[發明專利]脈沖寬度調制發生器

在審

• 申請號: 201580048024.7
• 申請日: 2015-09-08
• 公開（公告）號: CN106664065A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: D·查帕茲
• 申請（專利權）人: 高通國際科技有限公司
• 主分類號: H03F3/217
• 分類號: H03F3/217
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本發明涉及一種脈沖寬度調制發生器。

背景技術

近來，由于D類放大器與其它類放大器相比具有高的效率，因此D類放大器已經變得普遍用于音頻應用中。D類放大器通過使用調制器來操作以生成包括由較低頻率信號(被稱為調制信號)調制的高頻載波信號的脈沖寬度調制(PWM)方波，以由合適的輸出設備(諸如揚聲器)輸出。該PWM信號由低通濾波器濾波以恢復輸出信號，然后將其輸出到輸出設備。

隨著D類放大器、特別是對于音頻應用可能出現的一個問題是，生成足夠高質量的PWM信號可能很困難，特別是當施加諸如PWM調制器中的低開關頻率等實現約束時。

這個問題的常見方法是在PWM調制器周圍加入噪聲整形環路，以提高性能。圖1是使用該方法的PWM發生器的示意圖。

PWM發生器在圖1中以10總體示出，并且包括插值器12，插值器12在其輸入處接收表示要輸出的信號的數字信號，諸如數字音頻信號。在圖1所示的示例中，輸入信號是具有采樣頻率f_s的24位信號。

插值器12對輸入信號進行上采樣，并且將具有頻率f_w的輸出信號X(z)輸出到環路濾波器14，輸出信號X(z)通常在幾十MHz的范圍內，但是可以超過100MHz，環路濾波器14在低頻(即，在PWM輸出必須與輸入音頻信號緊密匹配的頻率范圍內)具有非常大的增益。下面將更詳細地描述環路濾波器14的操作。

環路濾波器14將經濾波輸出信號U(z)輸出到PWM調制器16。在該示例中，環路濾波器輸出信號U(z)也是具有采樣頻率f_w的24位信號。

PWM調制器16包括比較器18，比較器18將輸入到PWM調制器16的信號U(z)與給定頻率的載波信號(其通常是用于雙邊沿PWM調制的三角波信號或者用于單邊沿PWM調制的鋸齒波信號)相比較，給定頻率可以是輸入信號X(z)的最高頻率分量的十倍量級，并且比較器18輸出具有采樣頻率為f_w的單比特脈沖寬度調制信號Y(z)。比較器18的輸出是二進制的，并且整個PWM調制過程可以被建模為生成噪聲信號E(z)的量化噪聲源。

PWM輸出信號Y(z)被反饋到組合器20，在那里從由插值器12輸出的插值信號X(z)中減去，以計算插值信號X(z)與PWM輸出信號Y(z)之差。輸入到環路濾波器14的由組合器20輸出的信號由于輸入信號X(z)和經調制輸出信號Y(z)的低頻分量而包括低頻分量，并且由于經調制信號Y(z)的高頻載波信號分量而包括高頻分量。由于環路濾波器在較低頻率范圍中的高的增益，并且作為反饋環路的結果，PWM調制器Y(z)的輸出僅包含插值輸入信號X(z)的低頻分量以及在低頻范圍內具有減少的能量的成形誤差信號。這可以在數學上如下建模。

噪聲傳遞函數NTF(z)可以被定義為其中E(z)是由PWM調制過程引入的噪聲信號。類似地，信號傳遞函數STF(z)可以被定義為

可以示出并且其中G(z)是環路增益。

在環路增益非常大(即G(z)>>1)的低頻處，NTF(z)≈0并且STF(z)≈1。

盡管相對于輸入信號的帶寬具有非常大的過采樣因子(對于具有大約20kHz的帶寬的音頻輸入信號，以幾十MHz采樣)和可以使用如圖1所示的架構實現的高的環路增益，輸出的PWM信號Y(z)對于HiFi質量音頻通常質量不足。這至少部分是因為在PWM調制器16的輸出中在PWM調制器16的開關頻率的倍數附近可能出現互調產物。這些互調產物導致由PWM發生器10輸出的PWM信號中的不可接受的水平的諧波失真，即使當采用圖1所示類型的反饋環路時。

因此，本領域需要一種能夠生成用于音頻應用的具有足夠質量的PWM信號的PWM發生器。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供了一種用于生成脈沖寬度調制信號的脈沖寬度調制(PWM)發生器，PWM發生器包括PWM調制器和環路濾波器，其中環路濾波器被配置成接收輸入信號并且向PWM調制器輸出經濾波信號，并且PWM調制器被配置成從環路濾波器接收經濾波信號并且輸出脈沖寬度調制信號，PWM發生器還包括將PWM調制器的輸出耦合到環路濾波器的輸入的反饋環路，其中反饋環路包括梳狀濾波器。

在本發明中使用的梳狀濾波器使反饋信號在生成互調產物時涉及的頻帶中衰減，并且因此具有使存在于PWM發生器的輸出中的任何互調產物衰減的效果，從而改善所產生的PWM信號的質量。