[發(fā)明專利]一種數(shù)字功率放大器及匹配濾波方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911339782.0
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號(hào): CN111162741B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王鑫淦;尹子源;陳煌彪
• 申請（專利權(quán)）人: 上海船舶電子設(shè)備研究所（中國船舶重工集團(tuán)公司第七二六研究所）
• 主分類號(hào): H03F3/24
• 分類號(hào): H03F3/24;H03F3/183;H03F3/217;H03F1/32;H03F1/52
• 代理公司: 上海段和段律師事務(wù)所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發(fā)明提供了一種數(shù)字功率放大器及匹配濾波方法，包括：信號(hào)預(yù)處理單元、功放單元、控制單元、輸入信號(hào)單元以及濾波單元；所述信號(hào)預(yù)處理單元一端與輸入信號(hào)單元相連；所述信號(hào)預(yù)處理單元能夠?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制以及死區(qū)控制；所述功放單元一端連接信號(hào)預(yù)處理單元，所述功放單元能夠?qū)⑿盘?hào)預(yù)處理單元輸出的PWM信號(hào)進(jìn)行功率放大；所述控制單元連接信號(hào)預(yù)處理單元和功放單元，所述控制單元能夠?qū)崿F(xiàn)對功放單元的狀態(tài)檢測以及保護(hù)控制；所述濾波單元能夠?qū)崿F(xiàn)功放單元與負(fù)載之間的阻抗匹配。本發(fā)明能夠通過集成化、模塊化的設(shè)計(jì)，使得該數(shù)字功放能夠安裝在拖線陣用小型圓柱形鋁筒內(nèi)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體地，涉及一種適用于主動(dòng)拖曳發(fā)射線列陣的數(shù)字功率放大器及匹配濾波方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的功放有A類、B類、AB類和C類。這幾類放大器都屬于線性放大器，對輸入的模擬信號(hào)直接進(jìn)行線性放大，因此非線性失真較小。但是這幾類放大器工作在線性放大區(qū)中，使得內(nèi)部晶體管在工作時(shí)要消耗相當(dāng)一部分功率，即使在靜態(tài)工作模式下，晶體管也要消耗一定的功率，這使得功放的效率受到很大的限制。D類放大器的概念在1959年由Baxandall提出，與A、B、AB和C類等功率放大器相比，D類功放的特點(diǎn)是：輸出級(jí)MOS管工作于開關(guān)狀態(tài)，效率較高，將能量利用率從傳統(tǒng)的50％提高到了90％以上；其次D類功放能大大減小發(fā)射機(jī)的體積，節(jié)約成本。近幾年來，電子技術(shù)的發(fā)展使MOS管開關(guān)頻率大大提高，導(dǎo)通損耗也減小了許多，使得D類功放能夠在保證高效率的前提下達(dá)到模擬功放的性能，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子和專業(yè)的音頻產(chǎn)品中。在拖曳發(fā)射線列陣的應(yīng)用中，由于系統(tǒng)龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、負(fù)載特殊等情況，一般D類功放無法滿足其使用要求。首先，傳統(tǒng)的D類功放只適用于驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器等純阻性負(fù)載，而拖曳發(fā)射線列陣中負(fù)載為發(fā)射換能器，發(fā)射換能器是容性負(fù)載，其阻抗隨頻率變化而變化，容易導(dǎo)致功放輸出端產(chǎn)生尖峰，從而損壞功率管；其次，傳統(tǒng)的D類功放無負(fù)反饋，容易造成信號(hào)失真率大，同時(shí)引起電磁輻射問題。再者，傳統(tǒng)D類功放功能比較單一，不具備與外部設(shè)備的交互能力，鑒于拖曳發(fā)射線列陣工作時(shí)處于拖曳狀態(tài)，功放必須具有自檢功能，能實(shí)時(shí)監(jiān)控功放的工作狀態(tài)。

專利文獻(xiàn)CN110463034A公開了一種數(shù)字功率放大器，屬于功率放大器領(lǐng)域，所述數(shù)字功率放大器包括：第一DSM、第二DSM、第一PWM、第二PWM、低通濾波器、數(shù)字上變頻器、梳狀濾波器和功率放大器；第一PWM與第一DSM耦合，用于調(diào)制第一DSM輸入第一DSM信號(hào)，并輸出第一PWM信號(hào)；第二PWM與第二DSM耦合，用于調(diào)制第二DSM輸入的第二DSM信號(hào)，并輸出第二PWM信號(hào)；低通濾波器分別與第一PWM和第二PWM耦合；數(shù)字上變頻器與低通濾波器耦合，用于調(diào)制低通濾波后的第一PWM信號(hào)和低通濾波后的第二PWM信號(hào)，并輸出預(yù)定射頻頻率的第三PWM信號(hào)；梳狀濾波器與數(shù)字上變頻器耦合，用于抑制第三PWM信號(hào)的PWM諧波；功率放大器與梳狀濾波器耦合，用于對諧波抑制后的第三PWM信號(hào)進(jìn)行功率放大處理。該專利并不能很好地適用于主動(dòng)拖曳發(fā)射線列陣中。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字功率放大器及匹配濾波方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種適用于主動(dòng)拖曳發(fā)射線列陣的數(shù)字功率放大器，包括：信號(hào)預(yù)處理單元、功放單元、控制單元、輸入信號(hào)單元以及濾波單元；所述信號(hào)預(yù)處理單元一端與輸入信號(hào)單元相連；所述信號(hào)預(yù)處理單元能夠?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制以及死區(qū)控制；所述功放單元一端連接信號(hào)預(yù)處理單元，所述功放單元能夠?qū)⑿盘?hào)預(yù)處理單元輸出的PWM信號(hào)進(jìn)行功率放大；所述控制單元連接信號(hào)預(yù)處理單元和功放單元，所述控制單元能夠?qū)崿F(xiàn)對功放單元的狀態(tài)檢測以及保護(hù)控制；所述濾波單元在功放單元與負(fù)載之間起橋接作用，能夠?qū)崿F(xiàn)功放單元與負(fù)載之間的阻抗匹配，同時(shí)濾除功率信號(hào)中的高頻噪聲，還原出有用信號(hào)。

優(yōu)選地，所述信號(hào)預(yù)處理單元包括：濾波控制電路、增益控制電路、環(huán)路濾波器、PWM調(diào)制器、時(shí)序控制電路和通路控制器；所述濾波控制電路、增益控制電路能夠?qū)斎氲哪M信號(hào)進(jìn)行噪聲濾除和增益控制；所述濾波控制電路、增益控制電路與環(huán)路濾波器連接。