專利名稱：可抑除音頻噪聲的切換式音頻功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種音頻功率放大器的電路結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種可抑除 音頻噪聲的切換式音頻功率放大器的電路結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
自從放大器由真空管演進到晶體管以后，噪聲干擾一直是音頻功率放
大器所遭遇最大的問題。目前常用的D類音頻功率放大器(以下簡稱D類放 大器)，其效率比AB類音頻功率放大器的效率高二到五倍。因其較高的效 率，D類放大器僅需要較小的電源并且可以降低整體系統(tǒng)的功率消耗，所 以能夠顯著地減少系統(tǒng)成本、大小和重量。
D類放大器將音頻信號轉(zhuǎn)換成高頻脈沖，其可按照音頻輸入信號切換輸 出。某些D類放大器使用脈沖寬度調(diào)制器(PWM)來產(chǎn)生連續(xù)脈沖，其寬 度按照音頻信號幅度而變化。寬度變化的脈沖以 一 固定頻率來切換輸出晶 體管。
一個D類放大器在無信號輸入時，理論上應該是無聲音輸出的。但是 實際上，D類放大器還是會把前級的信號做放大，如果前級集成電路 (Integrated Circuit,以下筒稱IC)的噪聲電平(Noise Floor)過大時，D類放大 器將會把噪聲當作信號放大推動至喇叭，因而會讓人耳聽見能量很小的噪 音，因此必須利用電路的設(shè)計將噪聲電平的能量遮蔽掉，進而改善系統(tǒng)的 信號噪聲比(SNR)和噪聲電平的表現(xiàn)。
噪聲的來源可區(qū)分為外來噪聲與IC本身的噪聲電平，前者例如電源哼 音(Power Supply Hum)。這是由于D類放大器用晶體管開關(guān)從電源供應端抽 取大電流，但是卻無法對電源供應端進行有效的濾波。所以當晶體管的柵 極信號觸發(fā)，要求電源供應端通過一個純凈的大電流時，該大電流本身即 含有噪聲而非純凈，所以會將噪聲通過回授電路饋入系統(tǒng)本身。另一個常見的外來噪聲是射頻干擾，當射頻信號接近音頻放大器時， 晶體管開關(guān)的共模組態(tài)，會因為天線效應將射頻信號一并接收而成為音頻 放大器本身的噪聲干擾，例如手機靠近喇叭時所產(chǎn)生的嗡嗡聲。
消除外來噪聲普遍作法是在輸入端外加一個低通濾波器，以濾除夾雜 在輸入信號的噪聲，使負載(例如喇叭)不會因噪聲輸出噪音?；蛘呤菍⒌屯?濾波電路附加在回授電路當中，以消除電源畔音，避免噪聲從回授電路饋 入輸入端。亦可采用共模輸入來驅(qū)動負載，以預期利用高共模拒斥比抵抗 射頻干擾。抑或是在前級加入相對低噪聲的輸入級，然后藉由回授方式降 低當級輸出的噪聲。
IC本身的噪聲電平則是一種內(nèi)部自發(fā)的現(xiàn)象，包括閃爍噪聲(Flicker Noise)、熱噪聲(Thermal Noise)及散粒噪聲(Shot Noise)等。閃爍噪聲是來自 于CMOS制程中雜散電容捕捉電子，然后以能階方式釋放電子的結(jié)果。熱 噪聲是因為IC內(nèi)部電子經(jīng)過電流通道時的熱擾動現(xiàn)象。散粒噪聲(或稱為射 噪聲)則是電子通過半導體電位階時產(chǎn)生的射擊聲(類似BB彈發(fā)射的咻咻 聲)。這些都是在晶體制造過程當中就已經(jīng)確定的參數(shù)。所以即使無音頻信 號輸入，但是D類放大器輸入端接收到前級的噪聲電平并放大的，因而會 在負載端(例如揚聲器)產(chǎn)生人耳能聽到的很小能量噪音。所以在無音頻信號 輸入時，D類放大器接收到的噪聲電平過大則經(jīng)過放大后，會造成信號噪 聲比(SNR)和噪聲電平的表現(xiàn)變差。
圖1顯示了一種已知的D類放大器。輸入音頻信號經(jīng)由電容CIN1和 CIN2輸入到一輸入放大器101。然后，比較器105比較由負輸入端所接收 的放大器101輸出值和正輸入端所接收的三角波產(chǎn)生器103的三角波參考 信號，據(jù)以產(chǎn)生脈寬調(diào)制(pulse width modulation, PWM)信號。脈寬調(diào)制 信號輸入到柵極驅(qū)動器107以驅(qū)動晶體管Qll ~ Q14。 D類放大器的差動輸 出OUTP和OUTN分別通過低通濾波器(由L1/C1與L2/C2所組成)，其將 脈沖回轉(zhuǎn)為音頻放大信號，以驅(qū)動一個或一個以上的負載109 (例如，音頻 揚聲器)。
已知D類放大器的差動輸出OUTP和OUTN是互補的，其信號擺動范 圍從接地到VDD。圖2A~圖2C分別顯示了大輸入信號、小輸入信號和無 輸入信號時的波形。在圖2C中，產(chǎn)生了高輸出波紋電流(ripplecurrent)。為
