[發明專利]D類音頻放大器及方法

有效

• 申請號: 200910308850.7
• 申請日: 2009-10-27
• 公開（公告）號: CN101958691A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 杰夫·科托夫斯基;殷奇章
• 申請（專利權）人: 成都芯源系統有限公司
• 主分類號: H03F3/217
• 分類號: H03F3/217;H03K5/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 詹永斌;徐宏

技術領域

本發明涉及模擬集成電路，尤其涉及D類功率放大器。

背景技術

近年來，D類放大器已經廣泛應用于音頻設備。D類放大器具有高效小巧的優點，降低了對散熱和電源的要求。D類功率放大器的工作原理是，將模擬或數字音頻信號變換成高頻脈沖寬度調制(PWM)信號，然后用生成的PWM信號驅動功率MOSFET，這些功率MOSFET或者構成半橋拓撲，或者構成全橋拓撲。最后采用無源低通濾波器將功率MOSFET的輸出信號變換為適用于音頻揚聲器的低頻模擬波形信號。

上述D類放大器的實施方法相對簡單。然而，要產生高質量的音頻信號，這些放大器還有許多值得研究的問題。其中一個主要的問題是，由于電源噪聲和非理想輸出級造成的輸出模擬信號變差。

對于半橋拓撲，由于本質上是單端結構，因此沒有共模抑制，放大器電源的所有噪聲都會直接耦合到輸出。對于數字D類放大器，這種不希望的影響會更加嚴重，其中的功率MOSFET管在電源和輸出之間被切換，并且電源還被用作電壓參考。因此，沒有附加噪聲消除結構的情況下，半橋D類放大器的電源抑制比(PSRR)是無法接受的。與半橋拓撲不同，全橋D類放大器具有足夠的共模抑制能力，同樣的電源供電，差分輸出能夠消除電源噪聲在輸出端的影響。然而，全橋D類放大器仍然會受到電源瞬態特性的影響，這種瞬態特性是由于負載的變化引起直流電源的變化。而且，開關電路中非理想的功率MOSFET管和不匹配也會降低全橋拓撲的PSRR性能。

D類音頻放大器所常用的另一種抑制噪聲的方法是西格瑪-德爾塔(sigma?delta)調制器結構。西格瑪-德爾塔(sigma?delta)調制器將噪聲調制為高頻，然后采用低通濾波器僅讓音頻模擬信號輸出。圖1為現有的D類放大器100的示意圖，示出了采用西格瑪-德爾塔(sigmadelta)調制器結構來提高噪聲抑制能力。現有的D類放大器100在輸入端子101接收模擬輸入信號(Vin)。西格瑪-德爾塔(sigma?delta)調制器包括加法電路102、連接到比較器104的積分器103，以及鎖存器105，該鎖存器105將反饋的輸出信號和模擬輸入信號(Vin)的差值變換為位信號流，位信號流反映的是施加在原始模擬輸入信號(Vin)上的量化的噪聲毛刺。開關電路107包括高端MOSFET晶體管107_1和低端MOSFET晶體管107_2，兩管工作在交替導通模式，對位信號流進行脈沖調制。為了重新得到原始的PWM輸入信號(Vin)，采用簡單的LC低通濾波器109來濾除已經調制為高頻的噪聲毛刺。然而，這種技術對于PWM輸入是存在缺陷的，因為輸出頻率不是被直接控制并且會受到器件變化的影響。而且，現有的D類音頻放大器，對于非理想的功率MOSFET晶體管107_1、107_2和積分器103所造成的畸變，沒有校正的環節。積分器103的時間常數可能會影響開關電路107的開關速率。而且，開關電路107輸出端的電感電流會無意中將驅動控制信號的脈沖寬度延伸或縮短。

發明內容

本發明提供了一種高性能D類音頻放大器電路，可以有效地消除噪聲和畸變。本發明揭示的D類放大器包括：調制器電路，用來接收PWM輸入信號并產生控制信號，驅動控制電路，開關電路和反饋電路。驅動控制電路給開關電路產生驅動控制信號。驅動控制信號包括針對輸出信號中噪聲和畸變的補償信號，補償信號的實現是通過基于控制信號的信息，在每個周期選擇是第一脈沖信號還是第二脈沖信號。

本發明還揭示了一種D類音頻放大器中降低信號畸變的方法，該方法包括：提供輸出反饋信號，將輸出反饋信號和輸入信號的差值信號量化并獲得控制信號；基于控制信號，調制輸出信號的占空比，在每個周期結束的時刻補償輸出信號。

本發明采用上述結構和/或方法，通過將輸出信號反饋并基于其得到控制信號，濾除調制為高頻的噪聲毛刺，并調制輸出信號的占空比，可以有效地消除噪聲和畸變，得到更高品質的音頻輸出。

附圖說明

借助于實施例對本發明給予了詳細的描述，并且不限制于附圖。

圖1示出了現有技術D類音頻放大器的結構圖，其采用西格瑪-德爾塔(sigma?delta)調制器拓撲來抑制不希望的噪聲。

圖2示出了根據本發明一個實施例的D類音頻放大器結構圖，其具有提供經補償驅動信號的驅動控制電路。

圖3示出了根據本發明一個實施例的驅動控制電路結構圖，該驅動控制電路包括第一脈沖寬度調制電路和第二脈沖寬度調制電路。

圖4示出了本發明驅動控制電路的一個實施例的示意圖。

圖5是根據本發明一個實施例的時序圖，示出了圖4中所示驅動控制信號的工作原理。