D類開關(guān)放大器和控制揚聲器的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及D類開關(guān)放大器并且涉及用于控制用于在音頻應(yīng)用中使用的揚聲器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]如已知的，一些普遍類型的放大器(例如，D類音頻放大器)利用全橋轉(zhuǎn)換器級以便使可以提供至負載的輸出電壓的動態(tài)最大化，從而維持了高效率。
[0003]音頻放大器的全橋轉(zhuǎn)換器級基于兩個全橋電路，兩個全橋電路盡管處于協(xié)調(diào)的方式但是可以通過各個不同的驅(qū)動級單獨地控制。該類型的技術(shù)實際上提供令人滿意的使用靈活性。例如，可能不但以同相而且以反相實現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)。
[0004]驅(qū)動級具有相同結(jié)構(gòu)并且對稱地接收到用于控制相應(yīng)的半橋電路的反相的輸入信號。
[0005]基于獨立的驅(qū)動級的已知放大器的限制由共模干擾的抑制來表示。
[0006]兩個驅(qū)動級的可能的對稱性缺陷可以容易導致影響抑制電源干擾的不平衡并引起所謂的“串擾”現(xiàn)象。
[0007]此外，已知結(jié)構(gòu)遭受對高頻噪聲的某些靈敏度影響，高頻噪聲對于經(jīng)常用在級的上游用于驅(qū)動最終功率級的Σ-Δ型模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器是典型的。
[0008]用于克服對高頻干擾的靈敏度的已知技術(shù)另一方面導致部件的數(shù)量增加并且因此放大器的復雜性增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]開關(guān)放大器包括第一半橋PWM調(diào)制器、第二半橋PWM調(diào)制器和被配置成接收輸入信號的至少一個放大器級。開關(guān)放大器還包括被配置成通過相應(yīng)的第一 PWM控制信號和第二 PWM控制信號根據(jù)輸入信號控制第一 PWM調(diào)制器的和第二 PWM調(diào)制器的開關(guān)的PWM控制級。放大器級和PWM控制級具有全差分結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0010]為了更好地理解發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖僅借助于非限制性示例來描述其一些實施例，其中:
[0011]圖1是根據(jù)本發(fā)明的音頻系統(tǒng)的簡化框圖；
[0012]圖2是并入圖1的音頻系統(tǒng)中的、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的開關(guān)放大器的更加詳細的框圖；
[0013]圖3是圖2的開關(guān)放大器的第一部件的更加詳細的框圖；
[0014]圖4是圖2的開關(guān)放大器的第二部件的更加詳細的框圖；
[0015]圖5是圖2的開關(guān)放大器的第三部件的更加詳細的框圖；
[0016]圖6示出了處于不同操作配置的圖2的開關(guān)放大器；
[0017]圖7是根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的開關(guān)放大器的框圖；
[0018]圖8是根據(jù)本發(fā)明的進一步的實施例的開關(guān)放大器的框圖；以及
[0019]圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的開關(guān)放大器的框圖。
【具體實施方式】
