專利名稱：一種d類功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種D類功率放大器，特別是采用滯回調(diào)制的一種D類功率放大器。

背景技術(shù)：
D類功率放大器的效率比線性放大器如A/B類放大器高，由于其輸出部分在開(kāi)關(guān)模式下工作，因此將功率消耗最小化。由輸出功率電路產(chǎn)生的方波可以用于對(duì)負(fù)載如揚(yáng)聲器供電。通常，在輸出功率電路和負(fù)載揚(yáng)聲器之間會(huì)添加額外的濾波器，濾波后的信號(hào)即是放大后的輸入信號(hào)。
如圖1所示的傳統(tǒng)D類放大器包括一個(gè)比較器CMP，它接收來(lái)自三角波發(fā)生器TG產(chǎn)生的三角波T和輸入信號(hào)S1。比較器CMP通過(guò)比較三角波信號(hào)T和輸入信號(hào)S1來(lái)產(chǎn)生占空比可變的方波S2。當(dāng)輸入大于三角波T時(shí)，輸出S2為低；反之，當(dāng)輸入小于三角波T時(shí)，輸出S2為高。于是，在比較器CMP的輸出端得到了一個(gè)占空比成比例變化于輸入信號(hào)S1的PWM信號(hào)，如圖2所示。接著這個(gè)脈沖寬度被調(diào)制的信號(hào)S2被傳送至門(mén)極控制電路，進(jìn)而去控制輸出晶體管M1和M2的開(kāi)通與關(guān)斷，也就是，產(chǎn)生一個(gè)放大的方波信號(hào)。然后，這個(gè)方波信號(hào)通過(guò)由電感和電容組成的濾波器電路被還原為放大的輸入信號(hào)。
圖1所示的D類放大器，由于在開(kāi)關(guān)晶體管M1、M2導(dǎo)通時(shí)，降落在其兩端的電壓很小，所以它的效率特別高。這樣D類功率放大器可以有高達(dá)90％的效率。然而，如圖1所示的傳統(tǒng)D類功率放大器存在一些缺點(diǎn)。它需要一個(gè)三角波發(fā)生器TG或鋸齒波發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生用來(lái)比較的載波三角波T或鋸齒波。三角波發(fā)生器或鋸齒波發(fā)生器在結(jié)構(gòu)上相對(duì)比較復(fù)雜，而且當(dāng)它被集成在一個(gè)D類放大器芯片內(nèi)部時(shí)，需要很大的芯片尺寸。同時(shí)，作為載波的三角波或者鋸齒波的非線性也產(chǎn)生了總諧波畸變(Total Harmonic Distortion，THD)問(wèn)題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)需要三角波發(fā)生器或鋸齒波發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生載波而帶來(lái)的芯片尺寸較大、易產(chǎn)生總諧波畸變的問(wèn)題，提供一種改進(jìn)的D類功率放大器，該D類功率放大器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需三角波發(fā)生器或鋸齒波發(fā)生器，同時(shí)削弱由載波的非線性引起的總諧波畸變。
本發(fā)明為一種D類功率放大器，包括放大器輸入端、積分器、方波輸出電路、反饋回路、門(mén)極控制電路、輸出功率電路、放大器輸出端，其中所述積分器包括兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，該輸出端與所述方波輸出電路的輸入端連接；所述方波輸出電路的輸出端與所述門(mén)極控制電路的輸入端連接；所述門(mén)極控制電路的輸出端與所述輸出功率電路的輸入端連接；所述輸出功率電路的輸出端與所述放大器輸出端連接；所述反饋回路連接于所述積分器的一個(gè)輸入端和所述放大器輸出端之間。
如本發(fā)明所述的一種D類功率放大器，所述反饋回路包括連接于所述放大器輸出端和所述積分器的所述輸入端之間的電阻。
