專利名稱：具有脈沖寬度調(diào)制和反饋的d類音頻放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻信號(hào)處理，尤其是指一種包括用于音頻信號(hào)放大和其他音頻信號(hào)處理的D類放大器的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
D類音頻放大器的效率比線性放大器，例如A/B放大器高，由于其輸出部分在開(kāi)關(guān)模式下工作，因此將功率消耗最小化。由輸出級(jí)產(chǎn)生的矩形波形可以用于對(duì)音頻揚(yáng)聲器供電。有時(shí)候，在輸出級(jí)和音頻揚(yáng)聲器之間增加額外的濾波器。濾波后的信號(hào)是放大后的輸入音頻信號(hào)。
音頻信號(hào)是數(shù)字格式，并且由系統(tǒng)解碼器對(duì)數(shù)字格式的音頻信號(hào)進(jìn)行解碼已經(jīng)越來(lái)越普遍。數(shù)字音頻信號(hào)被包括D類音頻放大器的音頻處理系統(tǒng)處理，從而產(chǎn)生高功率的音頻信號(hào)以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。
根據(jù)圖1A中所示的傳統(tǒng)方法，音頻處理系統(tǒng)包括高分辨率/高速的D/A轉(zhuǎn)換器和閉環(huán)的D類音頻放大器。需用高分辨率/高速的D/A轉(zhuǎn)換器將音頻信號(hào)從數(shù)字格式轉(zhuǎn)換為模擬格式。然后D類音頻放大器放大模擬音頻信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。這種方法能夠獲得失真很低的音頻輸出。但是這種方法的缺點(diǎn)在于，音頻放大器的模擬音頻輸入易受到噪音影響，從而降低了輸出信號(hào)的質(zhì)量。
根據(jù)圖1B中所示的另外一種傳統(tǒng)方法，音頻處理系統(tǒng)包括復(fù)雜的脈沖寬度調(diào)制器(PWM)，高分辨率/高速的D/A轉(zhuǎn)換器和開(kāi)環(huán)的功率級(jí)(powerstage)。首先，PWM調(diào)制器將音頻信號(hào)從數(shù)字格式轉(zhuǎn)換為PWM格式。為了改善輸出開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)中的電源抑制比(power-supply rejection ratio，PSRR)和克服非線性失真，輸出信號(hào)必須通過(guò)高速和高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器反饋到PWM調(diào)制器。這種方法避免了與模擬音頻輸入信號(hào)有關(guān)的噪音。然而，復(fù)雜PWM調(diào)制器與高速A/D轉(zhuǎn)換器都是成本高的元件。
因此，需要更加簡(jiǎn)單的解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)D類音頻放大器應(yīng)用中的高質(zhì)量輸出信號(hào)和噪音干擾的最小化。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種方法，包括提供數(shù)字音頻信號(hào)；通過(guò)開(kāi)環(huán)的PWM調(diào)制器，從所述數(shù)字音頻信號(hào)獲得脈沖寬度調(diào)制信號(hào)即PWM信號(hào)，并將所述PWM信號(hào)輸入到包括至少一個(gè)輸出級(jí)的D類音頻放大器；通過(guò)所述D類音頻放大器，從所述PWM信號(hào)得到放大的音頻信號(hào)；將所述放大的音頻信號(hào)連接到負(fù)載；其中根據(jù)所述放大的音頻信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)所述輸出級(jí)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
上述方法中，所述D類音頻放大器可包括高速比較器；至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器；至少一個(gè)逆變驅(qū)動(dòng)器；至少一個(gè)由兩個(gè)功率器件組成的輸出級(jí)；以及至少一個(gè)反饋環(huán)路，位于所述輸出級(jí)與所述高速比較器的一個(gè)輸入端子之間。
