專利名稱：具雙調(diào)變模塊的單端輸出型d類放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種D類放大器，尤指一種具雙調(diào)變模塊的單端輸出型D類放大 器。
背景技術(shù)：
—般來說，輸出級的放大電路大致包含有A類、B類、AB類及D類等放大器，早期較 常見的為AB類放大器，但隨著半導(dǎo)體制程的成熟，具有較低消耗功率的D類放大器漸為常 見。 D類放大器與AB類放大器最大差異即是輸出脈寬調(diào)變信號推動電感性負(fù)載，而非 以線性信號推動的；其中該脈寬調(diào)變信號是包含有聲音信號以及脈寬調(diào)變開關(guān)信號和諧波 信號。由于D類放大器輸出脈寬調(diào)變信號，使得輸出級開關(guān)電路的各開關(guān)自高阻抗切換至 極低阻抗，且導(dǎo)通時(shí)間短，使得導(dǎo)通電流流經(jīng)導(dǎo)通電阻時(shí)間相對縮短，而較AB類放大器更 有效率，且消耗功率更小。 請參閱圖5所示，為一種現(xiàn)有開回路的單端輸出型D類放大器70，該D類放大器70 包含有一增益放大器71、一 P麗調(diào)變器72、一振蕩器73、一邏輯電路74及一半橋電路75。 其中該增益放大器71輸入端Vi連接一外部模擬聲音信號，并將該外部模擬聲音信號予以 放大后，如圖7所示，放大的聲音信號。經(jīng)對應(yīng)的P麗調(diào)變器72依據(jù)振蕩器輸出的振蕩信 號S2輸出脈寬調(diào)變信號P， N，通過邏輯電路74依據(jù)脈寬調(diào)變信號控制半橋電路75啟閉， 由于該半橋電路供外部電感性負(fù)載60連接，該電感性負(fù)載60即可還原出聲音信號。 由于該振蕩器輸出的振蕩信號頻率高，以20Hz至20KHz的聲音信號為例，其配合 采用的振蕩信號為350KHz。請參閱圖6所示，該P(yáng)麗調(diào)變器72將放大后的聲音信號加入高 頻振蕩信號進(jìn)行脈寬調(diào)變信號D0的脈寬調(diào)變，故能將包含在放大后的聲音信號Sl中的噪 聲nl推至高頻段，由于該噪聲nl被移頻至較高頻段，而聲音數(shù)據(jù)Sl則保留在低頻段中，故 D類放大器70輸出至電感性負(fù)載60之前可通過該低通濾波器80的特性81，將高頻的噪聲 nl濾除。 由于上述單端輸出型D類放大器70雖能通過調(diào)變技術(shù)將噪聲移頻至高頻段，但必 須再配合一高階低通濾波器80才能將高頻段的噪聲加以濾除，造成使用單端輸出端型D類 放大器電路的整體體積無法小型化。再者，由于增益放大器71及P麗調(diào)變器72均分別使 用放大器元件，而放大器本身的噪聲基準(zhǔn)(Noise Floor)又屬于動態(tài)噪聲的一種，因此當(dāng)聲 音信號輸入至該增益放大器71時(shí)，該動態(tài)噪聲會并入放大后的聲音信號中，造成最后輸出 信號的總諧波失真加噪訊比(THD+N)與信號失真噪聲比(SDNR)不佳。 因此，目前已有一種閉反饋回路的單端輸出型D類放大器70a推出，請配合參閱圖 8所示，其包含有 —信號放大器71，是包含有一模擬輸入端Vi，供模擬聲音信號輸入的； —比較器72，其一輸入端連接至該信號放大器71的輸出端，另一輸入端則連接一
振蕩器73，將放大的聲音信號與振蕩信號比對后，以輸出脈寬調(diào)變信號；[0010] —邏輯電路74，是連接至該比較器72的輸出端，依據(jù)脈寬調(diào)變信號輸出驅(qū)動信 號； —半橋電路75，是由一上側(cè)開關(guān)電路751及一下側(cè)開關(guān)電路752組成，其中該上側(cè) 及下側(cè)開關(guān)電路751，752的控制端均連接至該邏輯電路74的輸出端，以接受驅(qū)動信號而決 定上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路751， 752的啟閉，又該半橋電路75的上側(cè)開關(guān)電路751及下側(cè)開關(guān) 電路752的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)為D類放大器的輸出端Do，故可供一電感性負(fù)載60連接；及 —饋電路711，是連接該半橋電路75的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)與信號放大器71的模擬輸入端 Vi。 