如本發(fā)明所述的一種D類功率放大器，所述方波輸出電路包括第一比較器、第二比較器、直流偏置電路和邏輯電路，其中所述直流偏置電路的兩個(gè)輸出端分別與所述第一比較器的同相輸入端和所述第二比較器的反相輸入端連接；所述第一比較器的反相輸入端和第二比較器的同相輸入端連接后作為所述方波輸出電路的輸入端，與所述積分器的輸出端連接，所述第一比較器的輸出端和所述第二比較器的輸出端分別與邏輯電路的兩個(gè)輸入端連接；所述邏輯電路的輸出端與所述門(mén)極控制電路的輸入端連接。
如本發(fā)明所述的一種D類功率放大器，所述邏輯電路包括第一與非門(mén)和第二與非門(mén)，其中第一與非門(mén)的一個(gè)輸入端與第二與非門(mén)的輸出端連接，其另一個(gè)輸入端與第一比較器的輸出端連接；第二與非門(mén)的一個(gè)輸入端與第一與非門(mén)的輸出端連接，其另一個(gè)輸入端與第二比較器的輸出端連接；第一與非門(mén)的輸出端與門(mén)極控制電路的輸入端連接。
如本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所述的一種D類功率放大器，所述直流偏置電路包括直流信號(hào)源、第一直流偏移源和第二直流偏移源；其中所述第一直流偏移源的正端與第一比較器的同相輸入端連接；所述第二直流偏移源的負(fù)端與第二比較器的反相輸入端連接；所述第一直流偏移源的負(fù)端和第二直流偏移源的正端和所述直流信號(hào)源的正端連接；所述直流信號(hào)源的負(fù)端接地。
如本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所述的一種D類功率放大器，所述積分器包括運(yùn)算放大器、電容和電阻，電容、電阻并聯(lián)連接于運(yùn)算放大器的輸出端和反相輸入端之間，所述運(yùn)算放大器的反相輸入端同時(shí)接收經(jīng)由反饋回路反饋回來(lái)的放大器輸出端的輸出信號(hào)，所述運(yùn)算放大器的同相輸入端連接放大器輸入端。
如本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所述的一種D類功率放大器，所述直流偏置電路包括直流去耦電路、直流偏置電源和直流偏置及電平移位電路，直流去耦電路的一個(gè)輸入端與放大器輸入端連接，其輸出端與直流偏置及電平移位電路連接，直流偏置及電平移位電路的另一個(gè)輸入端與直流偏置源連接，直流偏置及電平移位電路的兩個(gè)輸出端分別與第一比較器的同相輸入端和第二比較器的反相輸入端連接。
如本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所述的一種D類功率放大器，所述積分器包括運(yùn)算放大器、電容和電阻，電容、電阻并聯(lián)連接于運(yùn)算放大器的輸出端和反相輸入端之間，所述運(yùn)算放大器的反相輸入端同時(shí)接收經(jīng)由反饋回路反饋回來(lái)的放大器輸出端的輸出信號(hào)，所述運(yùn)算放大器的同相輸入端與直流基準(zhǔn)信號(hào)源連接。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于該D類功率放大器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單無(wú)需三角波發(fā)生器或鋸齒波發(fā)生器，因此該D類功率放大器集成在芯片內(nèi)部時(shí)，芯片尺寸將會(huì)很小，而且利用反饋回路調(diào)整精度高速度快，同時(shí)由載波的非線性引起的總諧波畸變也被大大削弱。



圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中D類功率放大器的模塊圖； 圖2示出圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)D類功率放大器的信號(hào)關(guān)系圖； 圖3示出根據(jù)本發(fā)明第一具體實(shí)施例的一種D類功率放大器的基本結(jié)構(gòu)圖； 圖4(A)示出根據(jù)本發(fā)明的一種D類功率放大器輸入信號(hào)的波形圖； 圖4(B)示出根據(jù)本發(fā)明的一種D類功率放大器負(fù)載輸出電流的波形圖； 圖4(C)示出根據(jù)本發(fā)明的一種D類功率放大器負(fù)載輸出電壓的波形圖； 圖5示出根據(jù)本發(fā)明第二具體實(shí)施例的D類功率放大器的基本結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施例方式 第一具體實(shí)施例 如圖3所示，為本發(fā)明的一個(gè)采用滯回調(diào)制的D類功率放大器的結(jié)構(gòu)圖。