上述方法中，所述功率器件可以是MOSFET晶體管。
上述方法中，所述D類音頻放大器還可包括至少一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)，耦接在所述負(fù)載的一個(gè)端子與所述高速比較器的一個(gè)輸入端子之間。
本發(fā)明還提供了一種方法，包括提供數(shù)字音頻信號(hào)；通過(guò)開(kāi)環(huán)的PWM調(diào)制器，從所述數(shù)字音頻信號(hào)獲得PWM信號(hào)，并將所述PWM信號(hào)輸入到有至少一個(gè)輸出級(jí)的D類音頻放大器；通過(guò)所述D類音頻放大器，從所述PWM信號(hào)獲得放大的音頻信號(hào)；過(guò)濾所述放大的音頻信號(hào)，以獲得輸出信號(hào)；將所述輸出信號(hào)連接到負(fù)載；其中根據(jù)所述放大的音頻信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)所述輸出級(jí)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
上述方法中，所述D類音頻放大器可包括高速比較器；至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器；至少一個(gè)逆變驅(qū)動(dòng)器；至少一個(gè)由兩個(gè)功率器件組成的輸出級(jí)；至少一個(gè)低通濾波器；以及至少一個(gè)反饋環(huán)路，位于所述輸出級(jí)與所述高速比較器的一個(gè)輸入端子之間。
上述方法中，所述功率器件可以是MOSFET晶體管。
上述方法中，所述D類音頻放大器還可包括至少一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)，耦接在所述負(fù)載的一個(gè)端子與所述高速比較器的輸入端子之間。
本發(fā)明還提供了一種系統(tǒng)，包括數(shù)字音頻信號(hào)；開(kāi)環(huán)PWM調(diào)制器；D類音頻放大器，其中所述放大器的輸入級(jí)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作是根據(jù)其輸出信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)的；以及負(fù)載。
上述系統(tǒng)中，所述D類音頻放大器可包括高速比較器；至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器；至少一個(gè)逆變驅(qū)動(dòng)器；至少一個(gè)由兩個(gè)功率器件組成的輸出級(jí)；以及至少一個(gè)反饋環(huán)路，位于所述輸出級(jí)與所述高速比較器的一個(gè)輸入端子之間。
上述系統(tǒng)中，所述功率器件可以是MOSFET晶體管。
上述系統(tǒng)中，所述D類音頻放大器還可包括至少一個(gè)RC反饋環(huán)路，耦接在所述負(fù)載的一個(gè)端子與所述高速比較器的輸入端子之間。
上述系統(tǒng)中，所述D類音頻放大器還可包括至少一個(gè)低通濾波器，耦接在所述輸出級(jí)與所述負(fù)載之間。
上述系統(tǒng)中，所述D類音頻放大器還包括至少一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)，耦接在所述負(fù)載的一個(gè)端子與所述高速比較器的輸入端子之間。
本發(fā)明還提供了一種用于將脈沖寬度調(diào)制數(shù)字輸入信號(hào)即PWM數(shù)字輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬輸出信號(hào)的設(shè)備，包括DC電源；輸入級(jí)，接收所述PWM數(shù)字輸入信號(hào)；至少一個(gè)輸出級(jí)；以及負(fù)載，具有第一端子和第二端子；其中所述輸出級(jí)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作是根據(jù)其輸出信號(hào)調(diào)節(jié)的。