了減小輸出波紋電流，需要大的LC濾波器，如圖1所示。在現(xiàn)有技術(shù)里， 因為需要LC濾波器來消除噪聲。所以電路整體的體積會比較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可抑除音頻噪聲的切換式音頻功率放大器，來解決現(xiàn) 有技術(shù)中噪聲產(chǎn)生的噪音問題。
本發(fā)明提出一種可抑除音頻噪聲的切換式音頻功率放大器，包括一脈 寬調(diào)制器、 一抑除噪聲單元及一橋式電路。脈寬調(diào)制器依據(jù)一輸入音頻信 號進行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生第一脈寬調(diào)制信號與第二脈寬調(diào)制信號給抑除噪 聲單元。當?shù)诙}寬調(diào)制信號與第一脈寬調(diào)制信號的相位差小于一臨界值， 抑除噪聲單元延遲第二脈寬調(diào)制信號以加大此相位差。然后橋式電路根據(jù) 第一脈寬調(diào)制信號與延時的第二脈寬調(diào)制信號，交替切換通過負載的驅(qū)動 電流的導通方向。
本發(fā)明所提出的另一種可抑除音頻噪聲的切換式音頻功率放大器，包 括了第一比較器、第二比較器、控制邏輯單元、抑除噪聲單元與橋式電路。 第一比較器與第二比較器分別產(chǎn)生第一脈寬調(diào)制信號與第二脈寬調(diào)制信 號，然后經(jīng)由控制邏輯單元進行邏輯運算來產(chǎn)生第三脈寬調(diào)制信號與第四 脈寬調(diào)制信號。此時如果第三脈寬調(diào)制信號(或第四脈寬調(diào)制信號)的脈 寬低于一個臨界值，則抑除噪聲單元將第三脈寬調(diào)制信號(或第四脈寬調(diào) 制信號)的脈寬加大，而輸出第五脈寬調(diào)制信號與第六脈寬調(diào)制信號來驅(qū) 動橋式電路。然后橋式電路根據(jù)第五脈寬調(diào)制信號與第六脈寬調(diào)制信號， 交替切換通過驅(qū)動負載的電流方向。
本發(fā)明因采用無濾波電路的架構(gòu)，所以在消除共模噪聲、電源哼音、 射頻干擾及噪聲電平產(chǎn)生的噪音時，還具備不需要濾波電路而縮小體積的 優(yōu)點。
為使本發(fā)明的特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并結(jié) 合附圖詳細說明如下。


圖1示出了先前技術(shù)的D級音頻放大器結(jié)構(gòu)圖。 圖2A ~ 2C示出了現(xiàn)有技術(shù)信號波形圖。
圖3示出了本發(fā)明實施例的功能方塊圖。 圖4示出了本發(fā)明實施例的信號波形圖。 圖5示出了本發(fā)明實施例的電路圖。 圖6示出了本發(fā)明實施例的信號波形圖。 圖7示出了本發(fā)明實施例的另一信號波形圖。 圖8示出了本發(fā)明另一實施例的功能方塊圖。 圖9示出了本發(fā)明實施例的信號波形圖。 圖IO示出了本發(fā)明實施例的電路圖。
附圖符號說明
101、 304、 804:輸入方丈大器 103:三角波參考信號產(chǎn)生器 105:比較器
107、 331:柵極驅(qū)動器
109、 340、 840:負載 301:第一運算放大器
302、 802:積分器
303
第二運算力丈大
器
305:第一參考信號產(chǎn)生器 307:第二參考信號產(chǎn)生器 309:第一比較器 310、 810:脈寬調(diào)制器 311:第二比較器 319:第三運算》文大器 320、 820:抑除噪聲單元
331、 831:柵極驅(qū)動器
332、 832:橋式電路 350、 850:回4更電路 821:控制邏輯單元
Q11 Q14、 Q31~Q34、 Q81 — Q84:晶體管 Ll、 L2:電感
Cl、 C2、 CIN1、 CIN2、 Cin3:電容 RFB31 RFB33、 Rin3:電阻
具體實施方式
第一實施例
請參考圖3，圖3示出了一種可抑除音頻噪聲的切換式音頻功率放大器 的功能方塊圖，包括了一個輸入放大器304、 一個積分器302、 一個脈寬調(diào) 制器310、 一個抑除噪聲單元320、 一個橋式電路332及一個回授電路350。 為了更詳細的說明本發(fā)明的精神，在圖3中還示出了負載340以輔助說明。