該D類功率放大器包括一個(gè)由電阻R2、電容C和運(yùn)算放大器U0組成的積分器2，電阻R2、電容C并聯(lián)在運(yùn)算放大器U0的輸出端與反相輸入端之間，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，該積分器可為其他形式。
該D類功率放大器還包括包括放大器輸入端1、方波輸出電路3、反饋回路4、門(mén)極控制電路5、輸出功率電路6、放大器輸出端7，其中積分器2包括兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，該輸出端與所述方波輸出電路3的輸入端連接；方波輸出電路3的輸出端與所述門(mén)極控制電路5的輸入端連接；門(mén)極控制電路5的輸出端與所述輸出功率電路6的輸入端連接；輸出功率電路6的輸出端與所述放大器輸出端7連接；反饋回路4連接于所述積分器2的一個(gè)輸入端和所述放大器輸出端7之間。
運(yùn)算放大器U0的同相輸入端接收輸入信號(hào)VIN，反相輸入端接收經(jīng)由反饋回路4反饋回來(lái)的輸出信號(hào)SW，本實(shí)施例中反饋回路4包括連接在放大器輸出端7和運(yùn)算放大器U0的反相輸入端之間的電阻R1。反相輸入端接收的信號(hào)和同相輸入端接收的輸入信號(hào)VIN的差分被運(yùn)算放大器U0放大積分在電容C上。
在本實(shí)施例中，方波輸出電路3包括第一比較器U1、第二比較器U2、直流偏置電路31和邏輯電路32，其中直流偏置電路31的兩個(gè)輸出端分別與所述第一比較器U1的同相輸入端和所述第二比較器U2的反相輸入端連接；第一比較器U1的反相輸入端和第二比較器U2的同相輸入端連接后作為所述方波輸出電路3的輸入端，與所述積分器2的輸出端連接，所述第一比較器U1的輸出端和所述第二比較器U2的輸出端分別與邏輯電路32的兩個(gè)輸入端連接；邏輯電路32的輸出端與所述門(mén)極控制電路5的輸入端連接。
而直流偏置電路31包括直流信號(hào)源310、第一直流偏移源311和第二直流偏移源312；其中第一直流偏移源311的正端與第一比較器U1的同相輸入端連接；第二直流偏移源312的負(fù)端與第二比較器U2的反相輸入端連接；第一直流偏移源311的負(fù)端和第二直流偏移源312的正端和所述直流信號(hào)源310的正端連接；直流信號(hào)源310的負(fù)端接地。
直流偏置電路31檢測(cè)輸入信號(hào)的直流分量來(lái)設(shè)置直流信號(hào)源310的直流偏置值VT，使兩者直流分量相同，以協(xié)同工作。同時(shí)，在直流偏置值VT上疊加兩個(gè)偏移量，直流偏置值VT疊加第一直流偏移源311的值為VT1的偏移量后連接至第一比較器U1的同相輸入端；直流偏置值VT疊加第二直流偏移源312的值為VT2的偏移量后連接至第二比較器U2的反相輸入端，在本實(shí)施例中，取VT1＝0.1V，VT2＝-0.1V，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，偏移量可以是其他值，而不是限制在本實(shí)施例所取的值。第一比較器U1的輸出端連接至第一與非門(mén)U5的一個(gè)輸入端；第二比較器U2的輸出端連接至第二與非門(mén)U6的一個(gè)輸入端。第二與非門(mén)U6的輸出端連接至第一與非門(mén)U5的另一個(gè)輸入端，第一與非門(mén)U5的輸出端連接至第二與非門(mén)U6的另一個(gè)輸入端，并且同時(shí)經(jīng)由門(mén)極控制電路5被傳送至由晶體管M1和M2組成的放大器輸出功率電路6，從而在放大器輸出端7得到輸出信號(hào)SW。晶體管M1和M2的門(mén)極均連接于門(mén)極控制電路5。上管P溝道晶體管M1的源極連接于電源電壓VCC，其漏極連接于下管N溝道晶體管M2的漏極和放大器輸出端7；下管N溝道晶體管M2的源極連接于地。輸出信號(hào)SW接著被由電感LF和電容CF組成的濾波器8濾波，從而供應(yīng)給負(fù)載9，如揚(yáng)聲器；或者無(wú)需濾波器而直接供應(yīng)給感性負(fù)載。