上述D類放大器70a包含有一階反饋電路71 ，可將增益放大器本身放大器噪聲、參 考電壓噪聲、增益/頻寬乘積限制以及含三角波生器的非線性值的反饋輸出信號等非線性 項(xiàng)(non-linear terms)予以消除，然而，上述一階反饋回路僅由單一信號放大器將聲音信 號予以合成后作放大，因此整體的開回路增益相當(dāng)有限。 然而，不論開回路或閉回路的D類放大器70， 70a電路設(shè)計(jì)，其半橋電路75是由一 上側(cè)開關(guān)電路751及一下側(cè)開關(guān)電路752串接而成，而上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路751,752分別 由多個電子開關(guān)并聯(lián)而成，上側(cè)開關(guān)電路751的所有電子開關(guān)的控制端連接至該邏輯電路 74的其中一輸出端P，而下側(cè)開關(guān)電路752的所有電子開關(guān)的控制端連接至該邏輯電路74 的另一輸出端N，令上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路751,752分別受到邏輯電路74輸出對應(yīng)驅(qū)動信號 而啟閉。因此，誠如圖7所示，縱使無輸出信號，由于該邏輯電路74是輸出相同脈寬調(diào)變信 號予上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路751，752，此時(shí)，上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路751,752的所有電子開關(guān)受 驅(qū)動信號而啟閉，使得D類放大器具有很高的電磁干擾值，有必進(jìn)一步改良。

發(fā)明內(nèi)容有鑒上述問題，本實(shí)用新型的主要目的是提供一種具雙驅(qū)動調(diào)變模塊的單輸出端 型D類放大器，能有效降低單輸出端型D類放大器的電磁干擾值。 欲達(dá)上述目的，本實(shí)用新型提供一種具雙調(diào)變模塊的單端輸出型D類放大器，其 包含 —增益調(diào)整及比較電路，是用以與外部模擬聲音信號連接，將模擬聲音信號經(jīng)過
增益調(diào)整后，再與一三角波信號進(jìn)行比對，以輸出脈寬調(diào)變型的第一比較信號； —比較電路，是用以與外部模擬聲音信號的反向信號連接，并與該增益調(diào)整及比
較電路的三角波信號連接，將反向信號與該三角波信號進(jìn)行比對后輸出脈寬調(diào)變型的第二
比較信號； —邏輯電路，是連接至該增益調(diào)整及比較電路及該比較電路的輸出端，以接收該 第一及第二比較信號；又該邏輯電路包含有四組輸出端，其中兩輸出端是輸出第一脈寬調(diào) 變信號，另兩輸出端則輸出第二組脈寬調(diào)變信號；及 —半橋電路，是包含有一第一子半橋電路及一第二子半橋電路，其中該第一及第 二半橋電路的串接節(jié)點(diǎn)是共同連接至一單輸出端，又該第一子半橋電路的上側(cè)及下側(cè)開關(guān) 電路的開關(guān)數(shù)量多于該第二子半橋電路的上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路的開關(guān)數(shù)量，又該第二子半 橋電路的上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路分別連接至該邏輯電路輸出第一脈寬調(diào)變信號的二輸出端， 而該第一子半橋電路的上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路則分別連接至該邏輯電路輸出第二脈寬調(diào)變
4信號的二輸出端。 其中，該第一子半橋開關(guān)電路上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路的開關(guān)數(shù)量為該第二子半橋開
關(guān)電路上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路的開關(guān)數(shù)量的3至5倍。 其中，該比較電路是整合至該增益調(diào)整及比較電路中。 其中，該增益調(diào)整及比較電路為一差分增益調(diào)整及比較電路。 上述邏輯電路同時(shí)將第一比較信號作為該第二子半橋電路的兩組驅(qū)動信號，再將 第二比較信號與第一比較信號相減后取其反向值后，再輸出至第一子半橋電路的上側(cè)開關(guān) 電路，作為上側(cè)開關(guān)電路的驅(qū)動信號，而邏輯電路將第一比較信號減去第二比較信號后輸 出至第一子半橋電路的下側(cè)開關(guān)電路，作為下側(cè)開關(guān)電路的驅(qū)動信號；因此，當(dāng)D類放大器 的差分輸出端無輸出時(shí)，第一比較信號與第二比較信號會完全相同，因此開關(guān)數(shù)量較多的 第一子半橋電路在無信號輸出時(shí)將完全動作；而在D類放大器有信號輸出時(shí)，第一子半橋
