專利名稱：三態(tài)d類放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三態(tài)D類放大器，包括-第一信號(hào)通道以及與第一信號(hào)通道基本相同的第二信號(hào)通道，-每個(gè)信號(hào)通道包括相應(yīng)的第一和第二低通濾波器，所述第一和第二低通濾波器分別連接到由共同輸入信號(hào)產(chǎn)生的輸入信號(hào)、負(fù)載的第一和第二端以及提供信號(hào)的脈沖發(fā)生器，用于分別產(chǎn)生第一和第二低通濾波信號(hào)，脈沖發(fā)生器所提供的信號(hào)的頻率基本上高于輸入信號(hào)的頻率，所述低通濾波信號(hào)分別輸入到減法器中。
背景技術(shù)：
由于和現(xiàn)有的AB類放大器的25％相比，D類放大器的效率幾乎至少可以為90％，因此D類放大器相對(duì)廣泛地使用在音頻應(yīng)用中。D類放大器基于和圖11中所示的DC-DC轉(zhuǎn)換開關(guān)相同的原理。通過使用比較器C將輸入信號(hào)In與高頻鋸齒形信號(hào)Vchop相比較的方式，來獲得在輸入信號(hào)In的高頻上的脈寬調(diào)制(PWM)。鋸齒形信號(hào)Vchop可以具有500kHz的頻率，而輸入信號(hào)In可以在音頻范圍內(nèi)，即低于20kHz。在比較器C的輸出端獲得PWM信號(hào)，該信號(hào)的占空比取決于輸入信號(hào)In的幅度。PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)功率低阻開關(guān)SW1和SW2，以復(fù)制相同的輸出PWM信號(hào)，并且具有高功率能力。AL，C濾波器用于低通過濾500kHz的調(diào)頻，以通過高功率能力來復(fù)制輸入信號(hào)In的初始信號(hào)形狀。輸出功率可以在例如1W到80W的范圍內(nèi)。與音頻應(yīng)用中的現(xiàn)有AB類放大器的25％相比，D類放大器的功效基本上高于線性放大器的功效，例如90％。
然而，對(duì)于圖11中所示D類放大器來說，輸出PWM信號(hào)的輸出功率取決于電源Vpp的幅度，以至于如果Vpp不是公知的，則沒有對(duì)PWM信號(hào)的最終引起的幅度的指示。因此，通常在D類放大器中使用反饋技術(shù)，如圖12所示。在圖12中，簡(jiǎn)單地識(shí)別了圖11中的D類放大器，該電路進(jìn)一步包括一個(gè)連接到比較器C的誤差信號(hào)放大器EA。此外，輸入信號(hào)被輸入到誤差信號(hào)放大器EA的第一輸入端。反饋信號(hào)OUTP被提供給誤差信號(hào)放大器EA的第二輸入端?？梢钥吹秸`差信號(hào)放大器在輸入信號(hào)和反饋信號(hào)OUTP之間產(chǎn)生一個(gè)差值，并放大所得到的差值。誤差信號(hào)放大器EA在頻率方面具有高增益和低通的特性。高增益對(duì)于獲得精確的調(diào)節(jié)來說是必需的。而低通特性對(duì)于與正弦輸入信號(hào)In相比較并隨后將信號(hào)調(diào)節(jié)成僅在感興趣的范圍內(nèi)是必需的，例如PWM的輸出信號(hào)OUTP的正弦范圍(意味著其平均值)。通過低通濾波，衰減功率PWM信號(hào)OUTP的相對(duì)高的頻率成分。反饋回路連接到功率PWM輸出信號(hào)OUTP，而不是輸出信號(hào)OUTP的過濾復(fù)制的信號(hào)OUT。實(shí)際上，連接到OUT將增加由開環(huán)回路中的L，C過濾器確定的兩個(gè)電極。鋸齒形信號(hào)Vchop不再是強(qiáng)制性的。US-A-5,949,282或US-A-6,320,460描述的系統(tǒng)具有自切換的性能。僅在圖11中所描述的非調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，信號(hào)的鋸齒形式是強(qiáng)制的，用于對(duì)比較器進(jìn)行切換。但在US-A-6,346,852中無論怎樣都可以在反饋環(huán)路D類放大器中保持為鋸齒形。
