[發明專利]音頻功率放大器及音頻功率放大器的調節方法

有效

• 申請號: 201210078717.9
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN103326677A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 唐曉
• 申請（專利權）人: 炬力集成電路設計有限公司
• 主分類號: H03F3/20
• 分類號: H03F3/20;H03G3/20
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 王一斌;王琦

技術領域

本發明涉及音頻功率放大技術，特別涉及以模擬音頻信號為輸入、數字音頻信號為輸出的音頻功率放大器及該音頻功率放大器的調節方法。

背景技術

音頻功率放大器的作用是將輸入的音頻信號進行放大、并通過輸出放大后的音頻信號來驅動無源聲學元件(如揚聲器、耳機)發聲。

按照輸入和輸出的音頻信號的不同類型(數字或模擬)，音頻功率放大器可以采用不同的工作模式。其中，D類工作模式是一種常見的工作模式，采用該工作模式的音頻功率放大器以模擬音頻信號為輸入、數字音頻信號為輸出，本文所述的音頻功率放大器主要是指采用D類工作模式的音頻功率放大器。

圖1為現有技術中的一種音頻功率放大器的示例性結構示意圖。如圖1所示的采用D類工作模式的音頻功率放大器10包括：順序串聯在音頻功率放大器10的音頻輸入端IN與音頻輸出端OUT之間的濾波模塊11、比較模塊12、以及功率輸出模塊13，即，順序串聯的濾波模塊11、比較模塊12、以及功率輸出模塊13構成該音頻功率放大器10的信號通路。

濾波模塊11用于利用一偏置電壓信號Vb(由音頻功率放大器10內部提供或從音頻功率放大器10外部引入)和音頻輸出端OUT輸出的數字音頻信號Dig對音頻輸入端IN輸入的模擬音頻信號Ana進行低通濾波、并通過該低通濾波得到一濾波信號Vi，以及，為音頻功率放大器10提供固定的直流增益；

比較模塊12用于將上述的濾波信號Vi與一載波信號Vs(由音頻功率放大器10內部提供或從音頻功率放大器10外部引入、且通常為周期性三角波或鋸齒波信號)進行比較、并通過該比較得到一脈沖信號Vpwm；

功率輸出模塊13用于依據上述的脈沖信號Vpwm驅動音頻輸出端OUT輸出數字音頻信號Dig，且輸出的數字音頻信號Dig的功率大于模擬音頻信號Ana。

如上可見，采用D類工作模式的音頻功率放大器10能夠將輸入的模擬音頻信號Ana轉換為更大功率的數字音頻信號Dig輸出，但是，由于該音頻功率放大器10由濾波模塊11提供的直流增益是固定不變的、且對模擬音頻信號Ana的信號幅度的容忍度有限，因此，如果輸入的模擬音頻信號Ana的信號幅度過大，就容易導致輸出的數字音頻信號Dig出現削波(Clipping)失真。其中，削波失真是指：當信號過強時，該信號超過信號強度閾值的一部分會被削除、并形成削波，從而由于削波的形成而導致該信號失真。

為了避免音頻功率放大器10輸出的數字音頻信號Dig出現削波失真，現有技術通常會為音頻功率放大器10配備一前置放大器。

圖2為如圖1所示的音頻功率放大器與其配備的前置放大器的連接關系示意圖。如圖2所示：

一前置放大器20串聯在音頻功率放大器10的音頻輸入端IN的前端，以使本應直接輸入至音頻輸入端IN的模擬音頻信號Ana先經過前置放大器20處理，然后，經過前置放大器20處理后的模擬音頻信號Ana’再輸入至音頻輸入端IN；

以及，還需要檢測音頻功率放大器10的信號通路中某點的中間信號(例如比較模塊12得到的脈沖信號Vpwm)、并通過該檢測來預測音頻輸出端OUT輸出的數字音頻信號Dig中是否存在削波；當預測出存在削波時，前置放大器20就會開啟削波抑制、以對待輸入至音頻輸入端IN的模擬音頻信號Ana進行抑制削波處理，從而使輸入音頻輸入端IN模擬音頻信號Ana’中不帶有模擬音頻信號Ana中存在的削波，然后再經過一段固定的延遲時間后，前置放放大器20再自動釋放削波抑制、以停止對待輸入至音頻輸入端IN的模擬音頻信號Ana的抑制削波處理。

采用如圖2所示的以前置放大器20來抑制削波的方式，雖然能夠在一定程度上避免音頻功率放大器10輸出的數字音頻信號Dig出現削波失真，但是，由于音頻功率放大器10本身仍然還是不具有抑制削波的功能，因此就會導致如下問題出現：

1、前置放大器20的存在會引入多余的噪聲、并且還會增加外圍電路成本以及增大設計的復雜度；

2、中間信號與音頻放大器10最終輸出的數字音頻信號的波形存在差異，因此，前置放大器20僅通過對中間信號的檢測來判斷輸出的數字音頻信號中是否存在削波、并以此來確定開啟削波抑制的時刻，會存在一定的誤差、進而導致削波抑制被誤開啟；

3、抑制削波之后僅僅是以固定的延遲時間來確定釋放抑制的時刻、而沒有通過檢測削波是否消失來準確地確定釋放抑制的時刻，因此，就容易導致部分削波無法被抑制，例如，對于削波持續時間超過該延遲時間的情況，就會導致釋放抑制后仍存在尚未消失、但未被抑制的削波。