圖3所示的脈寬調(diào)制器310,是一種雙參考信號的脈寬調(diào)制器310。于 本實施例中，參考信號Sl與S2的波形可以是鋸齒波(如圖4所示)。請同時 參照圖3與圖4，輸入放大器304將輸入音頻信號Vin放大。積分電路302 將經(jīng)過放大的音頻信號Vin與回授電路350所輸出的回授信號進行積分運 算。脈寬調(diào)制器310根據(jù)雙參考信號Sl與S2與經(jīng)積分運算后的輸入音頻 信號Vin產(chǎn)生第一脈寬調(diào)制信號PWMl與第二脈寬調(diào)制信號PWM2。接下 來，抑除噪聲單元320將第一脈寬調(diào)制信號PWM1與第二脈寬調(diào)制信號 PWM2的相位差擴大到大于一個臨界值，再將處理過的第一脈寬調(diào)制信號 PWM1，與第二脈寬調(diào)制信號PWM2，輸入橋式電路332。橋式電路332將抑 除噪聲單元320的輸出信號PWM1，與PWM2，轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動信號Vout,并以 驅(qū)動信號Vout驅(qū)動負載340(例如揚聲器或喇叭)。回授電路350根據(jù)橋式電 路332輸出的驅(qū)動信號Vout來產(chǎn)生回授信號給積分器302。所以第一脈寬 調(diào)制信號PWM1與第二脈寬調(diào)制信號PWM2的脈寬會根據(jù)此回授信號來進 行調(diào)制。
圖5示出了本發(fā)明實施例一較詳細的電路圖，包括一個輸入放大器304、 一個積分器302、 一個脈寬調(diào)制器310、 一個抑除噪聲單元320、 一個橋式 電路332及一個回授電路350。其耦接關(guān)系如圖5所示，在此概不贅述。在 圖5中，輸入放大器304包括電容Cin3及第一運算》文大器301。電容Cin3 濾除音頻信號Vin的直流載波。運算放大器301的正輸入端接收被電容Cin3 過濾的輸入音頻信號Vin,負輸入端接收參考電壓Vref。運算放大器301將 放大后的音頻信號傳送給積分器302。
回授電路350包括第一回授電阻RFB32、第二回4受電阻RPB33、第三 回授電阻RFB31以與運算放大器319?；厥陔娮鑂FB32與RFB33的第一端 分別耦接到負載340的第一端與第二端。運算放大器319的正、負輸入端 各自耦接到回授電阻RFB32與RFB33的第二端。第三回授電阻RFB31的 第一端耦接到運算放大器319的輸出端，而電阻RFB31的第二端則用以輸 出回授信號給積分器302中運算放大器303的正輸入端。
積分器302包括電阻Rin3、運算放大器303以及電容C31。電阻Rin3 的第一端與第二端分別耦接到運算放大器301的輸出端與運算放大器303 的正輸入端。運算放大器303的負輸入端則接收參考電壓Vref。運算放大 器303的輸出端耦接到脈寬調(diào)制器310的第一比較器309與第二比較器311。
電容C31的第一端與第二端分別耦接到運算放大器303的正輸入端與輸出
二山 >而。
于脈寬調(diào)制器310中，第一比較器309比較運算放大器303的輸出電 平(相當于音頻信號Vin)與第一參考信號產(chǎn)生器305的輸出電平(即第一 參考信號S1)，以輸出第一脈寬調(diào)制信號PWM1;第二比較器311比較運 算放大器303的輸出電平(相當于音頻信號Vin)與第二參考信號產(chǎn)生器 307的輸出電平(即第二參考信號S2),以輸出第二脈寬調(diào)制信號PWM2。 如圖4所示，當?shù)谝粎⒖夹盘朣1大于輸入音頻信號Vin時，第一脈寬調(diào)制 信號PWM1轉(zhuǎn)態(tài)為高電平；當輸入音頻信號Vin大于第二參考信號S2時， 第二脈寬調(diào)制信號PWM2轉(zhuǎn)態(tài)為高電平。
抑除噪聲單元320檢查信號PWM1與PWM2兩者相位差是否大于一個 臨界值。若信號PWM1與PWM2兩者的相位差小于臨界值，則抑除噪聲單 元320延遲脈寬調(diào)制信號PWM1與PWM2兩者中相位落后者(例如第二脈 寬調(diào)制信號PWM2)的相位，以輸出處理后的第一脈寬調(diào)制信號PWM1，與 第二脈寬調(diào)制信號PWM2，。當然，應用本發(fā)明者也可以讓抑除噪聲單元320 將脈寬調(diào)制信號PWM1與PWM2兩者中相位領(lǐng)先者(例如第一脈寬調(diào)制信 號PWM1 )的相位拉前來達到相同的效果。然后抑除噪聲單元320將處理 后的第一脈寬調(diào)制信號PWM1，與第二脈寬調(diào)制信號PWM2，傳遞給橋式電 路332。
橋式電路332包括柵極驅(qū)動器331、第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)以