由于運(yùn)算放大器U0的增益相當(dāng)高，其同相輸入端和反相輸入端的電壓可以看成相等(虛短)。運(yùn)算放大器U0同相輸入端和反相輸入端之間的差分被積分在電容C上。運(yùn)算放大器U0的輸出和偏置點(diǎn)的差異反映了誤差電壓，誤差主要由輸出信號(hào)SW產(chǎn)生。然后第一比較器U1和第二比較器U2分別對(duì)運(yùn)算放大器U0的輸出和直流偏置電路輸出的第一和第二門(mén)限電平的信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)決定開(kāi)關(guān)頻率和占空比。即，當(dāng)運(yùn)算放大器U0的輸出小于第二門(mén)限電平“VT+VT2”，第一比較器U1輸出為高，用“1”表示，第二比較器U2輸出為低，用“0”表示，于是第一與非門(mén)U5輸出一個(gè)低電平至門(mén)極控制電路5，此時(shí)輸出功率電路6的上晶體管M1導(dǎo)通，放大器輸出端7處的電平VOUT＝VCC，使得輸出信號(hào)SW變高，從而經(jīng)過(guò)反饋后運(yùn)算放大器U0的輸出也變高；當(dāng)運(yùn)算放大器U0的輸出慢慢增大至介于第二門(mén)限電平“VT+VT2”和第一門(mén)限電平“VT+VT1”之間時(shí)，第一比較器U1輸出為高，用“1”表示，第二比較器U2輸出也為高，用“1”表示，于是第一與非門(mén)U5保持它之前的輸出狀態(tài)，輸出功率電路6的兩個(gè)晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)也保持不變；當(dāng)運(yùn)算放大器U0的輸出繼續(xù)增大以致大于第一門(mén)限電平“VT+VT1”時(shí)，第一比較器U1輸出為低，用“0”表示，第二比較器U2輸出為高，用“1”表示，于是第一與非門(mén)U5輸出一個(gè)高電平至門(mén)極控制電路5，此時(shí)輸出功率電路6的下晶體管M2導(dǎo)通，放大器輸出端7處電平VOUT＝0，使得輸出信號(hào)SW變低，從而經(jīng)過(guò)反饋后運(yùn)算放大器U0的輸出也變低；當(dāng)運(yùn)算放大器U0的輸出慢慢減小至介于第二門(mén)限電平“VT+VT2”和第一門(mén)限電平“VT+VT1”之間時(shí)，第一比較器U1輸出為高，用“1”表示，第二比較器U2輸出也為高，用“1”表示，于是第一與非門(mén)U5保持它之前的輸出狀態(tài)，輸出功率電路6的兩個(gè)晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)也保持不變；當(dāng)運(yùn)算放大器U0的輸出繼續(xù)減小直至小于第二門(mén)限電平“VT+VT2”，就重復(fù)上面的運(yùn)行狀態(tài)。因此，第一與非門(mén)U5的輸出給門(mén)極控制電路5提供了一個(gè)電平高低變化的信號(hào)。相應(yīng)地，晶體管M1和M2隨著PWM信號(hào)而開(kāi)通或者關(guān)斷。這樣，在放大器輸出端7處得到了一個(gè)方波。一方面，放大器輸出端7處的輸出信號(hào)SW經(jīng)由濾波器8被送至負(fù)載；另一方面，輸出信號(hào)SW經(jīng)反饋回路4被反饋至運(yùn)算放大器U0的反相輸入端，反饋信號(hào)的可聽(tīng)部分和輸入信號(hào)VIN抵消。如上所述，運(yùn)算放大器U0的同相輸入端和反相輸入端近乎相等。反饋信號(hào)的高頻部分被電容C所積分得到的高頻調(diào)制信號(hào)與第一比較器U1和第二比較器U2的門(mén)極電平進(jìn)行比較得到PWM波。從而，在不需要任何三角波發(fā)生器或者鋸齒波發(fā)生器的條件下，放大器采用滯回調(diào)制得到了PWM信號(hào)。
