專利名稱：用于開關放大器的采樣頻率減小的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及開關放大器和方法，更具體地說，涉及減小開關放大器中 電磁干擾的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
開關放大器比非開關放大器具有顯著更好的效率，主要是因為用于為 負載切換電壓的晶體管在導通時，所述晶體管上的電壓比較小，所述晶體 管在關閉時，流過所述晶體管的電流比較小。由于所述晶體管上的電壓小 或者流過所述晶體管的電流小，所以所述晶體管的功耗就比較小。
采用單脈寬調制(P麗)流的開關放大器被廣泛應用。這些開關放大器 有時會產生過多的電磁射頻(RF)干擾從而干擾所述放大器以及位于所述 放大器附近的其它電子器件的工作。通過將被所述放大器驅動的負載耦合 到由電感和/或電容組成的濾波器上，在某種程度上能夠減小這種RF干擾。 然而，對于某些應用而言，殘余的RF干擾仍然很大。其它采用低成本解決 方案來減小RF干擾的嘗試經常會產生失真。例如，減小單P麗流的采樣速 率能夠減小RF干擾，然而，這也導致了明顯的失真，因此不是一種可行的 選擇。而且，這些開關放大器不能以合理的成本準確的放大寬帶寬、高精 度的信號。
最近采用的一種方法是，采用調制技術的開關放大器包含兩個或者更 多P麗流，如多基準(multi-reference)開關放大器。美國專利號6535058、 發(fā)明名稱為"Multi-reference， High Accuracy Switching Amplifier(多
6基準、高精度開關放大器)"的專利中描述了一種多基準開關放大器，通過 引用將其所有內容納入到本發(fā)明。多基準開關放大器的一個實例包括兩個 分離的P麗流，其中一個P麗流是粗高壓P麗流，另一個P麗流是細低壓 P麗流。雖然所述多基準開關放大器解決了以合理的成本放大寬帶寬、高精
度信號的需求，但是多基準開關放大器的性能仍需繼續(xù)改善，例如減小RF 干擾。
采用傳統(tǒng)方法減小多基準放大器的采樣速率也將會導致輸出信號失真 的增加。而且，減小采樣頻率會限制被放大的音頻信號的帶寬或者頻率。所 以，需要一種操作開關放大器的系統(tǒng)和方法，以便在不引起失真以及限制 輸出信號帶寬或者頻率的情況下，以合理的成本減小電磁RF干擾。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)和方法，能夠在不引起輸出信號失真的情況下， 減小開關放大器中的RF干擾。根據本發(fā)明的一個方面， 一種開關器件包 括與第一電壓耦合的第一組開關器件和與第二電壓耦合的第二組開關器 件。所述開關放大器還包括調制器，用于采用第一采樣速率控制所述第一 組開關器件，采用第二采樣速率控制所述第二組開關器件，從而根據輸入 信號向負載提供第一和第二電壓，所述第一采樣速率低于所述第二采樣速 率。


圖1是典型多基準開關放大器的框圖2示出了根據現有技術在圖1的電路中觀察到的典型電壓波形； 圖3示出了根據本發(fā)明的一個實施例的圖1的電壓波形。
具體實施例方式
本發(fā)明實施例旨在提供一種系統(tǒng)和方法，其在不惡化性能的情況下減 小開關放大器中的RF干擾。下面闡明的某些細節(jié)用于提供對本發(fā)明的充分 理解。然而，本領域技術人員很清楚，可以在沒有這些特定的細節(jié)的情況 下實施本發(fā)明。圖1是一個雙基準開關放大器的框圖。雖然圖1是針對雙基準開關放 大器的，但是本領域普通技術人員應當意識到，本發(fā)明適用于任何多基準 開關放大器。圖1所示的雙基準開關放大器有兩個基準正電源電壓V+和
從所述V+通過調節(jié)器114而提供的電壓。正電源電壓V+通過控制開關108、 111向負載119提供能量。所述調節(jié)器114通過開關109、 112向所述負載 119提供能量。所述負載119通過開關器件110、 113接地。在一些實施例 中，由所述V+基準提供的電壓明顯大于由所述調節(jié)器114所提供的電壓。例 如，在一個實施例中，由所述正電源電壓V+基準所提供的電壓近似為12V, 而由所述調節(jié)器114所提供的電壓為47mV。