D類放大器的進(jìn)一步改進(jìn)是三態(tài)D類放大器。這種類型的電路基于US-A-6,211,728中描述的PWM圖案信號(hào)。這種放大器的主要特點(diǎn)是輸出信號(hào)不再是具有低和高兩種狀態(tài)的PWM信號(hào)，而是具有三種狀態(tài)，即低，高和空閑。這種想法在US-A-6,262,632中進(jìn)一步改進(jìn)。如圖13所示，這種放大器具有完全不同的結(jié)構(gòu)。該放大器包括兩個(gè)基本相同的部分，每一部分包括相同的塊，由具有或沒有強(qiáng)調(diào)符號(hào)的相同名稱來標(biāo)識(shí)。該電路還包括提供鋸齒形信號(hào)Vchop和反相信號(hào)/Vchop的鋸齒波發(fā)生器(STG)。如果兩個(gè)功率輸出PUP和PDW都等于0或都等于Vp，則差動(dòng)功率信號(hào)(PUP-PDW)為0，也就是負(fù)載中沒有電流的注入。相對(duì)于普通D類放大器，三態(tài)D類放大器的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在空閑狀態(tài)下，即在音頻范圍中，這種設(shè)備不傳送聲音，而普通D類放大器將永久地輸出占空比恰好為50％的PWM信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過L，C過濾后平均為0。但由于開關(guān)的切換，這種50％占空比的輸出仍然消耗通過功率開關(guān)SW1、SW2’或SW1、SW2’的電流，導(dǎo)致在開關(guān)和揚(yáng)聲器中的功率損耗。就三態(tài)放大器來說，在空閑狀態(tài)中，差動(dòng)輸出(PUP-PDW)信號(hào)在這種空閑狀態(tài)值中直接設(shè)定不存在高電流的平均值，并因此在功率開關(guān)中沒有消耗。
三態(tài)D類放大器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在空閑狀態(tài)中輸出端上僅有一些短峰值電流，因此不再需要LC濾波器，信號(hào)通過例如揚(yáng)聲器的負(fù)載來進(jìn)行濾波。直接的結(jié)果是不需要在印刷電路板(PCB)上占據(jù)重要區(qū)域的LC濾波器。當(dāng)PCB面積是至關(guān)重要時(shí)，例如使用在手持電話中的PCB，相對(duì)于其他D類放大器該優(yōu)點(diǎn)是一個(gè)重要的進(jìn)步。US-A-6,262,632中描述的放大器存在一些缺點(diǎn)。它使用限制增益的單極低通濾波器，并因此調(diào)整了準(zhǔn)確度。單極低通濾波確定20dB/十倍的衰減。如果STG的切換頻率是500kHz，并且輸出信號(hào)的幅度是1V，則結(jié)果仍然是在50kHz上的100mV波動(dòng)，即這種反饋輸出經(jīng)過濾波后降低了十倍，并在20kHz上仍然是50mV左右。這種50mV信號(hào)在調(diào)整準(zhǔn)確度中引進(jìn)了噪聲。切換頻率可以例如從500kHz增加到2MHz，但這增加了內(nèi)部功率損耗。
另一個(gè)缺點(diǎn)是交叉失真。在空閑狀態(tài)中，在所有功率輸出上沒有切換。在跨越Vcom電壓的正弦曲線上也出現(xiàn)相同現(xiàn)象，Vcom是基本上位于Vpp/2上的參考電壓。由于沒有環(huán)路調(diào)整，交叉失真的增加使得增益減少。如US-A-6,262,632中所提到的，調(diào)整的缺乏也導(dǎo)致串音失真。使用短時(shí)延遲可糾正該問題，但這種延遲需要附加電路，即異步延遲或使用高頻計(jì)數(shù)器。

發(fā)明內(nèi)容
因此本申請(qǐng)的目的是減少三態(tài)D類放大器中的交叉失真。本發(fā)明在獨(dú)立權(quán)利要求中進(jìn)行了定義。從屬權(quán)利要求定義了優(yōu)選實(shí)施例。在第一段中描述的設(shè)備中獲得交叉失真的減少，其中比較裝置連接到閾值發(fā)生器，閾值發(fā)生器耦合到第一和第二輸入信號(hào)以及表示經(jīng)由負(fù)載的最大和最小信號(hào)值的估計(jì)的第一和第二參考信號(hào)，并產(chǎn)生與第一和第二輸入信號(hào)之差成反比的交替閾值信號(hào)，從而保持放大器在空閑狀態(tài)中的相對(duì)高增益。在空閑狀態(tài)中，放大器仍然保持相對(duì)短的平均值為0的低/高脈沖。在現(xiàn)有技術(shù)中，三態(tài)D類放大器的相對(duì)短脈沖不是全部上升，就是全部下降，因此產(chǎn)生非對(duì)稱性。