如上所述，可以看出滯環(huán)電壓值VHY＝VT1-VT2。理想情況下，滯環(huán)電壓值代表輸出信號(hào)SW與輸入信號(hào)VIN所得誤差積分后的范圍。如果忽略高頻調(diào)制信號(hào)的影響，輸出信號(hào)SW的電壓VOUT應(yīng)該由輸入信號(hào)VIN決定。運(yùn)算放大器U0的輸出等于直流偏置值VT，它應(yīng)該和輸入信號(hào)VIN的直流分量VOFF也相等。假設(shè)運(yùn)算放大器U0的增益足夠大，則運(yùn)算放大器U0的同相輸入端和反相輸入端相等，運(yùn)算放大器U0輸出的微小信號(hào)應(yīng)該成比例于輸入的微小信號(hào)。所以增益G等式可以表示如下 因?yàn)殚_(kāi)關(guān)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于音頻帶寬，可以用VINP表示獨(dú)立于時(shí)間的輸入電壓VIN的一點(diǎn)，并且在整個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)保持恒定。當(dāng)上晶體管M1導(dǎo)通時(shí)，VOUT＝VCC，當(dāng)下晶體管M2導(dǎo)通時(shí)，VOUT＝0V，所以計(jì)算式表示如下 上晶體管M1導(dǎo)通而下晶體管M2關(guān)斷時(shí)，其中tr為上晶體管M1導(dǎo)通而下晶體管M2關(guān)斷的時(shí)長(zhǎng) 上晶體管M1關(guān)斷而下晶體管M2導(dǎo)通時(shí)，其中tf為上晶體管M1關(guān)斷而下晶體管M2導(dǎo)通的時(shí)長(zhǎng) 開(kāi)關(guān)周期TSW為 從等式(7)可以看出此采用滯環(huán)調(diào)制的D類放大器的開(kāi)關(guān)頻率跟隨輸入信號(hào)的變化而變化。
根據(jù)等式(4)、(6)、(7)，占空比為 從等式(8)可以看出，此采用滯環(huán)調(diào)制的D類放大器的占空比跟隨輸入信號(hào)的變化而變化。
圖4(A)、圖4(B)、圖4(C)示出了本發(fā)明采用滯回調(diào)制的D類運(yùn)算放大器輸入信號(hào)，負(fù)載上的輸出電流、輸出電壓的波形圖。
第二具體實(shí)施例 圖5所示為本發(fā)明第二具體實(shí)施例的D類運(yùn)算放大器的基本結(jié)構(gòu)圖。在此結(jié)構(gòu)中，與第一具體實(shí)施例相同，存在一個(gè)由電阻R2、電容C、運(yùn)算放大器U0組成的積分器。運(yùn)算放大器U0的輸出端連接至比較器U1的反相輸入端和比較器U2的同相輸入端。與第一具體實(shí)施例不同之處在于，運(yùn)算放大器U0的同相輸入端接一個(gè)直流電平值為VRef的直流基準(zhǔn)信號(hào)10，反相端接收經(jīng)由反饋回路4反饋回來(lái)的輸出信號(hào)SW，本實(shí)施例中反饋回路4與第一具體實(shí)施例一樣包括電阻R1；同時(shí)本實(shí)施例采用直流去耦電路U8對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行去除直流分量，之后在直流偏置及電平移位電路U7處，用值也為VRef的直流偏置源VBias對(duì)輸入信號(hào)重新設(shè)置直流分量，并且疊加兩個(gè)直流偏移量，從而得到兩個(gè)具有不同直流偏移量的信號(hào)，所述兩個(gè)不同直流偏移量的信號(hào)被直接連接至第一比較器U1的同相輸入端和第二比較器U2的反相輸入端。即，首先對(duì)輸入信號(hào)的直流分量進(jìn)行隔直，然后在直流偏置及電平移位電路U7部分將其直流分量重新設(shè)置為直流偏置源VBias的偏置值，并且VIN(dc)＝VRef，得到VIN(ac)+VRef，其中VIN(dc)表示輸入信號(hào)被重新設(shè)置的直流分量，VIN(ac)表示輸入信號(hào)的交流分量。