輸入數據流IOO是脈寬調制器(Pulsewidth Modulator, P麗)107的 輸入，所述P麗107輸出P麗控制信號101、 102、 103、 104、 105和106 以分別控制開關器件108、 109、 110、 111、 112和113,所述負載119以橋 式結構連接在兩個獨立的輸出節(jié)點之間。第一輸出接點A耦合到開關器件 108、 109和110。第二輸出接點B耦合到開關器件111、 112和113。這樣， 開關器件108和111將所述正電源V+耦合到所述負載119，開關器件109 和112將通過調節(jié)器114從所述V+提供的基準電壓耦合到所述負載119， 開關器件110和113將所述負載119與地連接。圖1所示的電路在上述美 國專利號6535058中有進一步的詳細描述。
圖1所示的電路在所述負載119的兩側產生兩個分離的P麗數據流。在 圖1所示的實施例中，通過開關器件108和111提供給所述負載119的P麗 數據流是粗高壓調制流。通過開關器件109、 112提供給所述負載119的P麗 數據流是細低壓調制流。然而，對本領域普通技術人員來說是顯然的，所 述粗和細電壓流的配置取決于哪些開關器件耦合到所述高壓源和所述低壓 源。
圖2是根據現有技術在圖1所示放大器中觀察到的典型電壓和電流波 形。跡線200示出了圖1中要被放大的數據流100的波形。電壓跡線201、 202、 203、 204、 205和206分別反映了當圖1中所述負載119的輸出極性 改變時，圖1中控制信號101、 102、 103、 104、 105和106的狀態(tài)。電壓 跡線207示出了開關器件108、 109和110的共同輸出，該輸出作為第一輸 入節(jié)點A處電感115的輸入。電壓跡線208示出了開關器件111、 112和113
8的共同輸出，該輸出作為第二輸入節(jié)點B處電感117的輸入。
正如上面引用的專利所教導的，跡線207和208中由粗數據所調制的 高壓V+脈沖遵循跡線200中的相對符號，而跡線207和208中由細數據所 調制的基準電壓脈沖則遵循跡線200中V+脈沖的相反相對符號。電壓跡線 207和208表明，當由粗數據所調制的所述V+脈沖被施加到所述負載119 的一側時，由細數據所調制的所述基準電壓脈沖則被施加到所述負載119 的另一側。例如，當開關器件108向所述第一輸入節(jié)點A提供V+脈沖時， 開關器件112則向所述第二輸入節(jié)點B提供基準電壓脈沖。與現有技術常 用的做法一樣，為了在所述負載110的兩側保持同樣的電壓，跡線207和 208中所示的V+粗調制脈沖和基準電壓細調制脈沖以共同的固定輸出采樣 速率出現。
根據本發(fā)明的一個實施例，圖1所示的開關放大器采用圖3所示的方 式工作。跡線300示出了圖1中要被放大的數據流100的波形。跡線301、 302、 303、 304、 305和306分別表示控制開關器件108、 109、 110、 111、 112、 113的信號101、 102、 103、 104、 105、 106。跡線307表示開關器件 108、 109和110的共同輸出，該輸出作為電感115的輸入。跡線308表示 開關器件lll、 112和113的共同輸出，該輸出作為電感117的輸入。與圖 2類似，跡線307和308中的所述V+粗調制脈沖和基準電壓細調制脈沖遵 循輸入波形300的相反符號。
如上所述，減小所述采樣率的頻率能夠減小RF干擾。因此，將所述V十 粗調制脈沖和基準電壓細調制脈沖的頻率都減小能夠導致更小的RF干擾， 然而，與減小所述細調制脈沖的頻率相比，減小所述粗調制脈沖的頻率對 RF干擾的減小具有更大的效果。雖然減小所述粗調制脈沖會產生更低的 RF干擾，但是仍然會在輸出信號中引入失真。然而，通過將所述細調制脈 沖的頻率保持在某個可接受的頻率上，例如現有技術中所采用的頻率，所 述細調制脈沖減小了由所述粗調制脈沖頻率的減小而導致的失真的影響。 此外，所述細調制脈沖提供了可以應用預測性失真減小的機制。如圖3中 的跡線307和308所示，所述V+粗調制脈沖的頻率被減小以便減小RF干擾， 而所述細調制脈沖的頻率則與圖2所示的該脈沖的頻率保持相同?？傊?， 減小RF干擾將不會影響性能。此外，由于所述開關放大器不需要通常與開關放大器配合使用的昂貴的輸出濾波器，所以通過減小所述粗信號的采樣