在空閑狀態(tài)中產(chǎn)生關(guān)于Vcom的交替閾值信號(hào)解決了該問題。將閾值發(fā)生器中的輸入信號(hào)與信號(hào)的最大預(yù)定值相比較，并當(dāng)信號(hào)在Vcom附近時(shí)閾值信號(hào)具有不等于零的值。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，閾值信號(hào)與第一和第二輸入信號(hào)之差的積分成反比，從而維持了在空閑狀態(tài)中放大器的相對(duì)高增益。為了改善放大器關(guān)于溫度和處理技術(shù)展開的性能，之前所描述的交替閾值信號(hào)由它的積分所取代。通常使用電阻器和電容器來進(jìn)行積分。使用放大器的其他塊中所使用的相同類型的部件確保了對(duì)技術(shù)處理和溫度的增強(qiáng)抗擾性。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，閾值發(fā)生器包括連接到復(fù)用器的第一減法器和第二減法器，第一減法器提供與第一輸入信號(hào)和最小估測(cè)信號(hào)之差成正比的信號(hào)，第二減法器提供與第二輸入信號(hào)和最大估測(cè)信號(hào)之差成正比的信號(hào)，復(fù)用器提供閾值信號(hào)。如果輸入電壓相對(duì)較大，與最大預(yù)測(cè)值之差則較低。由復(fù)用器提供的閾值信號(hào)以較低的幅度在虛接地電平附近交替。通過復(fù)用器選擇差值(Vp-Vmax)或(Vn-Vmin)來產(chǎn)生正/負(fù)交替效果。由于這些信號(hào)的每一個(gè)都關(guān)于虛接地信號(hào)Vcom對(duì)稱，因此最終的復(fù)用信號(hào)以Vcom為中心的平均值交替。
閾值發(fā)生器包括用于將第一和第二輸入信號(hào)與相應(yīng)的第一和第二參考信號(hào)之間的電壓差轉(zhuǎn)換成電流的電壓電流轉(zhuǎn)換裝置。閾值發(fā)生器還包括連接到電壓電流轉(zhuǎn)換裝置的第一積分電路和第二積分電路，用于產(chǎn)生流經(jīng)復(fù)用裝置的閾值信號(hào)。
由于使用電容器對(duì)電流進(jìn)行積分是相對(duì)簡(jiǎn)單的，并且隨后使用現(xiàn)有技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單地對(duì)電容器進(jìn)行積分，因此輸入信號(hào)的電壓電流轉(zhuǎn)換是必需的。復(fù)用裝置用于通過選擇第一積分電路輸出信號(hào)獲第二積分電路輸出信號(hào)來將閾值電壓交替為低于或高于Vcom。復(fù)用裝置可包括連接到用于產(chǎn)生閾值信號(hào)的模擬復(fù)用器的串聯(lián)的采樣保持裝置。如果閾值信號(hào)的斜度偶爾與低通濾波信號(hào)完全相同，或者甚至如果閾值信號(hào)與低通濾波信號(hào)完全相等，則出現(xiàn)亞穩(wěn)定性問題。為了避免這種情況，首先使用采樣保持電路來保存由第一和第二積分電路提供的信號(hào)，隨后將它們進(jìn)行多路復(fù)用。低通濾波信號(hào)總是具有給定的斜度。因此，如果閾值信號(hào)在穩(wěn)定的步驟中改變，則保證低通濾波信號(hào)交叉閾值信號(hào)，無需保持該電壓。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二低通濾波裝置中的每一個(gè)都包括第一低通濾波器，用于低通濾波表示第一和第二輸入信號(hào)分別與負(fù)載的第一和第二端提供的第一和第二輸出信號(hào)之差的信號(hào)，并產(chǎn)生一個(gè)第一信號(hào)。該第一信號(hào)被輸入到第三減法裝置的輸入端以及第二低通濾波器。第二低通濾波器將第二信號(hào)提供到減法裝置的進(jìn)一步輸入。減法裝置產(chǎn)生低通濾波信號(hào)。第一和第二低通濾波器包括具有分別耦合到參考信號(hào)的輸入端的第一和第二差動(dòng)輸入放大器，其中參考信號(hào)基本等于電源電壓的一半。如之前所述，為了從有用信號(hào)中濾掉高頻部分，高階低通濾波是必需的。因此，必需一個(gè)高階低通濾波器。增加濾波器的階可以在引入附加的相位移位的放大器中提高穩(wěn)定性問題。使用上述解決方案，在過濾器的傳遞函數(shù)中引入一個(gè)零，從而避免穩(wěn)定性問題。此外，為了獲得對(duì)稱輸出信號(hào)，信號(hào)以虛接地為中心。