然后在VIN(ac)+VRef上面疊加一個(gè)偏移量為VT1的直流偏移而得到輸入至第一比較器U1同相輸入端的第一信號(hào)V1，該V1作為此實(shí)施例的第一門(mén)限電平，其值為V1＝VIN(ac)+VRef+VT1，同時(shí)在VIN(ac)+VRef上面再疊加一個(gè)偏移量為VT2的直流偏移而得到輸入至第二比較器U2反相輸入端的第二信號(hào)V2，該V2作為此實(shí)施例的第二門(mén)限電平，其值為V2＝VIN(ac)+VRef+VT2。在本實(shí)施例中，VT1＝0.1V，VT2＝-0.1V。電路其他部分的連接方式與圖3所示的第一具體實(shí)施例電路一樣，不再重復(fù)，并且與圖3相同的部分采用相同的附圖標(biāo)記。
由于運(yùn)算放大器U0的增益相當(dāng)高，其同相端和反相端的電壓可以看成相等(虛短)。運(yùn)算放大器U0同相輸入端接收的參考電平VRef和反相輸入端接收的信號(hào)的差分被積分在電容C上。運(yùn)算放大器U0的輸出被運(yùn)算放大器增益放大，并在直流偏置VRef點(diǎn)附近浮動(dòng)。運(yùn)算放大器U0的輸出和偏置點(diǎn)的差異反映了誤差電壓，誤差主要由輸出信號(hào)SW產(chǎn)生。然后第一比較器U1和第二比較器U2對(duì)運(yùn)算放大器U0的輸出和所設(shè)門(mén)限電平進(jìn)行比較來(lái)決定開(kāi)關(guān)頻率和占空比。即，當(dāng)運(yùn)算放大器U0的輸出小于第二門(mén)限電平V2，第一比較器U1輸出為高，用“1”表示，第二比較器U2輸出為低，用“0”表示，于是第一與非門(mén)U5輸出一個(gè)低電平至門(mén)極控制電路5，此時(shí)輸出功率電路6的上管M1導(dǎo)通，放大器輸出端7處電平VOUT＝VCC，使得輸出信號(hào)SW變高從而經(jīng)過(guò)反饋后運(yùn)算放大器U0的輸出也變高；當(dāng)運(yùn)算放大器U0的輸出慢慢增大至介于第二門(mén)限電平V2和第一門(mén)限電平V1之間時(shí)，第一比較器U1輸出為高，用“1”表示，第二比較器U2輸出也為高，用“1”表示，于是第一與非門(mén)U5保持它之前的輸出狀態(tài)，輸出功率電路6的兩個(gè)晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)也保持不變；當(dāng)運(yùn)算放大器U0的輸出繼續(xù)增大以致大于第一門(mén)限電平V1時(shí)，第一比較器U1輸出為低，用“0”表示，第二比較器U2輸出為高，用“1”表示，于是第一與非門(mén)U5輸出一個(gè)高電平至門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路5，此時(shí)輸出功率電路6的下管M2導(dǎo)通，放大器輸出端7處電平VOUT＝0，使得輸出信號(hào)SW變低從而經(jīng)過(guò)反饋后運(yùn)算放大器U0的輸出也變低；當(dāng)運(yùn)算放大器U0的輸出慢慢減小至介于第二門(mén)限電平V2和第一門(mén)限電平V1之間時(shí)，第一比較器U1輸出為高，用“1”表示，第二比較器U2輸出也為高，用“1”表示，于是第一與非門(mén)U5保持它之前的輸出狀態(tài)，輸出功率電路6的兩個(gè)晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)也保持不變；當(dāng)運(yùn)算放大器U0的輸出繼續(xù)減小直至小于第二門(mén)限電平V2，就重復(fù)上面的運(yùn)行狀態(tài)。因此，第一與非門(mén)U5的輸出給門(mén)極控制電路5提供了一個(gè)電平高低變化的信號(hào)。相應(yīng)地，晶體管M1和M2隨著PWM信號(hào)而開(kāi)通或者關(guān)斷。這樣，在放大器輸出端7處得到了一個(gè)方波。一方面，放大器輸出端7處的輸出信號(hào)SW經(jīng)由濾波器被送至負(fù)載；另一方面，輸出信號(hào)SW經(jīng)由反饋回路4被反饋至運(yùn)算放大器U0的反相輸入端。在運(yùn)算放大器U0處，反饋信號(hào)的直流偏置和參考電平VRef抵消。如上所述，運(yùn)算放大器U0的同相輸入端和反相輸入端近乎相等。反饋信號(hào)的高頻部分被電容C積分得到高頻調(diào)制信號(hào)，它和低頻部分疊加的結(jié)果與輸入信號(hào)VIN和比較器U1和U2的門(mén)極電平疊加結(jié)果進(jìn)行比較得到電平高低變化的信號(hào)。從而，在不需要任何三角波發(fā)生器或者鋸齒波發(fā)生器的條件下得到了PWM波。
