[發明專利]高階多路反饋結構的高性能D類音頻功率放大器

無效

• 申請號: 200910097235.6
• 申請日: 2009-03-27
• 公開（公告）號: CN101847968A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 黃偉;馬成炎;葉甜春
• 申請（專利權）人: 杭州中科微電子有限公司
• 主分類號: H03F3/217
• 分類號: H03F3/217;H03F1/32;H03F1/26
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 王鑫康

技術領域

本發明涉及一種D類音頻功率放大器，特別是涉及采用高階多路反饋回路結構的高性能D類音頻功率放大器。

背景技術

相比于傳統線性放大器，D類放大器功率輸出級工作在開關模式，因此理論上不消耗靜態電流，具有高效率的優點，在便攜電子設備的音頻放大領域得到廣泛應用。D類放大器最主要也是應用最廣泛的調制方式是PWM(脈沖寬度調制)，由其引入的固有失真和系統非理想因素引入的失真及噪聲使得普通D類放大器很難獲得與傳統線性放大器相同的性能。衡量D類放大器性能的主要參數包括總諧波失真加噪聲、電源抑制比和效率。其中，實際應用中，其效率通常可達80％以上。

在工程應用領域，開環PWM結構D類放大器由于無法抑制失真加噪聲和提高電源抑制比而較少采用，結構如圖1所示。為了改善系統性能，通常采用閉環和高階結構來降低總諧波失真、提高信噪比和電源抑制比。Salahddine?Krit等人在International?Symposium?on?Computational?Intelligenceand?Intelligent?Informatics，2007：發表“Class?D?Audio?Amplifier?DesignTheory?and?Design?Implementation?for?Portable?Applications”論文，提出采用低階閉環結構D類放大器。目前，低階閉環結構D類放大器由于較低的環路增益而很難達到較高的性能。Huey?Chian?Foong?Meng?Tong?Tan.在IEEEAsia?Pacific?Conference?on?Circuits?and?Systems，2006：發表題為“An?Analysisof?THD?in?Class?D?Amplifiers”的論文，提出采用高階閉環結構D類放大器為改善性能以及其他學者提出保證系統穩定性的方法，多采用片外無源元件，增加了成本，降低了集成度。

發明內容

本發明目的是為了克服已有技術的缺陷，在于實現一種高集成度和高性能的D類音頻功率放大器。本發明目的是通過以下的技術方案來實現。

為實現上面目的，提出一種由兩級積分器和雙反饋回路構成的閉環結構。閉環結構可以有效抑制失真，增大電源抑制比，其性能的改善直接由環路增益決定。環路增益包括積分器增益，PWM級增益和反饋系數。

高階多路反饋結構的高性能D類音頻功率放大器，它包括前置可變增益放大器，積分器，PWM調制電路，三態調節電路，柵極驅動電路和功率輸出級，其特征在于，積分器為兩級積分器級聯構成的級聯二階積分器，并引入兩路反饋構成高階的雙反饋回路；

高階多路反饋結構的高性能D類音頻功率放大器簡稱D類音頻功率放大器采用全差分結構，前置可變增益放大器連接級聯二階積分器，級聯二階積分器的差分輸出分別連接兩個PWM調制電路的一輸入端，載波通常采用三角波，發生電路的輸出端分別連接兩個PWM調制電路的另一輸入端，兩個PWM調制電路的輸出端分別連接三態調節電路的兩個差分輸入端，三態調節電路的兩個差分輸出端分別連接兩個柵極驅動電路的輸入端，每個柵極驅動電路的輸出端和功率輸出級的輸入端相連，每個柵極驅動電路的輸出端和功率輸出級的輸入端相連，功率輸出級的兩個輸出端接片外揚聲器構成全橋輸出形式。

在前置可變增益放大器和三態調節電路級聯插入二階積分器，對經前置可變增益放大器增益控制的輸出信號進行二階積分處理，再送到三態調節電路，用于減小無輸入信號狀態下電磁干擾，柵極驅動電路用于控制死區時間和功率輸出級轉換特性，以減小該級引入的非線性失真。

由兩級積分器和雙反饋回路構成的閉環結構。閉環結構可以有效抑制失真，增大電源抑制比，其性能的改善直接由環路增益決定。環路增益包括積分器增益，PWM級增益和反饋系數。

所述級聯二階積分器是由兩級高增益高擺率運算放大器組成的二階積分器，通過兩級積分器級聯使環路獲得高增益和高階濾波特性濾除帶外噪聲和諧波分量，以便改善D類音頻功率放大器的性能。

所述級聯二階積分器的兩級積分器的差分輸入端都接有一個反饋電阻，反饋電阻的另一端連接功率輸出級的輸出端，組成多路反饋網絡；通過反饋電阻從功率輸出級引入兩路電壓負反饋信號，調節兩級積分器反饋系數，便能保證該非線性的D類音頻功率放大器的穩定性。

所述高階多路反饋結構的高性能D類音頻功率放大器為一單片芯片，單片上的可變增益放大器和級聯二階積分器的積分器為線性模塊，PWM調制電路、三態調制電路、柵極驅動電路和功率輸出級為非線性模塊。