可編程配置的開關(guān)模式音頻放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文所公開的技術(shù)涉及開關(guān)模式音頻放大器，尤其涉及可驅(qū)動(dòng)在各種配置中的揚(yáng)聲器的開關(guān)模式放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]不像通常被設(shè)計(jì)為在單個(gè)揚(yáng)聲器的配置中操作的家庭音頻設(shè)備，商用音頻設(shè)備通常被設(shè)計(jì)為在若干揚(yáng)聲器的配置中操作，以驅(qū)動(dòng)具有寬范圍阻抗的揚(yáng)聲器。商用放大器，其可以產(chǎn)生500-20，000瓦的功率，往往被設(shè)計(jì)成能夠驅(qū)動(dòng)并聯(lián)的多個(gè)揚(yáng)聲器或驅(qū)動(dòng)單個(gè)揚(yáng)聲器(如低音揚(yáng)聲器)到高聲壓級(jí)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)單個(gè)的放大器通道來驅(qū)動(dòng)每一個(gè)不同類型的負(fù)載到相同的功率級(jí)是不符合成本效益的，因此許多商用放大器都設(shè)計(jì)為在不同的模式下進(jìn)行操作。這些模式可以包括使用一個(gè)通道來驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)揚(yáng)聲器，結(jié)合并聯(lián)的兩個(gè)或多個(gè)放大器通道的輸出端來驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)揚(yáng)聲器或連接兩個(gè)或多個(gè)通道以驅(qū)動(dòng)橋接負(fù)載的揚(yáng)聲器或一種如并聯(lián)橋接負(fù)載的組合。
[0003]為了減少在放大器中的功率損耗，許多商用音頻放大器采用開關(guān)放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如D類設(shè)計(jì)。當(dāng)任何放大器通道被并聯(lián)連接時(shí)，就很難確保每個(gè)通道對(duì)輸送到負(fù)載的電流的同等貢獻(xiàn)。為了防止這種情況，多通道放大器設(shè)計(jì)通常采用特殊的電流監(jiān)控反饋電路，其操作以確保由每個(gè)通道輸送的電流是相同的。這種反饋電路不僅增加了放大器設(shè)計(jì)的成本，而且如果放大器中的每個(gè)反饋電路不能正常工作，則其會(huì)成為錯(cuò)誤的潛在來源。
[0004]商用音頻放大器的用戶所面對(duì)的另一個(gè)問題是獲知將他們的揚(yáng)聲器連接至放大器的最好方式。許多用戶會(huì)希望驅(qū)動(dòng)具有不同阻抗的揚(yáng)聲器的各種組合。用戶通常需要查看羅列了放大器通道的電流和電壓容量、各種揚(yáng)聲器的負(fù)載阻抗以及其它因素的表格或圖表，以確定驅(qū)動(dòng)他們的揚(yáng)聲器負(fù)載的最佳方式。用戶需要使用這個(gè)信息以選擇揚(yáng)聲器配置，然后確定如何配置放大器并將他們的揚(yáng)聲器連接到具有所選配置的放大器。
[0005]鑒于這些問題，需要一種制造便宜的多通道放大器設(shè)計(jì)，可以處理放大級(jí)驅(qū)動(dòng)并聯(lián)負(fù)載的電流分配問題，并且可以幫助用戶確定如何最好地將其揚(yáng)聲器連接至放大器。
[0006]概述