與在第一具體實(shí)施例中采用滯回調(diào)制的D類運(yùn)算放大器的基本結(jié)構(gòu)一樣，第二具體實(shí)施例所述的采用滯回調(diào)制的D類運(yùn)算放大器的頻率和占空比也跟隨輸入信號(hào)的變化而變化。
可以看到，第一與非門(mén)U5和第二與非門(mén)U6起著RS觸發(fā)器的作用。即第一與非門(mén)U5起復(fù)位作用，相當(dāng)于R；第二與非門(mén)U6起置位作用，相當(dāng)于S。當(dāng)R＝1，S＝0時(shí)，第一與非門(mén)U5輸送給門(mén)極控制電路5的電平為低；當(dāng)R＝0，S＝1時(shí)，第一與非門(mén)U5輸送給門(mén)極控制電路5的電平為高；當(dāng)R＝1，S＝1時(shí)，第一與非門(mén)U5輸送給門(mén)極控制電路5的電平為保持原來(lái)輸出狀態(tài)。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本放大器可以采用有其他類似功能的模塊代替第一與非門(mén)U5與第二與非門(mén)U6，而不僅限于本發(fā)明所揭示的第一與非門(mén)U5與第二與非門(mén)U6。同時(shí)，輸出功率電路6的開(kāi)關(guān)管不僅限于PMOS與NMOS的組合，還可以其他相應(yīng)組合；并且可以是全橋電路，而不僅限于本發(fā)明所揭示的單端半橋電路。
以上，是為了本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明，而對(duì)本發(fā)明所進(jìn)行的詳細(xì)描述，但可以想到，在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋的范圍內(nèi)還可以做出其它的變化和修改，這些變化和修改均在本發(fā)明的的權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種D類功率放大器，包括放大器輸入端(1)、積分器(2)、方波輸出電路(3)、反饋回路(4)、門(mén)極控制電路(5)、輸出功率電路(6)、放大器輸出端(7)，其中
所述積分器(2)包括兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，該輸出端與所述方波輸出電路(3)的輸入端連接；
所述方波輸出電路(3)的輸出端與所述門(mén)極控制電路(5)的輸入端連接；
所述門(mén)極控制電路(5)的輸出端與所述輸出功率電路(6)的輸入端連接；
所述輸出功率電路(6)的輸出端與所述放大器輸出端(7)連接；
所述反饋回路(4)連接于所述放大器輸出端(7)和所述積分器(2)的一個(gè)輸入端之間。
2.如權(quán)利要求1所述的一種D類功率放大器，其特征在于，所述反饋回路(4)包括連接于所述積分器(2)的所述輸入端和所述放大器輸出端(7)之間的電阻(R1)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種D類功率放大器，其特征在于，所述方波輸出電路(3)包括第一比較器(U1)、第二比較器(U2)、直流偏置電路(31)和邏輯電路(32)，其中
所述直流偏置電路(31)的兩個(gè)輸出端分別與所述第一比較器(U1)的同相輸入端和所述第二比較器(U2)的反相輸入端連接；
所述第一比較器(U1)的反相輸入端和第二比較器(U2)的同相輸入端連接后作為所述方波輸出電路(3)的輸入端，與所述積分器(2)的輸出端連接，所述第一比較器(U1)的輸出端和所述第二比較器(U2)的輸出端分別與邏輯電路(32)的兩個(gè)輸入端連接；
所述邏輯電路(32)的輸出端與所述門(mén)極控制電路(5)的輸入端連接。