電路對應(yīng)輸入信號的各周期中，又僅上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路的其中一組有動作；因此，能有效 降低整體半橋電路的切換損失及輸出切換回轉(zhuǎn)率(output switch slewrate)，進(jìn)而降低整 體D類放大器的EMI值。

圖1是本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例的電路方塊圖； 圖2A是圖1在D類放大器無信號輸出時(shí)的波形圖； 圖2B是圖1在D類放大器有信號輸出時(shí)的波形圖； 圖3是圖1的詳細(xì)電路方塊圖； 圖4是二階及單階反饋回路下的放大聲音信號的頻域圖； 圖5是一種開回路的D類放大器電路方塊圖； 圖6是圖5輸出放大聲音信號的頻域圖； 圖7是圖5的波形圖； 圖8 —種閉回路的D類放大器電路方塊圖。 附圖標(biāo)記說明10-增益調(diào)整及比較電路；10'-差分增益調(diào)整及比較電路；ll-增 益調(diào)整電路；20-第一差分放大器；21-第一RC電路；22-第二差分放大器比較器；23-第
二RC電路；30-比較器；31-比較電路；31' _比較器；32_三角波信號；32'-三角波產(chǎn)生 器；40-邏輯電路；50-半橋電路；51-第一子半橋電路；511-上側(cè)開關(guān)電路；512_下側(cè)開關(guān) 電路；52-第二子半橋電路；521-上側(cè)開關(guān)電路；522-下側(cè)開關(guān)電路；60-電感性負(fù)載；70、
70a-D類放大器；71-增益放大器；711-反饋電路；72-P麗調(diào)變器；73-振蕩器；74-邏輯電 路；75-半橋電路；751-上側(cè)開關(guān)電路；752-下側(cè)開關(guān)電路；80-低通濾波器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說明。 請參閱圖1所示，為本實(shí)用新型具雙驅(qū)動調(diào)變模塊的單輸出端型D類放大器的電 路方塊圖，其包含有 —增益調(diào)整及比較電路10，是用以與外部模擬聲音信號Vi+連接，將模擬聲音信 號Vi+經(jīng)過增益調(diào)整后，再與一三角波信號32進(jìn)行比對，以輸出脈寬調(diào)變型的第一比較信號N2 ; —比較電路31，是用以與外部模擬聲音信號的反向信號Vi-連接，并與該增益調(diào) 整及比較電路10的三角波信號32連接，將反向信號與該三角波信號32進(jìn)行比對后輸出脈 寬調(diào)變型的第二比較信號X; —邏輯電路40，是連接至該增益調(diào)整及比較電路10及比較電路31的輸出端，以接 收第一及第二比較信號N2， X ;又該邏輯電路40包含有四組輸出端Pl， Nl， P2， N2'，其中二 輸出端P2，N2'是輸出第一脈寬調(diào)變信號，另二輸出端P1，N1則輸出第二組脈寬調(diào)信號；及 —半橋電路50，是包含有一第一子半橋電路51及一第二子半橋電路52，其中第一 及第二半橋電路51， 52的串接節(jié)點(diǎn)是共同連接至單端輸出端型D類放大器的單輸出端Do， 又第一子半橋電路51的上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路511,512的開關(guān)數(shù)量多于第二子半橋電路52 的上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路521,522的開關(guān)數(shù)量(約3-5倍)，又第二子半橋電路52的上側(cè)及 下側(cè)開關(guān)電路521，522分別連接至邏輯電路40輸出第一脈寬調(diào)變信號的二輸出端P2，N2'， 而第一子半橋電路51的上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路511,512則分別連接至該邏輯電路40輸出第 二脈寬調(diào)變信號的二輸出端Pl， Nl。 請配合參閱圖2A及2B所示，上述邏輯電路40是同時(shí)將第一比較信號N2作為該 第二子半橋電路52的上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路521， 522 二組驅(qū)動信號，并自其中二輸出端P2，