[0020]參照圖1，通過數(shù)字1指定為整體的音頻系統(tǒng)包括信號源2、再現(xiàn)器單元3和至少一個揚聲器5ο
[0021]信號源2被配置成提供音頻信號SA。它可以例如但非排他性地是調(diào)諧器、立體聲或“家庭影院”系統(tǒng)、蜂窩電話或者音頻文件的再現(xiàn)器，諸如用于再現(xiàn)智能電話、平板電腦、便攜式計算機或個人計算機中包含的音頻文件的模塊。
[0022]再現(xiàn)器單元3包括接口 6和音頻放大器7，接口 6被耦合至信號源2并且被配置成將音頻信號SA轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的輸入信號ΙΙΝ+、ΙΙΝ，并且音頻放大器7被配置成通過作為輸入信號IIN+、Ιιν的函數(shù)的輸出信號V 0UT+' V0UT驅(qū)動揚聲器5。
[0023]在一個實施例中，輸入信號ΙΙΝ+、Ιιν和輸出信號V 0υτ+'νουτ是差分信號，例如，分別是差分電流和差分電壓。
[0024]揚聲器5可以例如是一組揚聲器中的元件或耳機套件的聽筒。
[0025]在一個實施例中，音頻放大器7具有圖2中以簡化方式圖示的結(jié)構(gòu)。音頻放大器7是D類開關(guān)放大器、使用均基于M0SFET半橋的兩個PWM調(diào)制器并且具有含嵌套式反饋控制環(huán)的結(jié)構(gòu)。更詳細地，音頻放大器7包括放大器級8的級聯(lián)鏈、PWM控制級10、第一 PWM調(diào)制器11a、第二 PWM調(diào)制器11b、差分反饋控制網(wǎng)絡(luò)12和共模反饋控制網(wǎng)絡(luò)13。
[0026]在圖2中用簡化方式表示的放大器級8是全差分型的。按照傳統(tǒng)，在下文中應(yīng)該理解的是，每個全差分級或結(jié)構(gòu)具有正輸入、負輸入、正輸出、負輸出和共模控制網(wǎng)絡(luò)。特別地，術(shù)語“正”和“負”在本文中以如下含義理解:正輸入的變化在正輸出上產(chǎn)生相同信號的變化并且在負輸出上產(chǎn)生相反信號的變化。負輸入的變化在負輸出上產(chǎn)生相同信號的變化并且在正輸出上產(chǎn)生相反信號的變化。顯然術(shù)語“正”和“負”可以互換。此外，每個全差分級或結(jié)構(gòu)具有共?？刂贫俗印?br>[0027]系列中的第一放大器級8被耦合至接口 6(圖2中未圖示)用于接收輸入信號IIN+、IIN。此外，每個差分級8具有分別被耦合至下一放大器級8的正輸入和負輸入的正輸出和負輸出。
[0028]系列中的最后的放大器級8具有分別被耦合至PWM控制級10的正輸入和負輸入的正輸出和負輸出，PWM控制級10具有全差分結(jié)構(gòu)并且在圖2中也用簡化方式表示。
[0029]放大器級8進一步提供有在相應(yīng)的輸出和相應(yīng)的共?？刂贫俗?a之間的共?？刂凭W(wǎng)絡(luò)14。共?？刂凭W(wǎng)絡(luò)14具有可以根據(jù)要求彼此相同或不同的相應(yīng)的阻抗ZCM+、ZCM。
[0030]也耦合至系列中的最后的放大器級8的輸出的PWM控制級10的正輸入和負輸入被分別耦合至用于接收第一參考信號Ιεκ+的第一參考發(fā)生器15a和用于接收第二參考信號ICK的第二參考發(fā)生器15b。在一個實施例中，參考信號是具有開關(guān)頻率并通過PWM控制級10集成的方波電流。在不同的實施例(未圖示)中，參考信號可以是分別具有等于直接提供至第一 PWM調(diào)制器11a和第二 PWM調(diào)制器lib的開關(guān)頻率的頻率的鋸齒電壓。此夕卜，參考信號(不管是方波的還是鋸齒的)可以以反相提供用于執(zhí)行異相類型的調(diào)制，否則以同相提供，用于執(zhí)行同相類型的調(diào)制。