及第四開關(guān)。柵極驅(qū)動器331依據(jù)所接收的脈寬調(diào)制信號PWM1與PWM2而驅(qū)動第一 第四開關(guān)。于本實施例中，第一開關(guān)與第二開關(guān)譬如以PMOS 晶體管Q31與Q32實施的，而第三開關(guān)以及第四開關(guān)則可以用NMOS晶體 管Q33與Q34來實現(xiàn)。晶體管Q31及晶體管Q33依據(jù)脈寬調(diào)制信號PWM1， 而決定啟閉狀態(tài)。例如，當脈寬調(diào)制信號PWM1，為高電平時，晶體管Q31 便被關(guān)閉而晶體管Q33則被開啟。晶體管Q32及晶體管Q34依據(jù)脈寬調(diào)制 信號PWM2，而決定啟閉狀態(tài)。例如，當脈寬調(diào)制信號PWM2，為高電平時， 晶體管Q32便被關(guān)閉而晶體管Q34則被開啟。
請參考圖4與圖5,當?shù)谝幻}寬調(diào)制信號PWM1為邏輯高電位，而第 二脈寬調(diào)制信號PWM2為邏輯低電位時，柵極驅(qū)動器331使晶體管Q32及 Q33導通而使晶體管Q31及Q34關(guān)閉，此時電流會經(jīng)由晶體管Q32、負載 340與晶體管Q33而流向接地處。反之，當?shù)?脈寬調(diào)制信號PWM1為邏 輯低電位，而第二脈寬調(diào)制信號PWM2為邏輯高電位時，柵極驅(qū)動器331 會使晶體管Q31及晶體管Q34導通而使晶體管Q32及晶體管Q33關(guān)閉，此 時電流會經(jīng)由晶體管Q31、負載340與晶體管Q34而流向接地處。若第一 脈寬調(diào)制信號PWM1與第二脈寬調(diào)制信號PWM2同時為高電位或低電位 時，因為負載340兩端電壓平衡，將沒有電流通過負載340。于是，橋式電 路332所輸出的驅(qū)動信號Vout (即圖5中的信號OUTP與OUTN )便相當 于第二脈寬調(diào)制信號PWM2減去第一脈寬調(diào)制信號PWM1。
接下來解釋負載340的操作原理。從圖4可以看出，PWM2-PWM1(相 當于驅(qū)動信號Vout)的成分包括代表正向的數(shù)個脈沖P1 P9，以及代表反 向的數(shù)個脈沖N1 N5。當這些脈沖作用于負載340時(例如喇叭)，正向脈沖 P1 P9將累積能量而使喇叭朝正向擴張。同理，反向脈沖N1 N5也將累積 能量使喇叭朝反向擴張。喇叭在不同方向的來回震動即形成了聲音。值得 注意的是，這些在喇叭上累積能量的行為都是在數(shù)個參考信號內(nèi)完成的。 完成一次正向(或反向)累積能量所需要的參考信號越多，表示聲音頻率 越低，聲音越低沉。反之，若僅需較少的參考信號便完成一次正向(或反 向)累積能量，表示喇叭在單位時間內(nèi)震動的次數(shù)越多，聲音頻率也越高。
另外，本實施例將說明抑除噪聲單元320的妙用，首先請參考圖5與 圖6。本實施例利用圖6說明噪音的形成，當切換式音頻功率放大器的輸入 端無輸入音頻信號Vin時，理想上輸出端應該不會出現(xiàn)驅(qū)動信號Vout (也 就是PWM1-PWM2應該沒有脈沖出現(xiàn))。然而，因為來自外界及系統(tǒng)本身噪聲電平的噪聲干擾，所以輸入音頻信號Vin會伴隨微量噪音(如圖6所 示)。
若沒有抑除噪聲單元320，音頻功率放大器會將噪聲當成正常的輸入音 頻信號Vin進行脈寬調(diào)制，而形成驅(qū)動信號Vout (即圖5的信號OUTP與 OUTN,相當于PWM1-PWM2)。驅(qū)動信號Vout的成分是脈沖tl t9，從圖6 可以看出，脈沖tl及脈沖t2在一個參考信號的時間內(nèi)，使喇叭來回震動一 次。更進一步的說明，即脈沖tl提供與其脈寬成正比的能量，使喇叭的振 動膜片朝反向伸張；然后脈沖t2再提供與其脈寬成正比的能量，使喇叭的 振動膜片朝正向伸張，因為震動膜片在一個參考信號的時間內(nèi)，完成一次 來回震動，所以喇叭發(fā)出一個人耳聽不到的高頻聲音。請再參考圖6所繪 示的脈沖t5 t9,承上所述，振動膜片在數(shù)個參考信號的時間內(nèi)，才完成一 次來回震動，所以喇p八會發(fā)出人耳所能感知的噪音。
當噪聲冒充輸入音頻信號Vin進入脈寬調(diào)制器310以后，產(chǎn)生了第一 脈寬調(diào)制信號PWM1與第二脈寬調(diào)制信號PWM2。因為圖5的音頻功率放 大器具有抑除噪聲單元320,此時抑除噪聲單元320會檢查第一脈寬調(diào)制信 號PWM1與第二脈寬調(diào)制信號PWM2的相差。若信號PWM1與PWM2的 相差大于一個臨界值，則此時抑除噪聲單元320不會調(diào)整信號PWM1與 PWM2的相位，而將信號PWM1與PWM2做為信號PWM1'與PWM2'輸出 給橋式電路332。當信號PWM1與PWM2的相差小于臨界值時，抑除噪聲 單元320會將第一脈寬調(diào)制信號PWM1與第二脈寬調(diào)制信號PWM2的相位 差擴大到大于臨界值，再將處理過的第一脈寬調(diào)制信號PWM1，與第二脈寬 調(diào)制信號PWM2，輸出給橋式電路332。