根據(jù)本發(fā)明的放大器的重要應(yīng)用是負(fù)載為揚(yáng)聲器的音頻集成放大器。此外由于它的功效，該放大器可以使用在便攜設(shè)備中，例如CD播放器、移動(dòng)電話和接收機(jī)。


本發(fā)明上述及其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將通過以下根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的描述更加明顯，其中圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的三態(tài)D類放大器，圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的閾值信號(hào)發(fā)生器，圖3描述了根據(jù)本發(fā)明的閾值信號(hào)發(fā)生器的更具體地實(shí)施方式，圖4描述了閾值信號(hào)發(fā)生器的進(jìn)一步具體實(shí)施方式
，圖5描述了根據(jù)本發(fā)明的低通濾波裝置的實(shí)施方式，圖6描述了根據(jù)本發(fā)明的減法器，圖7描述了具有共同輸入信號(hào)作為二進(jìn)制信號(hào)流的D類放大器，圖8描述了具有二進(jìn)制信號(hào)流作為輸入的閾值檢測(cè)器的更具體實(shí)施方式
，圖9描述了進(jìn)一步低通濾波裝置的實(shí)施方式，圖10描述了第三低通濾波器的實(shí)現(xiàn)方式，圖11描述了現(xiàn)有技術(shù)中的D類放大器，圖12描述了另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中的D類放大器，以及圖13描述了現(xiàn)有技術(shù)中的三態(tài)D類放大器。
具體實(shí)施例方式
圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的三態(tài)D類放大器。三態(tài)D類放大器100包括第一信號(hào)通道1和與第一信號(hào)通道1完全相同的第二信號(hào)通道1’。第一和第二信號(hào)通道1，1’分別連接到負(fù)載5的第一和第二端A，B，并分別連接到由輸入電路提供的第一和第二輸入信號(hào)Vn，Vp上，在本實(shí)施例中恰好是兩個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)In，Ip。每個(gè)信號(hào)通道1，1’包括相應(yīng)的第一和第二低通濾波器10，10’，所述低通濾波器分別連接到輸入信號(hào)Vn，Vp、負(fù)載5的第一和第二端A、B以及脈沖發(fā)生器2。信號(hào)發(fā)生器2提供頻率基本高于輸入信號(hào)Vn，Vp的頻率的信號(hào)，用于分別產(chǎn)生第一和第二低通濾波信號(hào)SUP，SDW。低通濾波信號(hào)SUP，SDW被分別輸入到比較器3，3’中。比較器3，3’連接到閾值發(fā)生器4，閾值發(fā)生器4連接到第一和第二輸入信號(hào)Vn，Vp以及第一和第二參考信號(hào)Vmax，Vmin，并產(chǎn)生與第一和第二輸入信號(hào)Vn，Vp之間的差成正比的交替閾值信號(hào)THRES，以維持空閑狀態(tài)中放大器的相對(duì)高增益，其中所述第一和第二參考信號(hào)Vmax，Vmin表示經(jīng)由負(fù)載5的最大和最小信號(hào)值的估計(jì)。在空閑狀態(tài)中，放大器仍然維持著相對(duì)短的平均值為0的低/高脈沖。在目前的技術(shù)水平下，三態(tài)D類放大器輸出信號(hào)關(guān)于虛接地電壓Vcom對(duì)稱，并與虛接地電壓Vcom產(chǎn)生對(duì)比。在空閑狀態(tài)下，放大器在負(fù)載第一端和第二端上的輸出信號(hào)為零。這可以確定將要接地的共模電壓。在空閑狀態(tài)中產(chǎn)生相對(duì)于Vcom的交替閾值信號(hào)THRES解決了該問題。閾值發(fā)生器4的輸入信號(hào)與信號(hào)的最大預(yù)定值Vmax進(jìn)行比較，并當(dāng)該信號(hào)在Vcom附近時(shí)，閾值信號(hào)THRES具有不等于零的值。