[0031]PWM控制級10的負輸出和正輸出被分別耦合至第一 PWM調(diào)制器11a和第二 PWM調(diào)制器11b，并且分別提供第一 PWM控制信號SPWM+和第二 PWM控制信號S PWM。第一 PWM控制信號SPWM+和第二 PWM控制信號S剛分別引起第一 PWM調(diào)制信號11a的和第二 PWM調(diào)制信號lib的處于參考信號IeK+、ICK的頻率且具有作為輸入信號I IN+、IIN的函數(shù)的占空比的開關(guān)。
[0032]第一輸出濾波器16a被連接在第一 PWM調(diào)制器11a的輸出與第一輸出端子18a之間并且包括第一 LC網(wǎng)絡(luò)。第二輸出濾波器16b被耦合在第二 PWM調(diào)制器lib的輸出與第二輸出端子18b之間并且包括第二 LC網(wǎng)絡(luò)。揚聲器5被耦合在輸出18a、18b之間并且限定了音頻放大器7的負載。
[0033]差分反饋控制網(wǎng)絡(luò)12具有:反饋支路20a，其具有阻抗ZD1+并且從第一 PWM調(diào)制器11a的輸出拾取反饋信號(在第一輸出濾波器16a的上游)且被耦合至PWM控制級10的正輸入；反饋支路20b，其具有阻抗ZD1并且從第二 PWM調(diào)制器lib的輸出拾取反饋信號(在第二輸出濾波器16b的上游)且被耦合至PWM控制級10的負輸入；多個反饋支路21a，其具有相應(yīng)的阻抗ZD2+并且被親合至第一輸出端子18a(在第一輸出濾波器16a的下游)且均被耦合至相應(yīng)的放大器級8的正輸入；和多個反饋支路21b，其具有相應(yīng)的阻抗ZD2并且被親合至第二輸出端子18b (在第二輸出濾波器16b的下游)且均被親合至相應(yīng)的放大器級8的負輸入。
[0034]差分反饋控制網(wǎng)絡(luò)12因此提供了嵌套式反饋環(huán)結(jié)構(gòu)。
[0035]共模反饋控制網(wǎng)絡(luò)13包括第一 PWM調(diào)制器11a和第二 PWM調(diào)制器lib并且被配置成拾取PWM控制級10的輸出與輸出端子18a、18b之間的反饋信號且將共模控制信號SCMFB提供至PWM控制級10的共?？刂贫俗?0a，用于維持PWM控制級10的共模電壓基本恒定。
[0036]在一個實施例中，共模反饋控制網(wǎng)絡(luò)13包括限幅控制環(huán)23、內(nèi)控制環(huán)24和外控制環(huán)25。
[0037]限幅控制環(huán)23具有:支路23a，其具有阻抗ΖεΜ1+并且在PWM控制級10的負輸出與它的共模控制端子10a之間；和支路23b，其具有阻抗ΖεΜ1并且在PWM控制級10的正輸出與它的共?？刂贫俗?0a之間。限幅控制環(huán)23因此拾取在PWM調(diào)制器11a、lib的上游的限幅反饋信號sFBS+、sFBS。
[0038]內(nèi)控制環(huán)24具有:支路24a，其具有阻抗ZeM2+并且在第一 PWM調(diào)制器11a的輸出與PWM控制級10的共?？刂贫俗?0a之間；和支路24b，其具有阻抗ΖεΜ2并且在第二 PWM調(diào)制器lib的輸出與共模控制端子10a之間。內(nèi)控制環(huán)24因此在輸出濾波器16a、16b的內(nèi)部并且拾取在PWM調(diào)制器11a、lib的下游的內(nèi)限幅反饋信號SFBI+、SFBI。
[0039]外控制環(huán)25具有:支路25a，其具有阻抗ΖεΜ3+并且在第一輸出端子18a與共?？刂贫俗?0a之間；和支路25b，其具有阻抗ZeM3并且在第二輸出端子18b與共?？刂贫俗?0a之間。外控制環(huán)25因此在輸出濾波器16a、16b的外部并且拾取不但在PWM調(diào)制器11a、lib的下游而且在輸出濾波器16a、16b的下游的外限幅反饋信號SF_、SFB0。
[0040]在圖2中描述和圖示的實施例中，限幅反饋信號SFBS+、SFBS與PWM控制信號S PWM+、SPWM 一致，內(nèi)限幅反饋信號SFBI+、SFBI與由PWM調(diào)制器lla、llb提供的信號一致，