專利名稱：D類放大器產(chǎn)生pwm控制信號的電路及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種控制電路，具體地說，是一種D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路。
背景技術：
切換式放大器，又稱為D類放大器，與AB類放大器相比較，具有效率上的優(yōu)點及相應產(chǎn)生的利益，其工作原理為利用高頻調(diào)變方法將模擬或數(shù)字的輸入信號轉(zhuǎn)換為二階的信號，藉以切換全H橋或半H橋開關。這些開關的切換損耗低，因此放大器的效率提高。在已知的D類放大器中，大多數(shù)采用脈寬調(diào)變(Pulse Width Modulation; PWM)架構，典型的音訊PWMD類放大器在介于100 KHz到500KHz之間的切換頻率工作，更高的切換頻率可以進一步降低失真，但會導致較低的效率。由于D類放大器延伸自交換式電源架構，因此與絕大多數(shù)的交換式電源管理組件一樣有電磁干擾(Electro-Magnetic Interfering; EMI)的問題。
圖1為已知D類放大器的PWM信號。如圖1所示， 一個在橋接負載(Bridge-Tied-Load; BTL)配置中的D類放大器產(chǎn)生兩個反相的PWM信號Out+及Out-在其差動輸出對上，因此其差動輸出(0111+-0加-)的振幅為PWM信號Out+或Out-的振幅的兩倍(2Vdd)。由于此差動輸出的振幅大，因此負載電流上的漣波也大。此類放大器總是需要外接的電感電容濾波器來移除高頻切換載子，但此濾波器不利于電路體積的小型化。此外，該電感電容濾波器也引發(fā)EMI的問題，這是因為該二反相的PWM信號Out+及Out-產(chǎn)生大的EMI干擾。為此，許多人提出降低EMI且不使用濾波器的D類放大器，例如US 6，614，297、 US 6,847,257和US 6,970,123。
圖2為已知差動輸入D類放大器的時序圖。如圖所示，已知差動輸入
4的D類放大器，差動輸入信號Vin+和Vin-分別與鋸齒波載子Vref比較，產(chǎn)生二 PWM信號PWM+禾n PWM-， 二者相減產(chǎn)生輸出PWM信號OutputPWM，用來驅(qū)動D類放大器的功率級。此輸出PWM信號Output PWM的振幅與PWM信號PWM+和PWM-的振幅相同，因此負載電流上的漣波較小。
對于差動輸入D類放大器而言，輸入信息和輸出功率被設計成在二PWM信號PWM+和PWM-的差值之中。如圖2所示，？\\^信號？\\^+或PWM-與50% duty cycle相減產(chǎn)生的脈沖寬度是輸出PWM信號OutputPWM的一半，換言之，輸出PWM信號Output PWM的脈沖對50% dutycycle的上升緣對稱。然而，在相同的增益下，使用單端輸入信號的D類放大器其輸出功率只有使用全差動輸入信號的D類放大器的四分之一。在已知技術中，單端輸入信號總是先經(jīng)增益級處理，將其轉(zhuǎn)換為全差動輸入信號。接下來必須使用該差動輸入信號產(chǎn)生三態(tài)或四態(tài)的PWM控制信號，否則便是使用兩個反相的鋸齒波或三角波信號作為載子信號產(chǎn)生三態(tài)或四態(tài)的PWM控制信號。
因此已知的D類放大器的存在著上述種種不便和問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的，在于提出一種為D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路。
本發(fā)明的另一個目的，在于提出一種為D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是
一種D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路，包括一遲滯比較器和一脈沖處理單元，其特征在于
所述遲滯比較器通過比較一單端輸入信號與一載子信號以產(chǎn)生一基
礎PWM信號；
所述脈沖處理單元用所述基礎PWM信號與一基準周期信號相減產(chǎn)生一半寬PWM信號，且將所述半寬PWM信號的脈沖寬度增倍產(chǎn)生PWM控制信號。
本發(fā)明的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路還可以采用以下的技術措施來進一步實現(xiàn)。
前述的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路，其中還包括一預處理單元，將所述單端輸入信號預處理為單極性單端輸入信號。
前述的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路，其中所述預處理單元包括一比較器，所述比較器比較所述單端輸入信號與一直流準位，以判斷其極性。
前述的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路，其中所述預處理單元更包括
一反轉(zhuǎn)電路，用以將所述單端輸入信號從第一極性轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙O
性；
一旁通電路，用以旁通所述單端輸入信號第二極性的部份加入所述單端輸入信號從第一極性轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙O性的部份，成為所述單極性單端
輸入信號。