速率來減小RF干擾的方法降低了開關放大器的成本。本領域普通技術人員 容易理解，為了調整相對于所述基準電壓脈沖采樣速率的所述V+脈沖的采 樣速率，圖1中的所述調制器107將有可能會變得更復雜。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述粗脈沖的占空比并不由于頻率的減小 而變化。圖3中，雖然所述粗調制脈沖的采樣速率減小了，但是其占空比 卻與圖2中的粗調制脈沖保持比例關系。例如，跡線307、 308的V+粗調制 脈沖結果是圖2中跡線207、208的V+粗調制脈沖長度的兩倍、頻率的一半。 所以，圖3中跡線307、 308的結果整體上與圖2中跡線207、 208是等效 的，只是發(fā)射的頻率減小了一半。雖然圖2所示的V+粗調制脈沖的長度變 為兩倍而頻率減小了一半，但本領域普通技術人員應該理解，能夠采用其 它數值來實現所述脈沖的延長和減小。然而，在一個實施例中，所述粗調 制信號的長度和頻率將表示所述負載119的相同輸出信號。如跡線307、 308 所示，所述基準電壓細調制脈沖的輸出采樣頻率與圖2中示出的相同。所 以，所述基準電壓細調制脈沖能夠補償上述由采樣速率減小而導致的失真。
本領域技術人員應該理解，圖1所示的電壓配置可以是其它配置。例 如，在一個實施例中，所述V+電源可以接地，而圖l所示的地電位可以是 一個負電壓。而在另一個實施例中，圖1中的V+作為一個負電壓。
通過對本文所述方法的描述可以看出，能夠在不影響帶內性能的情況 下減小多基準開關放大器中的RF干擾。
雖然上面結合所公開的實施例對本發(fā)明進行了描述，但是本領域技術 人員將會承認，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，可以在形式和細節(jié) 方面做出多種修改。所述改變完全落入本領域普通技術人員的技術常識內。 因而，本發(fā)明不受附加權利要求之外的其它內容的限制。
權利要求
1、一種開關放大器，包括第一組開關器件，用于耦合到第一電壓和負載；第二組開關器件，用于耦合到第二電壓和負載；第三組開關器件，用于耦合到第三電壓；以及調制器，具有用于接收輸入信號的輸入端和耦合到每一個所述開關器件的相應的輸出端，所述調制器用于以第一采樣速率控制所述第一組開關器件，并用于以第二采樣速率控制所述第二組開關器件，從而根據所述輸入信號向所述負載提供第一和第二電壓，所述第一采樣速率低于所述第二采樣速率。
2、 根據權利要求1所述的開關放大器，其中，所述第一組開關器件向 所述負載提供粗電源控制，所述第二組開關器件向所述負載提供細電源控 制。
3、 根據權利要求1所述的開關放大器，其中，所述第一組開關器件中 的第一開關器件用于直接耦合到所述負載的第一端，所述第二組開關器件 中的第一開關器件用于直接耦合到所述負載的第二端。
4、 根據權利要求1所述的開關放大器，其中，所述第一電壓用于提供 大于所述第二電壓的電壓。
5、 根據權利要求3所述的開關放大器，其中，所述調制器用于以等于 所述第二組開關器件的第二采樣速率一半的第一采樣速率來控制所述第一 組開關器件。
6、 根據權利要求2所述的開關放大器，其中，所述第一組和第二組開 關器件的占空比由所述輸入信號的粗部分和細部分確定。
7、 根據權利要求1所述的開關放大器，其中，所述第三組開關器件向 所述負載提供缺省電壓狀態(tài)。
8、 一種開關放大器，包括 第一、第二和第三基準電壓；第一組控制開關，其中每一個控制開關耦合到所述基準電壓中的一個， 并且還耦合到第一輸出節(jié)點；第二組控制開關，其中每一個控制開關耦合到所述基準電壓中的一個， 并且還耦合到第二輸出節(jié)點；以及調制器，具有用于接收輸入信號的輸入端和分別耦合到所述第一組控 制開關中的相應的一個開關的第一組多個輸出端以及分別耦合到所述第二 組控制開關中的相應的一個開關的第二組多個輸出端，所述調制器用于響 應于所述輸入信號生成所述第一和第二組控制開關的多個控制信號，所述 多個控制信號用于激活所述控制開關以向所述第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié) 點提供具有調制脈寬的基準電壓的脈沖，耦合到所述第一基準電壓的控制 開關以低于耦合到所述第二基準電壓的控制開關的頻率來調制脈寬。