[0007]如將在下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的，所公開的技術(shù)涉及一種多通道開關(guān)模式功率放大器，其中每個(gè)通道可以驅(qū)動(dòng)單獨(dú)的揚(yáng)聲器負(fù)載，可以與一個(gè)或多個(gè)其它通道組合以驅(qū)動(dòng)并聯(lián)的負(fù)載，或者可以被配置為橋接負(fù)載配置或這些配置的組合。每個(gè)通道包括誤差放大器、調(diào)制器和功率放大級(jí)。若干信號(hào)開關(guān)被設(shè)置在每個(gè)通道內(nèi)，以用于選擇性地連接或斷開調(diào)制器的輸出與在通道內(nèi)的功率放大級(jí)的連接。還提供信號(hào)開關(guān)以將功率放大級(jí)的輸出端捆綁并聯(lián)在一起。當(dāng)并聯(lián)操作時(shí)，該信號(hào)開關(guān)由一個(gè)或多個(gè)可編程的處理器配置以將來自主通道的調(diào)制器的輸出端連接到一個(gè)或多個(gè)從通道的功率放大級(jí)，以及斷開在從通道中的調(diào)制器的連接。單個(gè)反饋控制電路被用來控制用于主通道的調(diào)制器的輸出并且從通道的單獨(dú)的反饋控制是不需要的。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可編程的處理器被配置為從用戶處接收關(guān)于用放大器驅(qū)動(dòng)的揚(yáng)聲器負(fù)載的類型和數(shù)量的輸入。該處理器訪問數(shù)據(jù)庫，其可以存儲(chǔ)被驅(qū)動(dòng)的多種類型的揚(yáng)聲器的規(guī)格。如果該數(shù)據(jù)庫沒有包括被驅(qū)動(dòng)的特定類型的揚(yáng)聲器的規(guī)格，則處理器提示用戶輸入規(guī)格信息。然后該處理器確定最佳的驅(qū)動(dòng)用戶的揚(yáng)聲器的放大器通道的配置。該處理器打開或閉合在放大器中的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)開關(guān)以獲得所確定的配置，并向用戶提供關(guān)于如何將他們的揚(yáng)聲器連接至放大器的指令。
【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)所公開的技術(shù)的實(shí)施方式的可編程配置的開關(guān)模式功率放大器的框圖；
[0010]圖2示出了根據(jù)公開的技術(shù)的實(shí)施方式的由可編程的處理器可選擇地打開或閉合的放大器通道內(nèi)和放大器通道之間的若干信號(hào)開關(guān)；
[0011]圖3示出了根據(jù)公開的技術(shù)的實(shí)施方式的如何控制在放大器通道之間的電流分配；
[0012]圖4A-4I示出了根據(jù)公開的技術(shù)的實(shí)施方式的可以由可編程的處理器選擇的若干個(gè)不同的放大器配置；以及
[0013]圖5A-5B示出了根據(jù)公開的技術(shù)的實(shí)施方式的由可編程的處理器執(zhí)行的用于配置放大器以驅(qū)動(dòng)所需的揚(yáng)聲器負(fù)載的步驟的流程圖。
具體實(shí)施例
[0014]如將在下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的，本文所公開的技術(shù)涉及放大器并且尤其是開關(guān)模式音頻放大器，其可以以若干方式被配置以驅(qū)動(dòng)不同的揚(yáng)聲器負(fù)載。
[0015]圖1是根據(jù)本公開的技術(shù)的實(shí)施方式構(gòu)造的開關(guān)模式的多通道放大器的方框圖。在示出的實(shí)施方式中，可配置的多通道放大器50接收音頻輸入信號(hào)并在多個(gè)不同的輸出通道1-4上產(chǎn)生放大的音頻信號(hào)。輸出通道，如U所示，驅(qū)動(dòng)了若干揚(yáng)聲器不同負(fù)載5?1，5匕等。在一種配置中，每個(gè)輸出通道驅(qū)動(dòng)單獨(dú)的揚(yáng)聲器負(fù)載。在另一配置中，兩個(gè)或多個(gè)輸出通道被耦接在一起驅(qū)動(dòng)并聯(lián)的揚(yáng)聲器負(fù)載。在第三種配置中，兩個(gè)或多個(gè)輸出通道被連接驅(qū)動(dòng)以橋接模式配置的揚(yáng)聲器負(fù)載。當(dāng)然，其它組合也是可能的，例如并聯(lián)橋接模式，其中成對(duì)的并聯(lián)連接的輸出通道驅(qū)動(dòng)以橋接配置的揚(yáng)聲器負(fù)載。