通常，使用RC濾波器來實(shí)現(xiàn)低通濾波器10，10’，濾波裝置10，10’的時(shí)間常數(shù)與RC乘積是成正比。當(dāng)集成RC濾波器時(shí)，遇到了RC時(shí)間/增益常數(shù)隨溫度和過程延伸而改變的問題。因此，信號(hào)SUP和SDW在它們的幅度中延伸。如果信號(hào)SUP和SDW的幅度變得太低，它們可大于VTHRES，并因此將不存在由比較器3，3’產(chǎn)生的信號(hào)切換。這導(dǎo)致了增益的下降和失真的增長(zhǎng)。通過積分取代VTHRES來解決這個(gè)問題。通過利用電路中所有其他部分所使用的相同類型電阻器將早先的VTHRES信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流來獲得這種積分。將這種電流注入到所有低通積分器中使用的相同類型的電容器中。因此，例如若所有電阻降低，則SUP和SDW增加，但VTHRES也增加。
圖2描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中使用的閾值信號(hào)發(fā)生器4。閾值發(fā)生器4包括連接到復(fù)用器MUX的第一減法器S1和第二減法器S2，第一減法器S1提供了與第一輸入信號(hào)Vn和最小估計(jì)信號(hào)Vmin之差成正比的信號(hào)。第二減法器S2提供了與第二輸入信號(hào)Vp和最大估計(jì)信號(hào)Vmax之差成正比的信號(hào)，復(fù)用器MUX提供了閾值信號(hào)THRES。減法器S1，S2可如圖6所示來實(shí)現(xiàn)。圖6中，OA1和OA2是減法器中的輸入信號(hào)。通常，R3＝R5，R4＝R6，以及輸出信號(hào)與OA2-OA1及常數(shù)k＝R4/R3成正比。返回到圖2，信號(hào)VTHRES也通過從最大預(yù)定信號(hào)Vmax和最小預(yù)定信號(hào)Vmin中分別減去輸入電壓來實(shí)現(xiàn)。因此，如果輸入電壓相對(duì)很大，則與最大預(yù)定信號(hào)Vmax之差較低，THRES具有較低幅度。信號(hào)VTHRES將在VCOM附近以一個(gè)低幅度交替。通過復(fù)用器MUX選擇差值(Vp-Vmax)或(Vn-Vmin)產(chǎn)生正/負(fù)交替效果。由于這些信號(hào)中的每一個(gè)都對(duì)稱于虛接地信號(hào)Vcom，最終的復(fù)用信號(hào)以Vcom為中心交替，閾值信號(hào)特征圖示所示的平均值作為Vp-Vn的函數(shù)。
圖3描述了閾值發(fā)生器4的更具體的實(shí)施方式。為簡(jiǎn)單起見，僅示出閾值發(fā)生器4的一半，除了所包含的信號(hào)以外，另一半與第一半完全相同。閾值信號(hào)發(fā)生器包括電壓電流轉(zhuǎn)換裝置A4，T1，Ri，用于將第二輸入信號(hào)Vp和第二參考信號(hào)Vmax之間的電壓差Vcur轉(zhuǎn)換成電流。閾值發(fā)生器4還包括第一積分器T2，C3以及由電流鏡CM偏置的第二積分器T3，C4，第一和第二積分器耦合到用于產(chǎn)生流經(jīng)復(fù)用裝置M的閾值信號(hào)THRES的電壓電流轉(zhuǎn)換裝置A4，T1，Ri上。如先前所示，產(chǎn)生與輸入信號(hào)Vp和輸入信號(hào)的最大預(yù)定幅度Vmax之差成正比的電壓。隨后電阻RI產(chǎn)生電流。該電流用于產(chǎn)生完全反相的兩個(gè)鋸齒信號(hào)VSAW1和VSAW2，即當(dāng)一個(gè)信號(hào)上升時(shí)，另一個(gè)信號(hào)下降。在一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)相位ck1上，VSAW1保持為共模電壓Vcom，而在前一相位上維持為Vcom的VSAW2開始下降，正比于k(Vp-Vmax)/(Ri*C)。在第二個(gè)時(shí)鐘信號(hào)相位ck2上，VSAW1上升，而VSAW2維持為Vcom。因此，也再現(xiàn)了限幅功能以確保功率輸出電壓集中于VCOM。電阻器Ri和電容器C1＝C2值相互匹配，從而使限幅的鋸齒信號(hào)的幅度總是超過信號(hào)SUP和SDW的幅度。
圖4描述了閾值信號(hào)發(fā)生器4的進(jìn)一步具體實(shí)施方式