上述設(shè)備中，所述輸入級(jí)可包括高速比較器。
上述設(shè)備中，所述輸入級(jí)可包括用于所述PWM數(shù)字輸入信號(hào)的緩沖器。
上述設(shè)備中，所述輸出級(jí)與所述輸入級(jí)之間可存在反饋環(huán)路。
上述設(shè)備中，所述負(fù)載的一個(gè)端子與所述輸入級(jí)之間可存在反饋環(huán)路。
上述設(shè)備中，所述負(fù)載的第一端子可直接耦接到所述輸出級(jí)。
上述設(shè)備中，所述負(fù)載的第一端子可通過(guò)低通LC濾波器耦接到所述輸出級(jí)。
上述設(shè)備中，所述負(fù)載的第一端子可通過(guò)低通LC濾波器和隔直電容耦接到所述輸出級(jí)。
上述設(shè)備中，所述負(fù)載的第二端子可接地。
上述設(shè)備中，所述負(fù)載的第二端子可耦接所述DC電源的中點(diǎn)。
上述設(shè)備中，所述輸入級(jí)的輸入端子可耦接到所述PWM數(shù)字輸入信號(hào)的同相輸入端和反相輸入端，并且還耦接到來(lái)自所述輸出級(jí)的反饋信號(hào)。
上述設(shè)備中，所述輸入級(jí)可接收來(lái)自于所述DC電源的中點(diǎn)的第二反饋信號(hào)。
上述設(shè)備中，所述輸出級(jí)可包括半橋結(jié)構(gòu)的兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)，所述功率開(kāi)關(guān)根據(jù)所述輸入級(jí)的輸出信號(hào)互補(bǔ)地開(kāi)啟和關(guān)閉。
上述設(shè)備中，所述功率開(kāi)關(guān)可以是MOSFET晶體管。
上述設(shè)備中，所述模擬輸出信號(hào)可以是電流信號(hào)。
上述設(shè)備中，所述模擬輸出信號(hào)可以是電壓信號(hào)。
上述設(shè)備中，所述模擬輸出信號(hào)可以是功率信號(hào)。
上述設(shè)備中，所述輸出級(jí)包括全橋結(jié)構(gòu)的四個(gè)功率開(kāi)關(guān)。
上述設(shè)備中，所述全橋結(jié)構(gòu)的對(duì)角上的一對(duì)所述功率開(kāi)關(guān)是可根據(jù)所述輸入級(jí)的輸出信號(hào)的狀態(tài)而開(kāi)啟和關(guān)閉的。
上述設(shè)備中，所述功率開(kāi)關(guān)可以是MOSFET晶體管。
上述設(shè)備中，所述負(fù)載可以是揚(yáng)聲器。
本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)D類音頻放大器應(yīng)用中的高質(zhì)量輸出信號(hào)和噪音干擾的最小化。


下列附圖示出了本發(fā)明的一些實(shí)施例。這些附圖和實(shí)施例以非限制和非窮舉的方式提供了本發(fā)明的實(shí)例。
圖1A為現(xiàn)有技術(shù)的D類放大器。
圖1B為現(xiàn)有技術(shù)的另外一個(gè)D類放大器。
圖2為本發(fā)明的電路模塊圖。
圖3A為本發(fā)明D類音頻放大器的一個(gè)實(shí)例。
圖3B為圖3A中電路的工作波形。
圖4為本發(fā)明D類音頻放大器的第二個(gè)實(shí)例。
圖5為本發(fā)明D類音頻放大器的第三個(gè)實(shí)例。
圖6A為輸入緩沖器的一個(gè)實(shí)例。
圖6B為PWM波形圖。
具體實(shí)施例方式
這里詳細(xì)描述一種系統(tǒng)和方法的實(shí)施例，該實(shí)施例利用音頻放大器及其周邊電路實(shí)現(xiàn)高效的音頻信號(hào)放大和進(jìn)行其他音頻信號(hào)處理。音頻放大器接收數(shù)字PWM音頻信號(hào)，并且在該音頻放大器內(nèi)部有反饋環(huán)路反饋輸出信號(hào)，能排除PWM調(diào)制器和A/D轉(zhuǎn)換。這同樣使得從系統(tǒng)到放大器的信號(hào)路徑的噪音干擾最小化。在接下來(lái)的說(shuō)明中，一些具體的細(xì)節(jié)，例如實(shí)例電路和這些電路元件的實(shí)例值，都用于對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例提供透徹的理解。然而本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，即使在缺少一個(gè)或多個(gè)細(xì)節(jié)或者借助其他方法、元件、材料等等的情況下，本發(fā)明也可以實(shí)施。