[0016]可編程的處理器52如微處理器、FPGA、ASIC或其它控制電路被配置為通過輸入端54從用戶選擇中接收信息。該輸入端54可以是在放大器上的若干按鍵或按鈕，用戶通過其提供關(guān)于他們想要驅(qū)動(dòng)的揚(yáng)聲器負(fù)載的信息。可替代地，輸入端54可以是被配置成通過使用直接有線或無線連接接收信號(hào)的端口或從可商購的有線或無線網(wǎng)絡(luò)接收信號(hào)的端口。遠(yuǎn)程控制55可以是專用裝置，類似于手持電視遠(yuǎn)程控制或在通用裝置如智能電話、平板電腦或其它方便的平臺(tái)上操作的應(yīng)用程序。在又一個(gè)實(shí)施方式中，輸入端54是一端口，并且相關(guān)聯(lián)的通信電子產(chǎn)品被配置為通過計(jì)算機(jī)通信鏈路如因特網(wǎng)從遠(yuǎn)程計(jì)算裝置(未示出)上接收信息。
[0017]如上所述，可編程的處理器52被配置為從用戶處接收關(guān)于他們想要驅(qū)動(dòng)的揚(yáng)聲器的數(shù)量和類型的信息?？删幊痰奶幚砥髟L問數(shù)據(jù)庫56，其存儲(chǔ)若干通用揚(yáng)聲器品牌和型號(hào)的規(guī)格。這些規(guī)格包括至少是特定品牌/型號(hào)的阻抗以及其最大額定功率。如果數(shù)據(jù)庫不包括會(huì)被驅(qū)動(dòng)的揚(yáng)聲器的特定品牌/型號(hào)的規(guī)格，則可編程的處理器在顯示器58上生成提示，要求用戶提供所請(qǐng)求的信息。此外，可編程的處理器54接收或提示用戶，指示多個(gè)揚(yáng)聲器是否是并聯(lián)驅(qū)動(dòng)或是以一種會(huì)改變揚(yáng)聲器負(fù)載的有效阻抗的方式被驅(qū)動(dòng)。
[0018]從所提供的信息中，可編程的處理器52確定放大器應(yīng)如何被配置以驅(qū)動(dòng)所需的揚(yáng)聲器的數(shù)量和類型。一些通道可以被配置以驅(qū)動(dòng)單獨(dú)的揚(yáng)聲器負(fù)載?？商娲?，兩個(gè)或多個(gè)通道可以被連接驅(qū)動(dòng)并聯(lián)的揚(yáng)聲器負(fù)載或兩個(gè)通道可以被連接以驅(qū)動(dòng)橋接負(fù)載配置的揚(yáng)聲器負(fù)載或其它組合(如并聯(lián)的橋接負(fù)載)。
[0019]在一實(shí)施方式中，可編程的處理器52提供“連接向?qū)А?，其在顯示器58上使用指令提示用戶以輸入關(guān)于他們想要驅(qū)動(dòng)的揚(yáng)聲器的數(shù)量以及它們的品牌/型號(hào)和阻抗的信息或以其它方式提供該信息。該連接向?qū)С绦蛉缓蟠_定放大器50驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的適當(dāng)?shù)呐渲貌⒃O(shè)置在放大器內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)開關(guān)的位置以將放大器配置為所確定的配置。
[0020]在一實(shí)施方式中，顯示器58被設(shè)置在放大器的底架上。而顯示也可以通過經(jīng)由有線或無線通信鏈路發(fā)送指令到遠(yuǎn)程裝置(控制器、計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)等)而被實(shí)現(xiàn)。