例如，將第二脈寬調(diào)制信號PWM2 的相位延后以形成延時的第二脈寬調(diào)制信號PWM2，(如圖6所示)。當然也 可以拉前第一脈寬調(diào)制信號PWM1的相位來達到相同的效果。于是驅(qū)動信 號Vout (即圖5的信號OUTP與OUTN，相當于PWM1 ，-PWM2，)便被調(diào)整 為脈沖tl， t9，。從圖6可以看出，此時的PWM1，-PWM2，都變成了正、負脈 沖交替的信號，因此脈沖tl， t9，對負載340所累積的能量，都在一個參考 信號的時間內(nèi)釋放出來(相當于高頻)，因而達到了噪聲平衡(average noise) 的效果。這正、負脈沖交替的信號PWM1，-PWM2，經(jīng)由回授電路350回饋至 積分器302,而使此切換式音頻功率放大器產(chǎn)生自我調(diào)校(self-regulator)的功 能，使其輸出在數(shù)個周期后便會趨于穩(wěn)定。
換一個角度來解釋，請參考圖7。于訊號時序上，抑除噪聲單元320在 信號PWM2，-PWM1，的每一個噪聲脈沖ATnoise之后面加上了 一個噪聲遮罩 ATmask。此外，噪聲遮罩ATmask的脈寬必須大于噪聲脈沖ATnoise。如果 噪聲遮罩ATmask與噪聲脈沖ATnoise反相，則噪聲遮罩ATmask減去噪聲 脈沖ATnoise即為新的噪聲脈沖，因此修正后的脈寬信號(如圖6的tl， t9，)， 其方向必為正、負脈沖交替，也就是與噪聲遮罩的方向一致。因為音頻功 率放大器是負回授的架構(gòu)，所以正、負脈沖交替的脈寬信號會強制回授電 路350作動，使得音頻功率放大器可以在每個參考信號周期內(nèi)，都有正、 負脈沖交替的輸出。
綜上所述，本實施例將噪聲轉(zhuǎn)換成正、負脈沖交替的脈寬信號，而且 這些脈寬信號是在每個參考信號周期內(nèi)都有正、負脈沖交替的變化，所以 即使是負載端有能力快速反應脈寬信號的變化，其輸出也會是人耳聽不到 的高頻信號。
第二實施例
請參考圖8，圖8為本實施例提供的另一種可抑除音頻噪聲的切換式音 頻功率放大器的功能方塊圖。此音頻功率放大器包括輸入放大器804、積分 器802、脈寬調(diào)制器810、控制邏輯單元821、抑除噪聲單元820、橋式電 路832與回授電路850。本實施例的音頻功率放大器是用來驅(qū)動負載840(諸 如喇叭等)?；厥陔娐?50根據(jù)橋式電路832輸出給負載840的驅(qū)動信號 Vout來產(chǎn)生回授信號給積分器802。
輸入放大器804將輸入音頻信號Vin放大。積分器80 將經(jīng)過放大的 音頻信號Vin與回授電路850所輸出的回授信號進行積分運算。脈寬調(diào)制 器810是一種雙參考信號的脈寬調(diào)制器。于本實施例中，參考信號Sl與S2 的波形可以是鋸齒波(如圖9所示)。脈寬調(diào)制器810根據(jù)雙參考信號Sl與 S2與經(jīng)積分運算后的輸入音頻信號Vin產(chǎn)生第一脈寬調(diào)制信號PWMl與第 二脈寬調(diào)制信號PWM2。請同時參照圖8與圖9,當輸入音頻信號Vin的電 平大于第一參考信號S1的電平，第一脈寬調(diào)制信號PWM1即轉(zhuǎn)態(tài)為高電平 (例如圖9中脈沖TN1 TN8所示)。同理，當輸入音頻信號Vin的電平大 于第二參考信號S2的電平，第二脈寬調(diào)制信號PWM2即轉(zhuǎn)態(tài)為高電平(例 如圖9中脈沖TP1 TP7)?？刂七壿媶卧?21將所接收的第一脈寬調(diào)制信 號PWM1與第二脈寬調(diào)制信號PWM2進行AND運算，來產(chǎn)生第三脈寬調(diào) 制信號PWM3。另外，控制邏輯單元821將第一脈寬調(diào)制信號PWM1與第 二脈寬調(diào)制信號PWM2進行NOR運算后，產(chǎn)生第四脈寬調(diào)制信號PWM4。
抑除噪聲單元820會檢查所接收的第三脈寬調(diào)制信號PWM3與第四脈 寬調(diào)制信號PWM4的脈寬。當?shù)谌}寬調(diào)制信號PWM3的脈寬小于一臨界 值時，抑除噪聲單元820會將脈寬調(diào)制信號PWM3的脈寬加大，以輸出做 為第五脈寬調(diào)制信號PWM5。同理，當?shù)谒拿}寬調(diào)制信號PWM4的脈寬小 于臨界值時，抑除噪聲單元820也會將第四脈寬調(diào)制信號PWM4的脈寬加 大，以輸出做為第六脈寬調(diào)制信號PWM6。