本文將結(jié)合示例性和說(shuō)明性的系統(tǒng)、電路和方法來(lái)說(shuō)明以下實(shí)施例。在各實(shí)施例中，上述問(wèn)題都被減少或消除了，而其他實(shí)施例則涉及其他改進(jìn)。
本發(fā)明涉及一種高效率音頻信號(hào)放大的電路和方法。所提出的電路將數(shù)字格式的音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為PWM音頻信號(hào)，然后放大該P(yáng)WM音頻信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。本發(fā)明不需要從放大器的輸出端子反饋任何信號(hào)到PWM調(diào)制器。
圖2為本發(fā)明的電路框圖。數(shù)字格式的音頻信號(hào)由簡(jiǎn)單的線性PWM調(diào)制器轉(zhuǎn)換成PWM音頻信號(hào)。這個(gè)線性PWM調(diào)制器是開(kāi)環(huán)的，并不需要任何反饋控制。PWM音頻信號(hào)輸入到D類音頻放大器，該D類音頻放大器至少具有一個(gè)反饋環(huán)路。放大器的輸出端子與負(fù)載如揚(yáng)聲器連接。
圖3A為本發(fā)明D類音頻放大器的一個(gè)實(shí)例，其波形示于圖3B中。PWM音頻輸入信號(hào)通過(guò)電容C1和電阻R1與高速比較器CMP1的反相輸入端耦接。C1是隔直電容。CMP1的同相輸入端耦接偏置電壓VCC/2，其中VCC是功率級(jí)的供電電源。CMP1的兩個(gè)輸出端通過(guò)電容C2彼此耦接。CMP1的輸出信號(hào)通過(guò)柵極驅(qū)動(dòng)電路DR1和DR2驅(qū)動(dòng)輸出開(kāi)關(guān)M1和M2。M1與CMP1的輸出信號(hào)同相進(jìn)行開(kāi)關(guān)，M2與M1互補(bǔ)地進(jìn)行開(kāi)關(guān)，并且在M1與M2的開(kāi)啟狀態(tài)之間有一些死區(qū)時(shí)間。需用死區(qū)時(shí)間來(lái)防止擊穿。然而，為了能夠?qū)⑤敵鍪д婧凸β蕮p耗最小化，死區(qū)時(shí)間必須最小化。
音頻放大器的輸出通過(guò)電阻R2被反饋到CMP1的反相輸入端子。VIN、VCC、R2、C2和CMP1的輸入滯后決定音頻放大器的開(kāi)關(guān)頻率。音頻放大器的輸出端子SW通過(guò)由Lf和Cf組成的低通濾波器以及隔直電容CDC與輸出揚(yáng)聲器Rspeaker連接。如果在SW節(jié)點(diǎn)的開(kāi)關(guān)頻率足夠高，這個(gè)低通濾波器可以被排除。揚(yáng)聲器Rspeaker耦接在輸出端子OUT與地之間。在此電路中，fSW可能不等于PWM信號(hào)的頻率FPWM。音頻放大器的增益是由R2/R1之比確定的，PWM音頻幅值能夠改變VOUT幅值。此外，RC反饋環(huán)路ZH能被用于耦接OUT和CMP1的反相輸入端，以改善總諧波失真(total harmonic distortion，THD)。
圖4為本發(fā)明D類音頻放大器的第二個(gè)實(shí)例。圖3A與圖4的電路之間有一些差別。在圖4中，輸出揚(yáng)聲器耦接在LC輸出濾波器與供電電源軌(power supply rail)的中點(diǎn)之間，并且沒(méi)有隔直電容與揚(yáng)聲器串聯(lián)。PWM音頻輸入信號(hào)差分輸入到輸入比較器CMP1，并且音頻輸出也差分反饋到CMP1。CMP1的反相輸入端通過(guò)R1和C1耦接同相輸入信號(hào)，并通過(guò)R2連接來(lái)自輸出節(jié)點(diǎn)SW的輸出反饋信號(hào)；而CMP1同相輸入端通過(guò)R1’和C1’連接反相輸入信號(hào)和來(lái)自供電電源軌中點(diǎn)的輸出反饋信號(hào)。這種結(jié)構(gòu)改善了音頻放大器的信噪比，減輕了在音頻放大器飽和時(shí)潛在的電源電壓“泵升”(pumping)的問(wèn)題。如果在節(jié)點(diǎn)SW的開(kāi)關(guān)頻率fSW足夠的高，低通濾波器可以被排除。電容CDC1和CDC2的容值都等于CDC/2.