前述的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路，其中所述脈沖處理單元包括一減法器，用以將所述基礎PWM信號與所述基準周期信號相減以產(chǎn)生所述半寬PWM信號。
前述的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路，其中所述脈沖處理單元包括一脈沖復制單元，用以復制所述半寬PWM信號的脈沖。
前述的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路，其中所述脈沖處理單元包括一延遲電路，延遲所述PWM控制信號。
本發(fā)明還提供一種D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的方法，包括下列步驟
(A) 比較一單端輸入信號與一載子信號，以產(chǎn)生一基礎PWM信號；
(B) 將所述基礎PWM信號與一基準周期信號相減，以產(chǎn)生一半寬PWM信號；以及
6(C) 將所述半寬PWM信號的脈沖寬度增倍，以產(chǎn)生所述PWM控制信號。
本發(fā)明的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的方法還可以采用以下的技
術措施來進一步實現(xiàn)。
前述的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的方法，其中還包括下列步驟
(D) 將所述單端輸入信號預處理為單極性單端輸入信號。
前述的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的方法，其中所述步驟(D)包括比較所述單端輸入信號與一直流準位，以判斷其極性。
前述的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的方法，其中所述步驟(D)更包括下列步驟-
將所述單端輸入信號從第一極性轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙O性；以及
將所述單端輸入信號第二極性的部份加入所述單端輸入信號從第一極性轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙O性的部份，成為所述單極性單端輸入信號。
前述的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的方法，其中所述步驟(C)包括復制所述半寬PWM信號的脈沖。
前述的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的方法，其中所述步驟(C)包括
延遲所述PWM控制信號。
采用上述技術方案后，本發(fā)明的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路具有以下優(yōu)點
本發(fā)明使用的輸入信號為單端輸入，而且整個信號處理路徑都維持單端輸入，但是其輸出功率卻可以和已知使用全差動輸入信號的D類放大器一樣大。


圖1為已知D類放大器的PWM信號；圖2為已知差動輸入D類放大器的時序圖；圖3為本發(fā)明的第一實施例的方塊圖；圖4為圖3的脈沖處理單元的實施例；圖5為圖3電路的時序圖；圖6為本發(fā)明的第二實施例；圖7為圖6的脈沖處理單元的實施例；以及
圖8為圖6電路的時序圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例及其附圖對本發(fā)明作更進一步說明。
現(xiàn)請參閱圖3，圖3為本發(fā)明的第一實施例的方塊圖。其中先利用預處理單元將單端輸入信號Vin預處理成負的單端輸入信號Vin-，再進行單端信號處理。在預處理單元中，所述極性判斷單元10使用例如比較器，比較單端輸入信號Vin與一個例如0伏特的直流準位，當單端輸入信號Vin為正的時，經(jīng)由反轉(zhuǎn)電路12轉(zhuǎn)變?yōu)樨摰?，再提供給遲滯比較器16;當單端輸入信號Vin為負的時，則經(jīng)由旁通電路14直接提供給遲滯比較器16。遲滯比較器16將預處理后的單極性單端輸入信號Vin-與鋸齒波載子Vref比較，產(chǎn)生基礎PWM信號，再由脈沖處理單元18從基礎PWM信號與基準周期信號產(chǎn)生與圖2的輸出PWM信號Output PWM具有相同脈沖寬度及相位的PWM控制信號Ctrll和Ctrl2給D類放大器的閘極驅(qū)動器及H橋輸出功率級20。
再請參閱圖4，圖4為脈沖處理單元18的實施例，參照圖5的波形圖說明如下基準周期信號使用例如時脈信號，其具有50% duty cycle,與基礎PWM信號經(jīng)減法器182相減產(chǎn)生半寬PWM信號，即圖5的PWM-50% duty cycle，再由脈沖復制單元184將其脈沖復制，使脈沖寬度倍增，成為完整的輸出PWM信號復制。開關186和188根據(jù)單端輸入信號Vin的極性切換，在單端輸入信號Vin為正的時，開關186關上，開關188打開，PWM控制信號Ctrll等于輸出PWM信號復制，PWM控制信號Ctrl2為0;反之，在單端輸入信號Vin為負的時，開關186打開，開關188關上，PWM控制信號Ctrll為0， PWM控制信號Ctrl2等于輸出PWM信號復制，施加在負載上的電壓為PWM控制信號Ctrll和Ctrl2的差值。