橋式電路832便依據(jù)第五脈寬調(diào)制信號PWM5及第六脈寬調(diào)制信號 PWM6的控制而驅(qū)動負載840。最后，回4吏電路850,再根據(jù)橋式電路832 的輸出值產(chǎn)生一個回授信號。藉由將回授信號饋入積分器802中，使音頻 放大器具有自我調(diào)校的功能而讓輸出Vout趨于穩(wěn)定。
接下來，本實施例利用圖10介紹一較為詳細的電路圖。圖10中輸入 放大器804、積分器802、脈寬調(diào)制器810及回授電路850可以參照前述實 施例的輸入放大器304、積分器302、脈寬調(diào)制器310及回授電路350實施 的，在此不再贅述。橋式電路832包括柵極驅(qū)動器831、第一開關(guān)、第二開 關(guān)、第三開關(guān)以及第四開關(guān)。柵極驅(qū)動器831依據(jù)所接收的脈寬調(diào)制信號 PWM5與PWM6而驅(qū)動第一-第四開關(guān)。于本實施例中，第一開關(guān)與第二 開關(guān)譬如以PMOS晶體管Q81與Q82實施的，而第三開關(guān)以及第四開關(guān)則 可以用NMOS晶體管Q83與Q84來實現(xiàn)。
晶體管Q81及晶體管Q84依據(jù)第五脈寬調(diào)制信號PWM5而決定啟閉狀 態(tài)。晶體管Q82及晶體管Q83則依據(jù)第六脈寬調(diào)制信號PWM6而決定啟閉 狀態(tài)。例如，當?shù)谖迕}寬調(diào)制信號PWM5與第六脈寬調(diào)制信號PWM6同為 邏輯低電位時，晶體管Q81 ~Q84均被關(guān)閉。當?shù)谖迕}寬調(diào)制信號PWM5 為邏輯高電位而第六脈寬調(diào)制信號PWM6為邏輯低電位時，柵極驅(qū)動器831 使晶體管Q81及晶體管Q84導通而使晶體管Q82及晶體管Q83關(guān)閉。因此， 負載840得到一個正向的工作電流。當?shù)谖迕}寬調(diào)制信號PWM5為邏輯低 電位而第六脈寬調(diào)制信號PWM6為邏輯高電位時，柵極驅(qū)動器831使晶體 管Q81及晶體管Q84關(guān)閉而使晶體管Q82及晶體管Q83導通。因此，負載 840得到一個反向的工作電流。
請參考圖9與圖10，第三脈寬調(diào)制信號PWM3是第一脈寬調(diào)制信號 PWM1與第二脈寬調(diào)制信號PWM2邏輯AND運算的結(jié)果，而第四脈寬調(diào) 制信號PWM4是第一脈寬調(diào)制信號PWM1與第二脈寬調(diào)制信號PWM2邏 輯NOR運算的結(jié)果，所以第三脈寬調(diào)制信號PWM3減去第四脈寬調(diào)制信號 PWM4即可當作負載840的驅(qū)動信號Vout。
然而，為了避免信號PWM3及PWM4的脈寬過窄，而使橋式電路332 的開關(guān)晶體管作動不確實，因此抑除噪聲單元820會檢查信號PWM3與 PWM4的脈寬。若信號PWM3與PWM4的脈寬大于臨界值，則此時抑除噪 聲單元820不會調(diào)整信號PWM3與PWM4的脈寬，而將信號PWM3與 PWM4做為信號PWM5與PWM6輸出給橋式電路832。當信號PWM3 (或 PWM4)的脈寬小于臨界值時，抑除噪聲單元820會將信號PWM3 (或 PWM4 )的脈寬擴大到大于臨界值，再將處理過的信號PWM3與PWM4做 為信號PWM5與PWM6輸出給橋式電路832。
換句話說，抑除噪聲單元820將強制驅(qū)動信號Vout的每一個脈寬都要 大于一個臨界值，也就是在每一個噪聲脈沖ATnoise之后面加上了一個噪聲 遮罩ATmask。綜上所述，即使在沒有輸入音頻信號的情況下，伴隨音頻信 號Vin的噪聲可以被抑除噪聲單元820成功抑除。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本 領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可作若干的更動與 潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍以本發(fā)明的權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
1.一種切換式音頻功率放大器，包括一脈寬調(diào)制器，用以依據(jù)一輸入音頻信號進行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生一第一脈寬調(diào)制信號與一第二脈寬調(diào)制信號；一抑除噪聲單元，當該第一脈寬調(diào)制信號與該第二脈寬調(diào)制信號的相位差小于一臨界值時，延遲該第二脈寬調(diào)制信號以加大此相位差；以及一橋式電路，具備多個開關(guān)，所述開關(guān)受控于該第一脈寬調(diào)制信號與被延遲的該第二脈寬調(diào)制信號，以交替切換通過負載的驅(qū)動電流的導通方向。
