[發(fā)明專利]差分輸入D類放大器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610132053.4
• 申請(qǐng)日: 2006-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN101127510A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃夏秀;方維賢;江天佑;黃秋源
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社;松下半導(dǎo)體亞洲私人有限公司
• 主分類號(hào): H03F3/217
• 分類號(hào): H03F3/217;H03F1/32;H03F1/30
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 王瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種脈寬調(diào)制放大器電路，更具體地，涉及一種差分輸入D類電路，其中在電源供應(yīng)抑制比(PSRR)、噪聲和總諧波失真(THD)方面，實(shí)現(xiàn)了良好的電路性能。

背景技術(shù)

市場(chǎng)上的大多數(shù)音頻功率放大器是基于AB類放大器的。這種結(jié)構(gòu)提供非常好的總諧波失真加噪聲(THD+N)性能，以及相當(dāng)?shù)偷撵o態(tài)電流。但是，AB類推挽式放大器效率不高，只能達(dá)到大約60％的效率，這不僅導(dǎo)致功率損失，還需要向功率放大器設(shè)置附加的大體積散熱器。

隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，可以制造集成D類音頻功率放大器了。D類放大器的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是效率，可達(dá)到90％以上。通過在功率晶體管處的最大信號(hào)擺幅來實(shí)現(xiàn)高效率。在傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單D類放大器系統(tǒng)中，將諸如音樂信號(hào)的模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，然后該脈沖信號(hào)被分路，并通過電平移動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)器級(jí)來驅(qū)動(dòng)輸出功率晶體管。通過低通濾波器將放大器的輸出端與負(fù)載的輸入端相連，例如揚(yáng)聲器。很多D類放大器使用脈寬調(diào)制器來產(chǎn)生脈沖序列，該脈沖序列與音頻信號(hào)的幅度成比例地變化脈沖寬度。但是，一些D類放大器也可以用其它類型的脈沖調(diào)制器來配置，例如，脈沖密度(pulse?density)調(diào)制器和自激振蕩調(diào)制器。

圖1中給出具有反饋電路的平衡無變壓器(BTL)D類放大器100，其包括前置放大器12、求和放大器14、三角波發(fā)生器24、濾波器20、比較器22、鎖存器28和輸出級(jí)16。在輸出模擬信號(hào)通過前置放大器12之后，將其施加到求和放大器14的正相端口。將輸出信號(hào)反饋到求和放大器14的負(fù)相端口。從求和放大器14產(chǎn)生的信號(hào)通過濾波器20，接著被施加到比較器22的正相輸入。由三角波發(fā)生器24產(chǎn)生比較器22的負(fù)相輸入。因此，當(dāng)輸出信號(hào)高于三角波25的值時(shí)，比較器22的輸出是高電平，而當(dāng)輸出信號(hào)低于三角波25的值時(shí)，比較器22的輸出是低電平。比較器22的輸出是具有與瞬時(shí)輸入信號(hào)電平成比例的占空因數(shù)的脈沖序列。向鎖存器28輸入該脈沖序列，鎖存器28將該單端比較器輸出轉(zhuǎn)換成到輸出級(jí)16的差分信號(hào)輸入，該差分信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器18。鎖存器28要保證不出現(xiàn)可能發(fā)生在比較器狀態(tài)轉(zhuǎn)移的頻率范圍中的高頻振蕩。鎖存器28還保證驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)16的兩個(gè)脈沖決不會(huì)交迭。

以上具有反饋電路的BTL?D類放大器的一個(gè)缺點(diǎn)是其輸入端口配置，該輸入端口配置只與單端音頻源兼容，而不能用于差分輸入音頻源。

為克服該缺點(diǎn)，一種方法是設(shè)計(jì)具有差分輸入的D類放大器。必須提出一種具有良好系統(tǒng)穩(wěn)定性的簡(jiǎn)單的新結(jié)構(gòu)，來提供良好的噪聲、總諧波失真加噪聲(THD)和電源紋波抑制(PSRR)性能。

全差分誤差放大器

圖2中示出在許多公開中眾所周知的差分放大器。通過適當(dāng)設(shè)定R1?701、R2?702、R3?703和R4?704的值，來獲得差分增益。但是，這種普遍使用的差分放大器不能用于差分輸出應(yīng)用。因此，必須設(shè)計(jì)全差分誤差放大器，來用適當(dāng)?shù)闹绷髌迷O(shè)計(jì)，滿足差分輸入信號(hào)、差分輸出信號(hào)和差分反饋信號(hào)的要求。

噗聲(pop)噪聲抑制

在包括D類放大器電路的音頻放大器電路中，當(dāng)打開電源時(shí)，通常產(chǎn)生令人不快的異常聲音，稱作噗聲噪聲，在更加糟糕的情況中，所產(chǎn)生的噗聲噪聲可能觸發(fā)過電流保護(hù)電路。

對(duì)于差分D類放大器結(jié)構(gòu)，噗聲噪聲的起因變化不一。在圖7a中所提出的差分輸入D類放大器中，在沒有抗噗聲噪聲技術(shù)的情況下，當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，第一偏置電壓603從0V上升。因?yàn)獒槍?duì)不同塊的偏置電壓沒有足夠高到使D類放大器正常工作，所以無法穩(wěn)定地限定從全差分誤差放大器280的差分輸出，即第一誤差信號(hào)281和第二誤差信號(hào)282。這兩個(gè)信號(hào)在高電平與低電平之間隨機(jī)振蕩。從而在揚(yáng)聲器處聽見蜂鳴噪聲或噗聲噪聲。

由于相同原因，在關(guān)閉的情況下，當(dāng)不同塊的偏置電壓跌落到D類放大器無法正常工作的電平時(shí)，在揚(yáng)聲器處聽見蜂鳴噪聲或噗聲噪聲。

因此，必須提出一種方法來去除啟動(dòng)或關(guān)閉期間的噗聲噪聲。

發(fā)明內(nèi)容

差分輸入D類放大器

本發(fā)明的目的是提出一種新的簡(jiǎn)單差分輸入D類結(jié)構(gòu)，其具有良好的系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能，特別是在噪聲、THD和PSRR方面。另外，使用外部控制開關(guān)，可以將這種新結(jié)構(gòu)配置成無輸出變壓器(OTL)模式。在本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)了“全差分”的概念，這為差分輸入D類音頻放大器帶來出眾性能。