在一個(gè)實(shí)施例中，R1＝R1’，R2＝R2’，C1＝C1’。開(kāi)關(guān)頻率是由R1、R2、C1、VIN、VDD和CMP1的輸入滯后決定的。音頻放大器的增益是由R2/R1之比決定的。然而，開(kāi)關(guān)頻率可能不等于PWM信號(hào)的頻率FPWM。理想的是，(VCC-VMID)的平均值等于(VMID-VSS)的平均值。如果VMID被強(qiáng)制等于零，VCC等于-VSS，電路可以應(yīng)用在分塊電源(split-supply)結(jié)構(gòu)中。
圖5為本發(fā)明D類音頻放大器的第三個(gè)實(shí)例。該實(shí)例具有全橋結(jié)構(gòu)的4開(kāi)關(guān)輸出級(jí)，與圖3A和圖4相比，該實(shí)例需要額外的兩個(gè)開(kāi)關(guān)和對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器。給定的電源電壓VDD的可用輸出功率乘四倍。在低壓供電軌例如5V或者12V的線路中，這種拓?fù)浜芷毡?。在電路中，輸入信?hào)差分輸入到比較器CMP1，輸出信號(hào)差分反饋到比較器，這點(diǎn)與圖4相似。CMP1的輸出信號(hào)通過(guò)柵極驅(qū)動(dòng)電路DR1、DR2、DR3和DR4分別驅(qū)動(dòng)輸出開(kāi)關(guān)M1、M2、M3和M4。M1和M4與CMP1的輸出信號(hào)同相進(jìn)行開(kāi)關(guān)，而M2和M3與CMP1輸出信號(hào)互補(bǔ)地進(jìn)行開(kāi)關(guān)。因此，SW1與CMP1的輸出信號(hào)同相，SW2與CMP1的輸出信號(hào)互補(bǔ)。死區(qū)時(shí)間存在于M1與M2的“開(kāi)啟”狀態(tài)之間以及M3與M4的“開(kāi)啟”狀態(tài)之間，以防止擊穿。這些死區(qū)時(shí)間必須最小化，以減少與MOSFET開(kāi)關(guān)的體二極管相關(guān)的總諧波失真(THD)和功率損耗。SW1通過(guò)低通濾波器L1和CF1耦接揚(yáng)聲器的正節(jié)點(diǎn)OUT+；SW2通過(guò)另一個(gè)低通濾波器L2和CF2耦接揚(yáng)聲器的負(fù)節(jié)點(diǎn)OUT-。差分濾波器電容CF3位于OUT+與OUT-之間。CMP1的同相輸入端通過(guò)R1和C1連接反相輸入音頻信號(hào)，并通過(guò)R2連接來(lái)自SW1的反饋信號(hào)；而CMP1的反相輸入端通過(guò)R1’和C1’連接同相輸入音頻信號(hào)，并通過(guò)R2’連接來(lái)自SW2的反饋信號(hào)。推薦使得L1＝L2，CF1＝CF2，R1＝R1’，R2＝R2’，C1＝C1’。
在圖5的電路中，fsw1與fsw2基本相等，且由R1、R2、VIN、C1和VDD決定。開(kāi)關(guān)頻率可能不等于PWM信號(hào)的頻率FPWM。音頻放大器的增益由R2/R1之比決定。為了改善THD，可以應(yīng)用RC反饋環(huán)路ZH連接OUT+和CMP1的反相端子，同時(shí)應(yīng)用另一個(gè)RC反饋環(huán)路ZH’連接OUT-和CMP1的同相端子。
在上述的電路中，輸入的PWM信號(hào)的幅值可能影響輸出信號(hào)，而輸入信號(hào)的噪音干擾(glitch)可能影響輸出信號(hào)的質(zhì)量。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在每個(gè)放大器的輸入端前增加如圖6A中所示的額外的輸入緩沖級(jí)，以產(chǎn)生具有固定幅值的無(wú)噪音的PWM波形，如圖6B中所示。在這個(gè)電路中，使用施密特觸發(fā)器消除噪音。必須適當(dāng)設(shè)定柵極的輸入閾值以濾掉噪音干擾。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用簡(jiǎn)單的線性PWM調(diào)制器將數(shù)字格式的音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為PWM音頻信號(hào)。線性PWM調(diào)制器是開(kāi)環(huán)的，而且不需要任何反饋控制或者A/D轉(zhuǎn)換器。通過(guò)至少具有一個(gè)反饋環(huán)路的D類音頻放大器將PWM音頻信號(hào)放大，然后輸送給揚(yáng)聲器。由于將PWM信號(hào)，而不是模擬信號(hào)，用作放大器的輸入信號(hào)，因此使得噪音最小化。同樣，本發(fā)明也不需要具有反饋控制的復(fù)雜PWM調(diào)制器和連接復(fù)雜PWM調(diào)制器的輸出端子的高速A/D轉(zhuǎn)換器。這樣要遠(yuǎn)為簡(jiǎn)單并且成本更低。在本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例中，D類音頻放大器包括高速比較器、驅(qū)動(dòng)器、功率輸出開(kāi)關(guān)設(shè)備、至少一個(gè)反饋環(huán)路和負(fù)載。
