[發明專利]免濾波模擬輸入D類音頻放大器的截波方法及裝置

在審

• 申請號: 201310444531.5
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN103812460A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: P·J·霍茲曼;潘志強;劉耀清
• 申請（專利權）人: 新唐科技股份有限公司
• 主分類號: H03F3/217
• 分類號: H03F3/217;H04R3/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 賈磊

技術領域

本發明是有關于音頻系統，特別是關于D類放大器中音頻信號截波檢測的方法及系統。

背景技術

D類放大器有時被稱為開關放大器，為所有晶體管皆以二進位開關運作的電子放大器，其中前述晶體管不是全開就是全關。D類放大器采用軌對軌（rail-to-rail）輸出開關，理想情況下輸出晶體管幾乎總是運載零電流或零電壓，因此其功率消耗為最小，且前述晶體管在大范圍的功率位準提供高效能。高效能的優勢推動其在各種音頻應用的使用，從手機到平面電視及家庭劇院接收器。D類音頻功率放大器相較AB類音頻功率放大器具有高效能，由于其較高的效能，D類放大器僅需較小的電源及散熱器，故可顯著地減少整體系統的成本、尺寸及重量。

D類音頻功率放大器將音頻信號轉換成可根據音頻輸入信號來切換輸出的高頻脈沖。一些D類放大器使用脈沖寬度調變器來產生連續的調節脈沖，其脈沖寬度隨音頻信號的振幅而改變，此可變寬度的脈沖于一固定頻率下切換功率輸出晶體管。其他D類放大器有可能是依賴其他型態的脈沖調變器。以下討論將主要針對脈沖寬度調變器，但本領域中具通常知識者將知曉D類放大器可以其他型態的調變器所配置。

圖1A是繪示關于典型D類放大器100的簡化示意圖。如圖1A所示，D類放大器100包含兩比較器101及102，且D類放大器100更包含振蕩器103，此振蕩器103輸出時脈信號OSC_CLK及參考電壓信號VREF。上述參考電壓信號VREF可為一三角波（triangular?wave）信號或是一斜坡（ramp?wave）信號，時脈信號OSC_CLK及參考電壓信號VREF的波形繪示于圖1A且插入于振蕩器103的方塊圖下方。差動輸入音頻信號INP及INM輸入比較器101及102，其中輸入信號INP及INM與參考電壓信號VREF比較以產生脈沖寬度調變信號106及107。脈沖寬度調變信號106及107分別耦接晶體管M1、M2、M3及M4的柵極。D類放大器的差動輸出信號OUTM及OUTP分別被提供于標記為OUTM及OUTP的端點。如圖1A所示，輸出信號OUTM及OUTP與揚聲器負載110連接，其中揚聲器負載110是示意性地以電感L1及電阻R1所代表。

傳統D類放大器具有差動輸出（OUTP及OUTM），其中上述兩輸出為互補（complementary）信號且具有從接地電壓Vss到Vdd的擺動范圍。圖1B為波形圖說明在圖1A的D類放大器信號調變。如圖1B頂部所示，差動輸入信號（如：音頻信號INM及INP）與參考電壓信號VREF通過兩比較器進行比較，如上述連同圖1A的說明。比較器的輸出信號為固定頻率的脈沖信號，其脈沖寬度與輸入信號成比例，兩脈沖寬度調變信號如圖1B所示為OUTP及OUTM。

免濾波的D類音頻放大器（如圖1A中的D類放大器100）采用一調變方法，且此調變方法通常指BD調變（BD?modulation）。在此調變方法中，輸出驅動器以連接負載結構的橋接方式連接而成，且切換負載的正端及負端至:1）Vdd及GND;2）GND及Vdd;3）Vdd及Vdd;4）GND及GND，其中Vdd為供給電壓（supply?power）而GND為供給接地電壓（supply?ground），因此橫跨負載的差動電壓有三個位準:1）Vdd;2）-Vdd;3）0。對于零位準音頻輸出電壓而言，橫跨負載的差動電壓將主要為零，并允許免濾波應用（filter-less?operation）運作于電感式揚聲器負載。

BD調變的D類放大器有時稱為免濾波（filter-free），因為無需LC濾波器即可增進小信號的效能。然而，D類放大器會有截波（clipping）造成的問題，例如當輸入信號超過D類放大器的適當范圍，則會發生截波現象。此外，截波在許多原因的考量下是不受歡迎的（undesirable），例如其可能造成信號失真及對揚聲器系統造成過度的壓力，以下段落將敘述更多關于信號截波的細節。

依據上述，顯然改良D類放大器的方法是非常必要的。

發明內容

本發明是關于音頻系統，更特別的是本發明提供一種以簡單檢測電路來檢測音頻系統的截波信號的方法及系統，且此電路僅使用系統中可用的內部信號。下述僅供例示，本發明已被應用于免濾波D類音頻放大器的截波檢測，但可認定本發明具有更廣泛的應用范圍。