[0021]圖2是根據(jù)公開的技術(shù)的實(shí)施方式的多通道可編程的放大器50的方框圖。在所示實(shí)施方式中，有四個(gè)放大器通道被標(biāo)記為通道72，74，76和78。雖然在公開的實(shí)施方式中示出四個(gè)通道，應(yīng)當(dāng)理解的是，若需要的話，可編程的放大器50可以具有較大數(shù)量(例如8)或較少數(shù)量(例如，2)的通道。在示出的實(shí)施方式中，每個(gè)通道包括相同的主要部件，因此僅有一個(gè)通道需要被描述。
[0022]每個(gè)通道，如通道72，包括誤差放大器72a、調(diào)制器72b、功率放大級(jí)72c的和濾波電路72d。該誤差放大器72a具有一個(gè)用于接收輸入信號(hào)以被放大的輸入端，以及通過反饋回路72e接收放大器通道的輸出信號(hào)的樣本的另一輸入端。誤差放大器72a的輸出被施加到調(diào)制器72b的輸入端。在一實(shí)施方式中，調(diào)制器72b是脈沖寬度調(diào)制器。調(diào)制器72b的輸出被提供到功率放大級(jí)72c的輸入端。功率放大級(jí)72c的輸出被饋送到電感/電容器(LC)濾波電路72d，轉(zhuǎn)而又被連接到揚(yáng)聲器端(未示出)。反饋回路72e耦接放大器通道的輸出的樣本返回到誤差放大器72a的輸入端以控制施加到調(diào)制器72b的輸入端的信號(hào)。
[0023]如在實(shí)施方式中所不，若干個(gè)信號(hào)開關(guān)S1-S3選擇性地與功率放大級(jí)的輸入端連接在一起。開關(guān)S』#放大級(jí)72c的輸入端連接至功率放大級(jí)74c的輸入端。開關(guān)S 2將功率放大級(jí)74c的輸入端連接至功率放大級(jí)64c的輸入端，以及開關(guān)&將放大級(jí)76c的輸入端連接至功率放大級(jí)78c的輸入端。
[0024]如將要理解的，通過閉合開關(guān)S1，在通道72中的調(diào)制器72b的輸出被供給到功率放大級(jí)72c和74c的兩個(gè)輸入端。通過閉合開關(guān)SJP S 2，調(diào)制器72b的輸出被供給到功率放大級(jí)72c，74c和76c的輸入端。
[0025]若干信號(hào)開關(guān)S4-S6被提供以選擇性地從相同通道的功率放大級(jí)的輸入端連接或斷開通道中的調(diào)制器的輸出端。例如開關(guān)&在調(diào)制器74b的輸出端和功率放大級(jí)74c的輸入端之間被連接。開關(guān)35在調(diào)制器76b的輸出端和功率放大級(jí)76c的輸入端之間被連接。開關(guān)36在調(diào)制器78b的輸出端和功率放大級(jí)78c的輸入端之間被連接。
[0026]在示出的實(shí)施方式中，在調(diào)制器72b的輸出端和功率放大級(jí)72c的輸入端之間沒有開關(guān)。因此，當(dāng)并聯(lián)操作時(shí)，通道72總是作為主通道操作(即供給信號(hào)來驅(qū)動(dòng)功率放大級(jí))。然而，如果需要可以提供開關(guān)，以使其它通道可以作為主通道操作。
[0027]信號(hào)開關(guān)O1-O3選擇性地將功率放大級(jí)的輸出端連接在一起。特別是開關(guān)O i將功率放大級(jí)72c的輸出端連接到放大級(jí)74c的輸出端。開關(guān)O2將功率放大級(jí)74c的輸出端連接到放大級(jí)76c的輸出端。開關(guān)O3將功率放大級(jí)76c的輸出端連接到放大級(jí)78c的輸出端。
[0028]在一實(shí)施方式中，信號(hào)開關(guān)S1-S6是數(shù)字控制的CMOS開關(guān)，其由可編程的處理器來控制。輸出端信號(hào)開關(guān)(^-(^是繼電器(機(jī)械或電子的)，具有足夠的載流能力來處理由每個(gè)功率放大級(jí)產(chǎn)生的電流。
[0029]如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，多通道放大器電路還包括反相電路或可編程的軟件(其可以是在DSP 57中完成的)，其將施加到不同通道以驅(qū)動(dòng)具有橋接負(fù)載配置的揚(yáng)聲