上述本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)和應(yīng)用僅僅是示例性的，并不是要限定本發(fā)明的范圍。對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例進(jìn)行變化和修改都是可能的，并且對(duì)實(shí)施例中各種元件的可行的替代方案和等同方案是公知的。對(duì)本發(fā)明所公開(kāi)的實(shí)施例的其他變化和修改并不超出本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括提供數(shù)字音頻信號(hào)；通過(guò)開(kāi)環(huán)的PWM調(diào)制器，從所述數(shù)字音頻信號(hào)獲得脈沖寬度調(diào)制信號(hào)即PWM信號(hào)，并將所述PWM信號(hào)輸入到包括至少一個(gè)輸出級(jí)的D類音頻放大器；通過(guò)所述D類音頻放大器，從所述PWM信號(hào)得到放大的音頻信號(hào)；將所述放大的音頻信號(hào)連接到負(fù)載；其中根據(jù)所述放大的音頻信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)所述輸出級(jí)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述D類音頻放大器包括高速比較器；至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器；至少一個(gè)逆變驅(qū)動(dòng)器；至少一個(gè)由兩個(gè)功率器件組成的輸出級(jí)；以及至少一個(gè)反饋環(huán)路，位于所述輸出級(jí)與所述高速比較器的一個(gè)輸入端子之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述功率器件是MOSFET晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述D類音頻放大器還包括至少一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)，耦接在所述負(fù)載的一個(gè)端子與所述高速比較器的一個(gè)輸入端子之間。
5.一種方法，包括提供數(shù)字音頻信號(hào)；通過(guò)開(kāi)環(huán)的PWM調(diào)制器，從所述數(shù)字音頻信號(hào)獲得PWM信號(hào)，并將所述PWM信號(hào)輸入到有至少一個(gè)輸出級(jí)的D類音頻放大器；通過(guò)所述D類音頻放大器，從所述PWM信號(hào)獲得放大的音頻信號(hào)；過(guò)濾所述放大的音頻信號(hào)，以獲得輸出信號(hào)；將所述輸出信號(hào)連接到負(fù)載；其中根據(jù)所述放大的音頻信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)所述輸出級(jí)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述D類音頻放大器包括高速比較器；至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器；至少一個(gè)逆變驅(qū)動(dòng)器；至少一個(gè)由兩個(gè)功率器件組成的輸出級(jí)；至少一個(gè)低通濾波器；以及至少一個(gè)反饋環(huán)路，位于所述輸出級(jí)與所述高速比較器的一個(gè)輸入端子之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述功率器件是MOSFET晶體管。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述D類音頻放大器還包括至少一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)，耦接在所述負(fù)載的一個(gè)端子與所述高速比較器的輸入端子之間。
9.一種系統(tǒng)，包括數(shù)字音頻信號(hào)；開(kāi)環(huán)PWM調(diào)制器；D類音頻放大器，其中所述放大器的輸入級(jí)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作是根據(jù)其輸出信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)的；以及負(fù)載。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述D類音頻放大器包括高速比較器；至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器；至少一個(gè)逆變驅(qū)動(dòng)器；至少一個(gè)由兩個(gè)功率器件組成的輸出級(jí)；以及至少一個(gè)反饋環(huán)路，位于所述輸出級(jí)與所述高速比較器的一個(gè)輸入端子之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述功率器件是MOSFET晶體管。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述D類音頻放大器還包括至少一個(gè)RC反饋環(huán)路，耦接在所述負(fù)載的一個(gè)端子與所述高速比較器的輸入端子之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述D類音頻放大器還包括至少一個(gè)低通濾波器，耦接在所述輸出級(jí)與所述負(fù)載之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述D類音頻放大器還包括至少一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)，耦接在所述負(fù)載的一個(gè)端子與所述高速比較器的輸入端子之間。