，其中復(fù)用裝置M包括一系列連接到模擬復(fù)用器M1的串聯(lián)的采樣保持裝置SH1，SH2，該模擬復(fù)用裝置M1用于產(chǎn)生閾值信號(hào)THRES。如果閾值信號(hào)的傾斜度偶然與低通濾波信號(hào)的傾斜度完全相同，或者甚至如果閾值信號(hào)與低通濾波信號(hào)完全相等，則出現(xiàn)亞穩(wěn)定性問題。為了避免這種情況，首先使用采樣保持電路來保存由第一和第二積分器提供的信號(hào)，隨后將它們進(jìn)行多路復(fù)用。
圖5描述了在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中使用的低通濾波器10，10’的實(shí)施方式。第一和第二低通濾波器10，10’中的每一個(gè)都包括第一低通濾波器A1，Rin，Rfbk，C1，用于低通表示第一和第二輸入信號(hào)Vn，Vp分別與負(fù)載5的第一和第二端A，B上提供的第一和第二輸出信號(hào)之差的信號(hào)，并產(chǎn)生第一信號(hào)OA1。第一信號(hào)OA1被輸入到第五減法器6的輸入端以及第二低通濾波器A2，R2，C2。第二低通濾波器A2，R2，C2將第二信號(hào)OA2提供到第五減法裝置6的另一個(gè)輸入端。第五減法器6產(chǎn)生提供濾波信號(hào)SUP。第一低通濾波器A1，Rin，Rfbk，C1和第二低通濾波器A2，R2，C2包括分別具有耦合到參考信號(hào)Vcom的輸入端的第一和第二差動(dòng)輸入放大器A1，A2，其中參考信號(hào)Vcom基本等于電源電壓Vpp的一半。全面低通濾波器具有40dB/十倍的衰減，改善了現(xiàn)有技術(shù)的放大器的性能。為簡(jiǎn)單起見，圖5中僅示出了第一低通濾波器10，除了信號(hào)之外，第二低通濾波器10’與第一低通濾波器完全相同。來自負(fù)載5的第一端A的輸出信號(hào)經(jīng)由反饋電阻器Rfbk反饋回來，并與輸入Vn進(jìn)行比較，其中負(fù)載5可以是揚(yáng)聲器。在完全差分方式中的差值A(chǔ)/Rfbk-Vn/Rin等于減法B/Rfbk-Vp/Rin。相減的結(jié)果是由電容器C1進(jìn)行積分的電流差。最后得到的低通濾波信號(hào)為OA1。第二積分電路R2，C2，A2執(zhí)行信號(hào)OA1的第二低通濾波，并產(chǎn)生輸出信號(hào)OA2。獲得一個(gè)兩極系統(tǒng)。為了避免穩(wěn)定性問題，即為了得到大于例如60度的相移，提供了減法器6。因此，在低通濾波裝置的傳遞函數(shù)中，在復(fù)平面的左半平面中引入一個(gè)零，從而改進(jìn)所有相移到近似90度。如圖5所示，電路必須確保減法器3，3’有規(guī)律地切換，以適當(dāng)?shù)乜刂戚敵?。這通過將不同的鋸齒、三角信號(hào)加入到由第二低通濾波器R2，C2，A2產(chǎn)生的信號(hào)中而獲得。增加這種信號(hào)的通常方式是在由脈沖發(fā)生器2產(chǎn)生的第二積分器的輸入上施加一個(gè)矩形脈沖電流O2。該電流對(duì)電容器C2進(jìn)行充/放電，并產(chǎn)生對(duì)信號(hào)OA2的三角鋸齒信號(hào)的添加。減法器可如圖6所示和之前的描述來實(shí)現(xiàn)。
圖7描述了具有共同輸入信號(hào)Input作為二進(jìn)制信號(hào)流的D類放大器。該D類放大器包括耦合到共同輸入信號(hào)Input的反相器5。反相器5產(chǎn)生輸入到放大器100中的相互反相的二進(jìn)制信號(hào)流Vn。二進(jìn)制信號(hào)Input的輸入流還輸入到閾值發(fā)生器4。閾值發(fā)生器4包括耦合到共同輸入端Input的另一個(gè)低通濾波裝置31，該裝置產(chǎn)生第一輸入信號(hào)Vp以及第二輸入信號(hào)Vn。該另一個(gè)低通濾波裝置31用于平均比特流信號(hào)Input。如圖9中所示，為了產(chǎn)生第一和第二輸入信號(hào)Vn，Vp，該另一個(gè)低通濾波裝置31包括產(chǎn)生第一輸入信號(hào)Vn的第三低通濾波器310，該低通濾波器310被耦合到產(chǎn)生第二輸入信號(hào)Vp的反相放大裝置311。在圖9所示的實(shí)施方式中，反相放大裝置311包括使用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的反相轉(zhuǎn)發(fā)器，該反相轉(zhuǎn)發(fā)器具有反相輸入“-”以及耦合到參考信號(hào)Vcom的非反相輸入“+”。