4.如權(quán)利要求3所述的一種D類功率放大器，其特征在于，所述邏輯電路(32)包括第一與非門(mén)(U5)和第二與非門(mén)(U6)，其中
第一與非門(mén)(U5)的一個(gè)輸入端與第二與非門(mén)(U6)的輸出端連接，其另一個(gè)輸入端與第一比較器(U1)的輸出端連接；
第二與非門(mén)(U6)的一個(gè)輸入端與第一與非門(mén)(U5)的輸出端連接，其另一個(gè)輸入端與第二比較器(U2)的輸出端連接；
第一與非門(mén)(U5)的輸出端與門(mén)極控制電路(5)的輸入端連接。
5.如權(quán)利要求4所述的一種D類功率放大器，其特征在于，所述直流偏置電路(31)包括直流信號(hào)源(310)、第一直流偏移源(311)和第二直流偏移源(312)；其中
所述第一直流偏移源(311)的正端與第一比較器(U1)的同相輸入端連接；
所述第二直流偏移源(312)的負(fù)端與第二比較器(U2)的反相輸入端連接；
所述第一直流偏移源(311)的負(fù)端和第二直流偏移源(312)的正端和所述直流信號(hào)源(310)的正端連接；
所述直流信號(hào)源(310)的負(fù)端接地。
6.如權(quán)利要求5所述的一種D類功率放大器，其特征在于，所述積分器(2)包括運(yùn)算放大器(U0)、電容(C)和電阻(R2)，電容(C)、電阻(R2)并聯(lián)連接于運(yùn)算放大器(U0)的輸出端和反相輸入端之間，所述運(yùn)算放大器(U0)的反相輸入端同時(shí)接收經(jīng)由反饋回路(4)反饋回來(lái)的放大器輸出端(7)的輸出信號(hào)，所述運(yùn)算放大器(U0)的同相輸入端連接放大器輸入端(1)。
7.如權(quán)利要求4所述的一種D類功率放大器，其特征在于，所述直流偏置電路(31)包括直流去耦電路(U8)、直流偏置電源(VBias)和直流偏置及電平移位電路(U7)，直流去耦電路(U8)的一個(gè)輸入端與放大器輸入端(1)連接，其輸出端與直流偏置及電平移位電路(U7)的一個(gè)輸入端連接，直流偏置及電平移位電路(U7)的另一個(gè)輸入端與直流偏置電源(VBias)連接，直流偏置及電平移位電路(U7)的兩個(gè)輸出端分別與第一比較器(U1)的同相輸入端和第二比較器(U2)的反相輸入端連接。
8.如權(quán)利要求7所述的一種D類功率放大器，其特征在于，所述積分器(2)包括運(yùn)算放大器(U0)、電容(C)和電阻(R2)，電容(C)、電阻(R2)并聯(lián)連接于運(yùn)算放大器(U0)的輸出端和反相輸入端之間，所述運(yùn)算放大器(U0)的反相輸入端同時(shí)接收經(jīng)由反饋回路(4)反饋回來(lái)的放大器輸出端(7)的輸出信號(hào)，所述運(yùn)算放大器(U0)的同相輸入端與直流基準(zhǔn)信號(hào)源(10)連接。
全文摘要
本發(fā)明為一種D類功率放大器，涉及一種功率放大器，目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)需要三角波發(fā)生器或鋸齒波發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生載波而帶來(lái)的芯片尺寸較大、易產(chǎn)生總諧波畸變的問(wèn)題，包括放大器輸入端、積分器、方波輸出電路、反饋回路、門(mén)極控制電路、輸出功率電路、放大器輸出端，其中所述積分器包括兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，該輸出端與方波輸出電路的輸入端連接；方波輸出電路的輸出端與門(mén)極控制電路的輸入端連接；門(mén)極控制電路的輸出端與所述輸出功率電路的輸入端連接；輸出功率電路的輸出端與所述放大器輸出端連接；反饋回路連接于所述放大器輸出端和所述積分器的一個(gè)輸入端之間。
文檔編號(hào)H03F1/34GK101527546SQ20081004490
公開(kāi)日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者銳 王 申請(qǐng)人:成都芯源系統(tǒng)有限公司