15.一種用于將脈沖寬度調(diào)制數(shù)字輸入信號(hào)即PWM數(shù)字輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬輸出信號(hào)的設(shè)備，包括DC電源；輸入級(jí)，接收所述PWM數(shù)字輸入信號(hào)；至少一個(gè)輸出級(jí)；以及負(fù)載，具有第一端子和第二端子；其中所述輸出級(jí)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作是根據(jù)其輸出信號(hào)調(diào)節(jié)的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述輸入級(jí)包括高速比較器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述輸入級(jí)包括用于所述PWM數(shù)字輸入信號(hào)的緩沖器。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述輸出級(jí)與所述輸入級(jí)之間存在反饋環(huán)路。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述負(fù)載的一個(gè)端子與所述輸入級(jí)之間存在反饋環(huán)路。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述負(fù)載的第一端子直接耦接到所述輸出級(jí)。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述負(fù)載的第一端子通過(guò)低通LC濾波器耦接到所述輸出級(jí)。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述負(fù)載的第一端子通過(guò)低通LC濾波器和隔直電容耦接到所述輸出級(jí)。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述負(fù)載的第二端子接地。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述負(fù)載的第二端子耦接所述DC電源的中點(diǎn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述輸入級(jí)的輸入端子耦接到所述PWM數(shù)字輸入信號(hào)的同相輸入端和反相輸入端，并且還耦接到來(lái)自所述輸出級(jí)的反饋信號(hào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述輸入級(jí)接收來(lái)自于所述DC電源的中點(diǎn)的第二反饋信號(hào)。
27.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述輸出級(jí)包括半橋結(jié)構(gòu)的兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)，所述功率開(kāi)關(guān)根據(jù)所述輸入級(jí)的輸出信號(hào)互補(bǔ)地開(kāi)啟和關(guān)閉。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述功率開(kāi)關(guān)是MOSFET晶體管。
29.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述模擬輸出信號(hào)是電流信號(hào)。
30.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述模擬輸出信號(hào)是電壓信號(hào)。
31.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述模擬輸出信號(hào)是功率信號(hào)。
32.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述輸出級(jí)包括全橋結(jié)構(gòu)的四個(gè)功率開(kāi)關(guān)。
33.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述全橋結(jié)構(gòu)的對(duì)角上的一對(duì)所述功率開(kāi)關(guān)是根據(jù)所述輸入級(jí)的輸出信號(hào)的狀態(tài)而開(kāi)啟和關(guān)閉的。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述功率開(kāi)關(guān)是MOSFET晶體管。
35.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述負(fù)載是揚(yáng)聲器。
全文摘要
本發(fā)明提出了用于放大數(shù)字音頻信號(hào)以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的方法和系統(tǒng)。首先，通過(guò)開(kāi)路的線性PWM調(diào)制器將數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為PWM音頻信號(hào)。隨后，通過(guò)具有至少一個(gè)具有反饋環(huán)路的D類音頻放大器來(lái)放大PWM音頻信號(hào)。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)D類音頻放大器應(yīng)用中的高質(zhì)量輸出信號(hào)和噪音干擾的最小化。
文檔編號(hào)H04R3/00GK101034875SQ200710085689
公開(kāi)日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月7日
發(fā)明者陳偉 申請(qǐng)人:美國(guó)芯源系統(tǒng)股份有限公司