由另一個(gè)低通濾波器產(chǎn)生的信號(hào)Vp是反相的，即基本180度相移，而第一輸入信號(hào)Vn在該另一個(gè)低通濾波器的輸出端產(chǎn)生。電阻器R1和R2用于控制第一信號(hào)Vn的振幅，從而使第一信號(hào)Vn與第二輸入信號(hào)Vp完全相等。作為另一個(gè)低通濾波器31，可使用如圖10所示的有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。共同輸入信號(hào)Input被輸入到包括級(jí)聯(lián)的觸發(fā)器串F1，...，F(xiàn)n的移位寄存器中。通過時(shí)鐘信號(hào)Ck控制觸發(fā)器，該時(shí)鐘信號(hào)確定通過每個(gè)觸發(fā)器的延遲。每個(gè)觸發(fā)器輸出Q1，...，Qn分別通過開關(guān)(S1，S’1)，...， (Sn，...，Sn)耦合到相應(yīng)的可切換電流源(J1，J’1)，...，(Jn，J’n)?？汕袚Q電流源的輸出電流Js耦合到產(chǎn)生第二輸出信號(hào)Vp的電流電壓轉(zhuǎn)換器400上。
本申請(qǐng)中描述的三態(tài)D類放大器可作為一個(gè)D類功率放大器集成在一個(gè)單音頻芯片中。此外，由于它具有相對(duì)減少的功率消耗以及相對(duì)高的功效，因此可將其使用在便攜設(shè)備中，例如接收機(jī)、CD和/或DVD播放器等。
應(yīng)注意，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于所描述的實(shí)施例中。本發(fā)明的保護(hù)范圍也不受權(quán)利要求中的參考數(shù)字的限制。詞語“包括”不排除除了權(quán)利要求中提到以外的其他部分。元件之前的詞語“一個(gè)”不排除多個(gè)元件。組成本發(fā)明一部分的裝置可以由專用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以編程用處理器的形式來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明在于每個(gè)新特征或特征的組合。
權(quán)利要求
1.一種三態(tài)D類放大器(100)，包括第一信號(hào)通道(1)以及與第一信號(hào)通道(1)完全相同的第二信號(hào)通道(1’)，每個(gè)信號(hào)通道(1，1’)包括相應(yīng)的第一和第二低通濾波裝置(10，10’)，所述低通濾波裝置分別連接到由輸入裝置(Inp，In，Ip)提供的輸入信號(hào)(Vn，Vp)、負(fù)載(5)的第一和第二端(A，B)以及提供一信號(hào)的脈沖發(fā)生器(2)，該信號(hào)的頻率基本高于輸入信號(hào)(Vn，Vp)的頻率，所述低通濾波裝置分別產(chǎn)生第一和第二低通濾波信號(hào)(SUP，SDW)，所述低通濾波信號(hào)(SUP，SDW)輸入到相應(yīng)的比較裝置(3，3’)中，以及比較裝置(3，3’)連接到閾值發(fā)生器(4)，該閾值發(fā)生器連接到輸入裝置(Inp，In，Ip)以及表示經(jīng)由負(fù)載(5)的最大和最小信號(hào)值的估計(jì)的第一和第二參考信號(hào)(Vmax，Vmin)，并產(chǎn)生與第一和第二輸入信號(hào)(Vn，Vp)之差成反比的交替閾值信號(hào)(THRES)，以保持放大器在空閑狀態(tài)中的相對(duì)高增益。
2.一種三態(tài)D類放大器(100)，其中第一和第二信號(hào)(Vn，Vp)為相互反相位，且耦合到第一信號(hào)通道(1)和第二信號(hào)通道(1’)。
3.如權(quán)利要求2的三態(tài)D類放大器(100)，其中閾值信號(hào)(THRES)與第一和第二輸入信號(hào)(Vn，Vp)之差的積分成反比，以維持放大器在空閑狀態(tài)中的相對(duì)高增益。
4.如權(quán)利要求2或3的三態(tài)D類放大器(100)，其中閾值發(fā)生器(4)包括連接到復(fù)用器(MUX)的第一減法器(S1)和第二減法器(S2)，該第一減法器(S1)提供與第一輸入信號(hào)(Vn)和最小估計(jì)信號(hào)Vmin之差成正比的信號(hào)，該第二減法器(S2)提供與第二輸入信號(hào)(Vp)和最大估計(jì)信號(hào)(Vmax)之差成正比的信號(hào)，該復(fù)用器(M)提供閾值信號(hào)(THRES)。