圖6為本發(fā)明的第二實施例，遲滯比較器30比較單端輸入信號Vin與鋸齒波載子Vref產(chǎn)生基礎PWM信號，再由脈沖處理單元32將基礎PWM信號與50% duty cycle相減并復制脈沖，產(chǎn)生PWM控制信號Ctrll和Ctrl2給閘極驅(qū)動器與H橋輸出功率級34。圖7提供一個脈沖處理單元32的實施例，其相關的信號波形如圖8所示。本實施例沒有對單端輸入信號Vin做預處理，Vin小于零時產(chǎn)生的半寬PWM信號和圖3的實施例一樣，復制后的波形就和圖2的Output PWM具有相同脈沖寬度及相位，但Vin大于零時產(chǎn)生的半脈沖寬度驅(qū)動信號復制后與圖2的Output PWM的相位不同，因此，再經(jīng)延遲電路326延遲N周期，最后輸出給閘極驅(qū)動器及H橋輸出功率級的信號具有正確的相位。N可視設計者的需求而決定，只要Output在時序上正確即可。
以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同的技術方案也應該屬于本發(fā)明的范疇，應由各權利要求限定。
權利要求
1.一種D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路，包括一遲滯比較器和一脈沖處理單元，其特征在于所述遲滯比較器通過比較一單端輸入信號與一載子信號以產(chǎn)生一基礎PWM信號；所述脈沖處理單元用所述基礎PWM信號與一基準周期信號相減產(chǎn)生一半寬PWM信號，且將所述半寬PWM信號的脈沖寬度增倍產(chǎn)生PWM控制信號。
2. 如權利要求1所述的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路，其特征在于還包括一預處理單元，將所述單端輸入信號預處理為單極性單端輸入信號。
3. 如權利要求2所述的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路，其特征在于所述預處理單元包括一比較器，所述比較器比較所述單端輸入信號與一直流準位，以判斷其極性。
4. 如權利要求3所述的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路，其特征在于所述預處理單元更包括一反轉(zhuǎn)電路，用以將所述單端輸入信號從第一極性轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙O性；一旁通電路，用以旁通所述單端輸入信號第二極性的部份加入所述單端輸入信號從第一極性轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙O性的部份，成為所述單極性單端輸入信號。
5. 如權利要求1所述的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路，其特征在于所述脈沖處理單元包括一減法器，用以將所述基礎PWM信號與所述基準周期信號相減以產(chǎn)生所述半寬PWM信號。
6. 如權利要求1所述的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路，其特征在于所述脈沖處理單元包括一脈沖復制單元，用以復制所述半寬PWM信號的脈沖。
7. 如權利要求1所述的D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路，其特征在于所述脈沖處理單元包括一延遲電路，延遲所述PWM控制信號。
8. —種D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的方法，其特征在于包括下列步驟(A) 比較一單端輸入信號與一載子信號，以產(chǎn)生一基礎PWM信號；(B) 將所述基礎PWM信號與一基準周期信號相減，以產(chǎn)生一半寬PWM信號；以及(C) 將所述半寬PWM信號的脈沖寬度增倍，以產(chǎn)生所述PWM控制信號。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于還包括下列步驟(D) 將所述單端輸入信號預處理為單極性單端輸入信號。
10. 如權利要求9所述的方法，其特征在于所述步驟(D)包括比較所述單端輸入信號與一直流準位，以判斷其極性。
11. 如權利要求lO所述的方法，其特征在于所述步驟(D)更包括下列步驟將所述單端輸入信號從第一極性轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙O性；以及將所述單端輸入信號第二極性的部份加入所述單端輸入信號從第一極性轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙O性的部份，成為所述單極性單端輸入信號。
12. 如權利要求8所述的方法，其特征在于所述步驟(C)包括復制所述半寬PWM信號的脈沖。
13. 如權利要求8的方法，其特征在于:所述步驟(C)包括延遲所述PWM控制信號。
全文摘要
一種D類放大器產(chǎn)生PWM控制信號的電路及方法，包括一遲滯比較器和一脈沖處理單元，其特征在于所述遲滯比較器通過比較一單端輸入信號與一載子信號以產(chǎn)生一基礎PWM信號；所述脈沖處理單元用所述基礎PWM信號與一基準周期信號相減產(chǎn)生一半寬PWM信號，且將所述半寬PWM信號的脈沖寬度增倍產(chǎn)生PWM控制信號。
文檔編號H03F3/20GK101527548SQ200810083528
公開日2009年9月9日 申請日期2008年3月5日 優(yōu)先權日2008年3月5日
發(fā)明者孫紹茗, 郭俊彥 申請人:立锜科技股份有限公司