N2'輸出，再將第二比較信號X與第一比較信號N2相減后取其反向值后(in:F^)，再 輸出至第一子半橋電路51的上側(cè)開關(guān)電路511，作為其上側(cè)開關(guān)電路511的驅(qū)動信號，而邏 輯電路40將第一比較信號N2減去第二比較信號X后(Nl 二N2-X)，輸出至第一子半橋電路 51的下側(cè)開關(guān)電路512，作為其下側(cè)開關(guān)電路512的驅(qū)動信號。 誠如圖2B所示，當(dāng)D類放大器的單輸出端Do無信號輸出時(shí)，第一 比較信號N2與 第二比較信號X會完全相同，即輸出高電位的驅(qū)動信號予第一子半橋電路51的上側(cè)開關(guān)電 路511，輸出低電位驅(qū)動信號予第一子半橋電路51的下側(cè)開關(guān)電路512，因此開關(guān)數(shù)量較多 的第一子半橋電路51在無信號輸出時(shí)將完全動作。 再如圖2A所示，當(dāng)D類放大器的單輸出端Do有信號輸出時(shí)，第一子半橋電路51 對應(yīng)輸入信號Vi+的各周期中，又僅上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路511， 512的其中一組有動作，即在 輸入信號Vi+的負(fù)周期時(shí)，其上側(cè)開關(guān)電路511關(guān)閉不動作，僅下側(cè)開關(guān)電路512依據(jù)其驅(qū) 動信號Nl啟閉；而在輸入信號Vi+的正半周期時(shí)，其下側(cè)開關(guān)電路512關(guān)閉不動作，僅上側(cè) 開關(guān)電路511依據(jù)其驅(qū)動信號啟閉。因此，能有效降低整體半橋電路50的切換損失及輸出 切換回轉(zhuǎn)率(outputswitch slew rate)，進(jìn)而降低整體D類放大器的EMI值。 至于本實(shí)用新型的增益調(diào)整及比較電路另一較實(shí)施例誠如圖3所示，其是為一差 分增益調(diào)整及比較電路10'，即整合有上述比較電路及三角波信號在其中，故該差分增益調(diào) 整及比較電路10'包含有一增益調(diào)整電路11、二階積分器、二比較器30，31'、一邏輯電路 40、一半橋電路50及一反向器24，其中該D類放大器的單端輸出端Do連接該反向器24，以 提供一組差分輸出信號端Do+， Do-。其中該二階積分器包含有 —第一差分放大器20，是包含有一正向輸入端(+)、一反向輸入端(-)、一反向差 分輸出端(+)及一正向差分輸出端(-)，其中該正向輸入端(+)連接至該增益調(diào)整電路ll， 以調(diào)整該第一差分放大器20的增益； 二第一RC電路21，是分別連接至差分輸出信號端Do+， Do-與該第一差分放大器20的正向及反向輸入端(+， _)之間，構(gòu)成二組第一階積分電路； —第二差分放大器22，是包含有一正向輸入端(+)、一反向輸入端(-)，其中該正向輸入端(+)連接至該第一差分放大器20的正向差分輸出端(+)，而該反向輸入端(_)則連接至該第一差分放大器20的反向差分輸出端(_);及 二第二 RC電路23，是分別連接于差分輸出信號端Do+， Do-與該第二差分放大器22的正向及反向輸入端之間，構(gòu)成二組第二階積分電路。 上述差分增益調(diào)整及比較電路10'是將該反向器24連接至該單一輸出端Do，使單端輸出型D類放大器提供一組差分輸出信號端Do+， Do-，而構(gòu)成一個全差分電路，并配合二階積分器構(gòu)成二階回饋電路，幫助第一及第二差分放大器20，22本身的噪聲等非線性元件能更快速衰減，如圖4所示，并且能提供更高的高頻衰減值，提高整體的噪聲失真噪聲比(SDNR);再者，本發(fā)明D類放大器差分輸出信號Do+， D0-經(jīng)過二級增益處理后可以得更精細(xì)的修正；因此，本發(fā)明除了將全差分電路設(shè)計(jì)在單端輸出型D類放大器外，亦將第一及第二差分放大器20，22納入二階回饋系統(tǒng)中，而能有效消除非線性元件消除，而令整個D類放大器全線性化，而相對得到更好的總諧波失真加噪聲比(THD+N)效能。再者，全差分電路架構(gòu)的單端輸出型D類放大器能提高電源紋波抑制比(powersu卯ly rejectionration ;PSRR)、共模抑制比(common mode rejection)及抗噪聲串音(crosstalk noiserejection)。 以上說明對本實(shí)用新型而言只是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，在不脫離以下所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多修改，變化，