5.如權(quán)利要求3的三態(tài)D類放大器(100)，其中閾值發(fā)生器(6)包括用于將第一和第二輸入信號(hào)(Vn，Vp)與相應(yīng)的第一和第二參考信號(hào)(Vmax，Vmin)之間的電壓差(Vcur)轉(zhuǎn)換成電流的電壓電流轉(zhuǎn)換裝置(A4，T1，Ri)。
6.如權(quán)利要求5的三態(tài)D類放大器(100)，其中閾值發(fā)生器(4)還包括由電流鏡(CM)進(jìn)行偏置的第一積分器(T2，C3)和第二積分器(T3，C4)，所述這些積分器耦合到電壓電流轉(zhuǎn)換裝置(A4，T1，Ri)，用于產(chǎn)生流經(jīng)復(fù)用裝置(M)的閾值信號(hào)(THRES)。
7.如權(quán)利要求6的三態(tài)D類放大器(100)，其中復(fù)用裝置(M)包括連接到用于產(chǎn)生閾值信號(hào)(THRES)的模擬復(fù)用器(M1)的級(jí)聯(lián)的采樣保持裝置(SH1，SH2)。
8.如權(quán)利要求1的三態(tài)D類放大器(100)，其中第一和第二低通濾波裝置(10，10’)中的每一個(gè)都包括第一低通濾波器(A1，Rin，Rfbk，C1)，用于低通濾波表示第一和第二輸入信號(hào)(Vn，Vp)分別與負(fù)載(5)的第一和第二端(A，B)上提供的第一和第二輸出信號(hào)之差的信號(hào)，并產(chǎn)生一個(gè)第一信號(hào)(OA1)，該第一信號(hào)(OA1)被輸入到減法裝置(6)的輸入端以及第二低通濾波器(A2，R2，C2)，該第二低通濾波器(A2，R2，C2)將第二信號(hào)(OA2)提供到該減法裝置(6)的另一個(gè)輸入端，減法裝置(6)產(chǎn)生低通濾波信號(hào)(SUP)。
9.如權(quán)利要求3的三態(tài)D類放大器(100)，其中第一和第二低通濾波器包括分別具有耦合到參考信號(hào)(Vcom)的輸入端的第一和第二差動(dòng)輸入放大器(A1，A2)，所述參考信號(hào)基本等于電源電壓(Vpp)的一半。
10.如權(quán)利要求1的三態(tài)D類放大器(100)，其中所述輸入裝置包括用于反向共同輸入信號(hào)(Inp)的反相器裝置(5)，所述共同輸入信號(hào)是二進(jìn)制信號(hào)流。
11.如權(quán)利要求10的三態(tài)D類放大器(100)，其中輸入裝置包括耦合到共同輸入信號(hào)(Inp)的另一個(gè)低通濾波裝置(31)，并產(chǎn)生另一個(gè)第一輸入信號(hào)(V’n)和另一個(gè)第二輸入信號(hào)(V’p)。
12.如權(quán)利要求11的三態(tài)D類放大器(100)，其中另一個(gè)低通濾波裝置(31)包括產(chǎn)生另一個(gè)第一輸入信號(hào)(V’n)的第三低通濾波器(310)，該低通濾波器(310)連接到產(chǎn)生另一個(gè)第二輸入信號(hào)(V’p)的反向放大器裝置(311)上。
13.一種包括如權(quán)利要求1的三態(tài)D類放大器(100)的音頻放大器。
14.一種包括如權(quán)利要求1的三態(tài)D類放大器(100)的便攜電子設(shè)備，如移動(dòng)電話，CD播放器，音頻接收機(jī)。
全文摘要
一種三態(tài)D類放大器(100)，包括第一信號(hào)通道(1)以及與第一信號(hào)通道(1)完全相同的第二信號(hào)通道(1’)。每個(gè)信號(hào)通道(1，1’)包括相應(yīng)的第一和第二低通濾波裝置(10，10’)，所述低通濾波裝置分別連接到由輸入裝置(I
文檔編號(hào)H03F3/217GK1759534SQ200480006474
公開日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2004年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月10日
發(fā)明者G·德克雷毛西, I·范魯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司