9、 根據權利要求8所述的開關放大器，其中，耦合到所述第一基準電 壓的控制開關向所述第一輸出節(jié)點和所述第二輸出節(jié)點提供粗電源控制， 耦合到所述第二基準電壓的控制開關向所述第一輸出節(jié)點和所述第二輸出 節(jié)點提供細電源控制。
10、 根據權利要求9所述的開關放大器，其中，耦合到所述第一基準 電壓的控制開關以較低的頻率來調制脈寬從而在不引起輸出信號明顯失真 的情況下減小電磁干擾。
11、 根據權利要求8所述的開關放大器，其中，所述第一組控制幵關 中的第一控制開關和第二控制開關耦合到所述第一輸出節(jié)點，所述第二組 控制開關中的第一控制開關和第二控制開關耦合到所述第二輸出節(jié)點。
12、 根據權利要求8所述的開關放大器，其中，細調制提供由頻率減 小引起的失真的預測性失真消除。
13、 根據權利要求8所述的開關放大器，其中，所述第一組和第二組 開關器件的占空比由所述輸入信號的粗部分和細部分確定。
14、 一種操作開關放大器的方法，包括 向所述開關放大器的輸入端施加輸入信號；在第一時段期間，向所述開關放大器的第一輸出施加多個第一脈寬調 制電壓脈沖；以及在所述第一時段期間，向所述開關放大器的第二輸出施加多個第二脈 寬調制電壓脈沖，所述第一脈寬調制電壓脈沖的電壓高于所述第二脈寬調 制電壓脈沖的電壓；耦合到所述第一輸出的第一脈寬調制電壓脈沖的頻率 低于耦合到所述第二輸出的第二脈寬調制電壓脈沖的頻率。
15、 根據權利要求14所述的方法還包括在第二時段期間，向所述開 關放大器的所述第一輸出施加多個第三脈寬調制電壓脈沖，在所述第二時 段期間，向所述開關放大器的所述第二輸出施加多個第四脈寬調制電壓脈 沖，所述第四脈寬調制電壓脈沖的電壓高于所述第三脈寬調制電壓脈沖的 電壓；耦合到所述第二輸出的第四脈寬調制電壓脈沖的頻率低于耦合到所 述第一輸出的第三脈寬調制電壓脈沖的頻率。
16、 根據權利要求14所述的方法，其中，所述第一脈寬調制電壓脈沖 向所述放大器的輸出提供粗電源控制，所述第二脈寬調制電壓脈沖向所述 放大器的輸出提供細電源控制。
17、 根據權利要求14所述的方法，其中，所述第二脈寬調制電壓脈沖 提供由頻率減小引起的失真的預測性失真消除。
18、 根據權利要求14所述的方法，其中，所述第一組和第二組開關器件的占空比由所述輸入信號的粗部分和細部分確定。
19、 根據權利要求14所述的方法，其中，所述負載是揚聲器。
20、 一種系統(tǒng)，包括 負載；以及 開關放大器，包括第一組開關器件，用于耦合到第一電壓和負載；第二組開關器件，用于耦合到第二電壓和負載；第三組開關器件，用于耦合到第三電壓；以及調制器，具有用于接收輸入信號的輸入端和耦合到每一個所述開 關器件的相應的輸出端，所述調制器用于以第一采樣速率控制所述第 一組開關器件，并用于以第二采樣速率控制所述第二組開關器件，從 而根據所述輸入信號向所述負載提供第一和第二電壓，所述第一采樣 速率低于所述第二采樣速率。
21、 根據權利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述負載是揚聲器。
22、 根據權利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述第一組開關器件向所述 負載提供粗電源控制，所述第二組開關器件向所述負載提供細電源控制。
23、 根據權利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述調制器用于以等于所述 第二組開關器件的第二采樣速率一半的第一采樣速率來控制所述第一組開 關器件。
全文摘要
本發(fā)明旨在提供一種系統(tǒng)和方法，其在不惡化性能的情況下減小開關放大器中的RF干擾。在一個實施例中，相對于細低壓調制脈寬的采樣頻率而言，粗高壓調制脈寬的采樣速率被減小了。粗高壓調制脈寬采樣速率的減小使電磁干擾減小了。此外，所述細低壓調制脈寬較高的采樣速率減小了由所述粗脈寬采樣速率的減小而導致的失真。
文檔編號H03F3/217GK101652924SQ200880003737
公開日2010年2月17日 申請日期2008年2月1日 優(yōu)先權日2007年2月1日
發(fā)明者L·基恩 申請人:Jm電子技術有限公司