或等效，但都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種具雙調(diào)變模塊的單端輸出型D類放大器，其特征在于，其包含一增益調(diào)整及比較電路，是用以與外部模擬聲音信號連接，將模擬聲音信號經(jīng)過增益調(diào)整后，再與一三角波信號進(jìn)行比對，以輸出脈寬調(diào)變型的第一比較信號；一比較電路，是用以與外部模擬聲音信號的反向信號連接，并與該增益調(diào)整及比較電路的三角波信號連接，將反向信號與該三角波信號進(jìn)行比對后輸出脈寬調(diào)變型的第二比較信號；一邏輯電路，是連接至該增益調(diào)整及比較電路及該比較電路的輸出端，以接收該第一及第二比較信號；又該邏輯電路包含有四組輸出端，其中兩輸出端是輸出第一脈寬調(diào)變信號，另兩輸出端則輸出第二組脈寬調(diào)變信號；及一半橋電路，是包含有一第一子半橋電路及一第二子半橋電路，其中該第一及第二半橋電路的串接節(jié)點(diǎn)是共同連接至一單輸出端，又該第一子半橋電路的上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路的開關(guān)數(shù)量多于該第二子半橋電路的上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路的開關(guān)數(shù)量，又該第二子半橋電路的上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路分別連接至該邏輯電路輸出第一脈寬調(diào)變信號的二輸出端，而該第一子半橋電路的上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路則分別連接至該邏輯電路輸出第二脈寬調(diào)變信號的二輸出端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具雙調(diào)變模塊的單端輸出型D類放大器，其特征在于，該第一子半橋開關(guān)電路上側(cè)及下側(cè)開關(guān)電路的開關(guān)數(shù)量為該第二子半橋開關(guān)電路上側(cè)及下側(cè)開 關(guān)電路的開關(guān)數(shù)量的3至5倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具雙調(diào)變模塊的單端輸出型D類放大器，其特征在于，該比較 電路是整合至該增益調(diào)整及比較電路中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具雙調(diào)變模塊的單端輸出型D類放大器，其特征在于，該增益 調(diào)整及比較電路為一差分增益調(diào)整及比較電路。
專利摘要本實(shí)用新型是關(guān)于一種具雙調(diào)變模塊的單端輸出型D類放大器，其包括，一增益調(diào)整及比較電路，是用以與外部模擬聲音信號連接，用以輸出脈寬調(diào)變型的第一比較信號；一比較電路，是用以與外部模擬聲音信號的反向信號連接，并與增益調(diào)整及比較電路的三角波信號連接，輸出脈寬調(diào)變型的第二比較信號；一邏輯電路，是連接至增益調(diào)整及比較電路及該比較電路的輸出端，以接收第一及第二比較信號；又邏輯電路包含有四組輸出端；及一半橋電路，是包含有一第一子半橋電路及一第二子半橋電路，其中該第一及第二半橋電路的串接節(jié)點(diǎn)是共同連接至一單輸出端，能有效改善單端輸出型D類放大器的高切換損失及輸出切換回轉(zhuǎn)率，以降低整體D類放大器的電磁干擾值。
文檔編號H03F1/26GK201533287SQ20092016622
公開日2010年7月21日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者趙堯主 申請人:德信科技股份有限公司