2. 如權(quán)利要求1所述的切換式音頻功率放大器，其中該第二脈寬調(diào)制信 號落后該第 一 脈寬調(diào)制信號。
3. 如權(quán)利要求1所述的切換式音頻功率放大器，還包括一回授電路，其 產(chǎn)生用以表示該橋式電路的輸出狀態(tài)的一回授信號，其中該第一脈寬調(diào)制 信號與該第二脈寬調(diào)制信號的脈寬是根據(jù)該回授信號進行調(diào)制。
4. 如權(quán)利要求1所述的切換式音頻功率放大器，還包括 一輸入放大器，用以接收并放大該輸入音頻信號；以及一積分器，用以接收被放大的該輸入音頻信號與該回授信號以進行一 積分運算。
5. 如權(quán)利要求4所述的切換式音頻功率放大器，其中該脈寬調(diào)制器包括一第一比較器，用以依據(jù)一第一參考信號與該積分器輸出二者的比較 而產(chǎn)生該第一脈寬調(diào)制信號；以及一第二比較器，用以依據(jù)一第二參考信號與該積分器輸出二者的比較 而產(chǎn)生該第二脈寬調(diào)制信號。
6. 如權(quán)利要求5所述的切換式音頻功率放大器，還包括一第一信號產(chǎn)生 器及一第二信號產(chǎn)生器，用以提供該第一參考信號與該第二參考信號。
7. 如權(quán)利要求5所述的切換式音頻功率放大器，其中該輸入放大器包括一電容，其第一端接收該輸入音頻信號；以及一運算放大器，其正輸入端耦接至該電容的第二端，其負輸入端接收 一參考電壓，而該運算放大器的輸出端耦接至該積分器。
8. 如權(quán)利要求5所述的切換式音頻功率放大器，其中該積分器包括 一電阻，其第一端耦接至該輸入;^文大器；一運算放大器，其正輸入端耦接至該電阻的第二端，其負輸入端接收 一參考電壓，而該運算放大器的輸出端耦接至該第一比較器與該第二比較 器；以及一電容，其第一端耦接至該運算放大器的正輸入端，而該電容的第二 端則耦接到該運算放大器的輸出端。
9. 如權(quán)利要求1所述的切換式音頻功率放大器，其中該橋式電路包括 一第一開關(guān)，其第一端耦接至一第一電壓，其第二端耦接至該負載的第一端，并且依據(jù)該第一調(diào)制信號決定其導接狀態(tài)；一第二開關(guān)，其第一端耦接至該第一電壓，其第二端耦接至該負載的 第二端，并且依據(jù)該第二調(diào)制信號決定其導接狀態(tài)；一第三開關(guān)，其第一端耦接至一第二電壓，其第二端耦接至該負載的 第一端，并且依據(jù)該第一調(diào)制信號決定其導接狀態(tài)；以及一第四開關(guān)，其第一端耦接至該第二電壓，其第二端耦接至該負載的 第二端，并且依據(jù)該第二調(diào)制信號決定其導接狀態(tài)。
10. 如權(quán)利要求9所述的切換式音頻功率放大器，其中該第一開關(guān)與該 第二開關(guān)為P型晶體管，而該第三開關(guān)與該第四開關(guān)為N型晶體管。
11. 如權(quán)利要求9所述的切換式音頻功率放大器，其中該第一電壓包括 一電源電壓，而該第二電壓包括一接地電壓。
12. 如權(quán)利要求3所述的切換式音頻功率放大器，其中該回授電路包括 一第一回授電阻，其第一端耦接到該負載的第一端； 一第二回授電阻，其第一端耦接到該負載的第二端； 一運算》文大器，其正輸入端耦接到該第一回授電阻的第二端，而其負輸入端則耦接到該第二回授電阻的第二端；以及一第三回授電阻，其第一端耦接到該運算放大器的輸出端，而其第二 端輸出該回授信號。
13. 如權(quán)利要求1所述的切換式音頻功率;^文大器，其中該負載包括一喇叭。
14. 一種切換式音頻功率放大器，包括一第一比較器，根據(jù)一第 一參考信號與 一第 一輸入音頻信號二者的比 較而產(chǎn)生一第一脈寬調(diào)制信號；一第二比較器，根據(jù)一第二參考信號與該第一輸入音頻信號二者的比 較而產(chǎn)生一第二脈寬調(diào)制信號；一控制邏輯單元，其根據(jù)該第 一脈寬調(diào)制信號與該第二脈寬調(diào)制信號 的電平來產(chǎn)生一第三脈寬調(diào)制信號與一第四脈寬調(diào)制信號；一抑除噪聲單元，當該第三脈寬調(diào)制信號的脈寬小于一臨界值時，該 抑除噪聲單元加大該第三脈寬調(diào)制信號的脈寬，當該第四脈寬調(diào)制信號的 脈寬小于該臨界值時，該抑除噪聲單元加大該第四脈寬調(diào)制信號的脈寬， 以輸出 一 第五脈寬調(diào)制信號與 一 第六脈寬調(diào)制信號；以及一橋式電路，具有多個開關(guān)，所述開關(guān)受控于該第五脈寬調(diào)制信號與 該第六脈寬調(diào)制信號，以交替切換通過負載的驅(qū)動電流的導通方向。
