí)施例的部分電路及部分方框圖。
圖3是本發(fā)明放大器的第二實(shí)施例的部分電路及部分方框圖。
圖4是本發(fā)明放大器的第三實(shí)施例的部分電路及部分方框圖。
在圖2中，與圖1中所相似的電路元件被標(biāo)注了相似的數(shù)字標(biāo)號以利于和圖1的放大器進(jìn)行比較。從差分信號結(jié)束轉(zhuǎn)換器16出來的脈沖反饋信號被加在了求和放大器30上。來自調(diào)制器22的脈沖寬度音頻輸入信號也加到了放大器30上，經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)反相器的脈沖寬度調(diào)制輸出信號如所要求的那樣用以進(jìn)行放大，緩沖及進(jìn)行合理相位處理。
圖2顯示了從圖1中的反饋回路中去掉的合成器18。從反饋回路中去掉合成器要求對音頻信號進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制以進(jìn)行比較，但這可以在反饋回路外面來完成。
輸入至求和放大器30的兩個(gè)輸入信號都可以加在放大器的一個(gè)單獨(dú)端子，同時(shí)要有一個(gè)參考電壓加到放大器的另一個(gè)輸入端子，這就避免了共模輸入信號的波動及相關(guān)錯(cuò)誤分量。
圖2示出到每一個(gè)求和放大器30，比較器22和非反相放大器26的輸入信號，都被加到了一個(gè)單個(gè)端子上，同時(shí)有一個(gè)參考電壓加在了另一個(gè)端子上，從而可以提高共模信號抑制。由于音頻輸入信號在比較器22的輸入端和一個(gè)阻抗結(jié)點(diǎn)進(jìn)行比較，那么比較是在相同輸入信號級上進(jìn)行，且共模輸入電壓范圍沒有得到運(yùn)用。
圖3和圖4分別示出了本發(fā)明的第二和第三實(shí)施例，相似的電路元件給予了相似的數(shù)字標(biāo)號。
圖1中的差分信號結(jié)束轉(zhuǎn)換器16也可以從反饋回路中去掉，此時(shí)應(yīng)將輸出電路10中的每一半個(gè)電橋驅(qū)動器作為一個(gè)分離的信道來對待。
圖3中，所有的反相器都是CMOS器件，例如具有典型16或24dB增益的HarrisCD54/74 HCU04反相器。由于這些反相器有增益，那么放大器30可以被去掉，這樣的CMOS反相器可以在其它圖形的實(shí)施例中使用，但一般并不需要。
CMOS反相器的使用，也允許使用經(jīng)過合理處理的，數(shù)字方法產(chǎn)生的脈沖寬度音頻信號作為放大器的輸入信號。如圖3中所示，可以使用一個(gè)合適的電子開關(guān)來代替例如致密盤或CD等數(shù)字信號源36，以用于所示的音頻放大器26和調(diào)制器22。可以使用一個(gè)附加的反相器來給輸出電路10提供輔助信號A和B。
凡在需要差分輸入信號操作的地方，數(shù)字信號源可以在輸出電路10的輸入之外給反相器直接提供兩個(gè)分離的信號。
在圖4中，輸出端32的脈沖寬度調(diào)制音頻信號被加在兩個(gè)位于雙重信道脈沖寬度調(diào)制器22內(nèi)部的相位比較器34和36的兩個(gè)輸出端，從而給輸出電路10建立輔助輸入信號A和B。
在圖4中，兩個(gè)信道接收分離的音頻輸入信號。例如，開關(guān)SW2的操作可以提供一個(gè)完全獨(dú)立的脈沖寬度調(diào)制音頻信號源38，以作為調(diào)制器22內(nèi)部的比較器或調(diào)制器34的輸入信號源。由于在比較器34處的反相連接當(dāng)然可以略掉反相器40。相似地，調(diào)制所需的三角波發(fā)生器24對比較器34和36兩個(gè)來說都較常見，而不是如圖中所示的那樣和音頻信號源相連。
一種D類(音頻)放大器及其實(shí)現(xiàn)方法，其中放大器的輸入信號是在放大器反饋回路外面進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，并且脈沖寬度調(diào)制輸入信號和來自反饋回路的脈沖信號在反饋回路疊加在一起并反饋給放大器。反饋回路中去掉脈沖寬度調(diào)制部分及信號合成部分，減小了失真。
權(quán)利要求
1.一種脈沖寬度調(diào)制音頻放大器，具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端；一音頻輸入信號的信號源；用于對來自所述信號源的輸出信號進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制的裝置；包括一個(gè)積分器的一反饋電路；以及一用于接收來自所述調(diào)制裝置和所述積分器的輸出信號的求和放大器。
2.一種脈沖寬度調(diào)制音頻放大器，具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端；一脈沖寬度調(diào)制音頻輸入信號的信號源；一個(gè)和所述輸入端子相連的阻抗求和接點(diǎn)；以及包括至少一個(gè)用于將所述信號源及所述輸出端子和所述求和接點(diǎn)相連的CMOS反相器的放大裝置。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的脈沖寬度調(diào)制音頻放大器，其中所述音頻信號源包括用于數(shù)字地產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制音頻信號的裝置。
4.一種如權(quán)利要求1或2所述的脈沖寬度調(diào)制音頻放大器，其中所述音頻信號源包括一模擬音頻信號源及用于對從那兒輸出的信號進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制的裝置。
5.一種如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的脈沖寬度調(diào)制音頻放大器，其中所述放大器包括雙重信道，每一信道均具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，所述放大裝置包括并行信號路徑，每一個(gè)信號路徑至少包括一個(gè)CMOS反相器；所述信號源包括用于提供兩個(gè)獨(dú)立音頻信號的裝置，以及所述和接點(diǎn)包括并行路徑，它們分別和所述輸出端子之一相連，以及和用于接收從音頻信號之一的所述信號源相連。
6.一種如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的脈沖寬度調(diào)制音頻放大器，包括雙重信道，并具有兩個(gè)輸入端子和兩個(gè)輸出端子，第一和第二音頻輸入信號的一信號源；用于對來自所述信號源的輸出信號進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制的裝置，以及包括至少一個(gè)用于每一信道的CMOS反相器的裝置，這種裝置用于對來自所述輸出端子之一的輸出信號和來自一個(gè)所述調(diào)制器之一的輸出信號進(jìn)行求和。
7.一種具有一個(gè)反饋回路的脈沖寬度調(diào)制音頻放大器，該反饋回路不包括積分器，且所述反饋回路最好不包括調(diào)制器。
8.一種用于減小脈沖寬度調(diào)制反饋音頻放大器失真的方法，它包括去掉來自反饋路徑的所有積分的步驟。
9.一種用于減小脈沖寬度調(diào)制反饋音頻放大器失真的方法，它包括去掉來自反饋路徑所有調(diào)制的的步驟。
10.一種如權(quán)利要求9中所述的方法，還包括用于消除來自反饋路徑所有積分的步驟。
全文摘要
一種D類放大器及其實(shí)現(xiàn)方法，其中放大器的輸入信號在放大器反饋回路的外面進(jìn)行了脈沖寬度調(diào)制，并且脈沖寬度調(diào)制輸入信號和來自反饋回路的脈沖信號在反饋回路里疊加在一起并反饋給了放大器。由于去掉了來自反饋回路的脈沖寬度調(diào)制部分及信號積分部分，從而減小了失真。
文檔編號H03F3/217GK1145551SQ9610942
公開日1997年3月19日 申請日期1996年8月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月9日
發(fā)明者哈羅德·艾倫·威特林瑟 申請人:哈里公司