15. 如權(quán)利要求14所述的切換式音頻功率放大器，其中該控制邏輯單元 接收該第一脈寬調(diào)制信號與該第二脈寬調(diào)制信號，以進行一與運算而輸出 該第三脈寬調(diào)制信號；以及接收該第一脈寬調(diào)制信號與該第二脈寬調(diào)制信 號，以進行一或非運算而輸出該第四脈寬調(diào)制信號。
16. 如權(quán)利要求14所述的切換式音頻功率放大器，還包括一回授電路， 其產(chǎn)生用以表示該橋式電路輸出狀態(tài)的一回授信號，其中該第一脈寬調(diào)制 信號與該第二脈寬調(diào)制信號的脈寬是根據(jù)該回授信號進行調(diào)制。
17. 如權(quán)利要求16所述的切換式音頻功率放大器，其中該回授電路包 括 '一第一回授電阻，其第一端耦接到該負載的第一端；一第二回授電阻，其第一端耦接到該負載的第二端；一運算放大器，其正輸入端耦接到該第一回授電阻的第二端，而其負 輸入端耦接到該第二回授電阻的第二端；以及一第三回授電阻，其第一端耦接到該運算放大器的輸出端，而其第二 端輸出該回授信號。
18. 如權(quán)利要求14所述的切換式音頻功率放大器，還包括一第一信號產(chǎn) 生器及一第二信號產(chǎn)生器，以提供該第一參考信號與該第二參考信號。
19. 如權(quán)利要求14所述的切換式音頻功率放大器，還包括一輸入放大器，其接收并放大一第二輸入音頻信號；以及 一積分器，其接收被放大后的該第二輸入音頻信號，以及該回授信號 以進行一積分操作，并輸出該第一輸入音頻信號。
20. 如權(quán)利要求19所述的切換式音頻功率;^大器，其中該輸入放大器包括一電容，其第一端接收該第二輸入音頻信號；以及 一運算放大器，其正輸入端耦接到該電容的第二端，其負輸入端接收 一參考電壓，而該運算放大器的輸出端耦接至該積分器。
21. 如權(quán)利要求19所迷的切換式音頻功率放大器，其中該積分器包括 一電阻，其第一端耦接至該輸入^L大器；一運算放大器，其正輸入端耦接至該電阻的第二端，其負輸入端接收 一參考電壓，而該運算放大器的輸出端耦接至該第一比較器與該第二比較 器以及一電容，其第一端耦接到該運算放大器的正輸入端，而其第二端則耦 接到該運算放大器的輸出端。
22. 如權(quán)利要求14所述的切換式音頻功率放大器，其中該橋式電路包括一第一開關(guān)，其第一端耦接至一第一電壓，其第二端耦接至該負載的 第一端，并且依據(jù)該第五調(diào)制信號決定其導接狀態(tài)；一第二開關(guān)，其第一端耦接至該第一電壓，其第二端耦接至該負載的 第二端，并且依據(jù)該第六調(diào)制信號決定其導接狀態(tài)；.一第三開關(guān)，其第一端耦接至一第二電壓，其第二端耦接至該負載的 第一端，并且依據(jù)該第六調(diào)制信號決定其導接狀態(tài)；以及一第四開關(guān)，其第一端耦接至該第二電壓，其第二端耦接至該負載的 第二端，并且依據(jù)該第五調(diào)制信號決定其導接狀態(tài)。
23. 如權(quán)利要求22所述的切換式音頻功率放大器，其中該第一開關(guān)與該 第二開關(guān)為P型晶體管，而該第三開關(guān)與該第四開關(guān)為N型晶體管。
24. 如權(quán)利要求22所述的切換式音頻功率放大器，其中該第一電壓包括 一電源電壓，而該第二電壓包括一接地電壓。
25. 如權(quán)利要求14所述的切換式音頻功率放大器，其中該負載包括一喇叭。
全文摘要
本發(fā)明提出一種可抑除音頻噪聲的切換式音頻功率放大器，包括一脈寬調(diào)制器、一抑除噪聲單元及一橋式電路。脈寬調(diào)制器依據(jù)一輸入音頻信號，以進行脈寬調(diào)制，產(chǎn)生第一脈寬調(diào)制信號與第二脈寬調(diào)制信號。第一脈寬調(diào)制信號與第二脈寬調(diào)制信號再輸入抑除噪聲單元的中。橋式電路則根據(jù)抑除噪聲單元輸出的控制信號，交替切換通過驅(qū)動負載電流的方向。本發(fā)明另一種可抑除音頻噪聲的切換式音頻功率放大器，包括第一比較器、第二比較器、控制邏輯單元、抑除噪聲單元與橋式電路。本發(fā)明的功率放大器，可在無LC濾波器下達到濾除噪聲的效果。
文檔編號H03F3/217GK101345513SQ20081013606
公開日2009年1月14日 申請日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月11日
發(fā)明者吳國宏, 李柏鈺 申請人:原景科技股份有限公司