專利名稱：一種d類音頻功放系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及音頻功放技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及D類音頻功放技術(shù)
背景技術(shù)：
D類音頻功放是一種脈沖控制的大電流開關(guān)放大器，通過將音頻信號(hào)調(diào)制成脈沖 序列，再放大成高電壓、大電流的脈沖序列驅(qū)動(dòng)負(fù)載。脈沖序列的脈沖寬度根據(jù)輸入信號(hào)的 幅值調(diào)制，然后通過低通濾波器還原成連續(xù)的音頻信號(hào)。D類音頻功放的功率器件始終工作 在開關(guān)狀態(tài)，理論上其效率可達(dá)100%。這種高效率不僅意味著節(jié)能，而且高效率代表著少 熱量，為很多產(chǎn)品免去或減少了對(duì)散熱的投入，近年來得到廣泛的應(yīng)用。D類音頻功放系統(tǒng)，主要包括調(diào)制器、D類功放、低通濾波器三部分。

圖1示出了一 種傳統(tǒng)D類音頻功放系統(tǒng)電路圖，主要包括積分器、脈寬調(diào)制(PulseWidth Modulation，簡 稱“PWM”)比較器、驅(qū)動(dòng)電路、H橋電路、閉環(huán)反饋電路、低通濾波器。如圖1所示，音頻信號(hào)經(jīng)過Rl、R2到積分器(Ul和Cl、C2)，積分器將輸入音頻信 號(hào)與輸出反饋信號(hào)相加并濾掉一些雜散信號(hào)，然后經(jīng)過PWM比較器調(diào)制成為PWM波形，PWM 波形再經(jīng)過H橋進(jìn)行功率放大，放大后的信號(hào)經(jīng)過低通濾波器濾波后到喇叭，喇叭根據(jù)接 收到濾波后的信號(hào)將其還原成相應(yīng)的聲音，這就是傳統(tǒng)D類音頻功放的工作過程。從上述可以看出，傳統(tǒng)D類音頻功放系統(tǒng)中，它的閉環(huán)反饋是將功率輸出級(jí)的輸 出信號(hào)通過反饋電阻R3、R4反饋到積分器Ul的輸入端，輸入信號(hào)和積分信號(hào)的差值經(jīng)過積 分器Ul進(jìn)行積分，積分輸出信號(hào)再輸入到后面的比較器與三角波進(jìn)行比較形成PWM波形。 這種采用了閉環(huán)結(jié)構(gòu)的D類音頻功放系統(tǒng)，對(duì)電源和系統(tǒng)噪聲的有一定的抑制能力。但由 于整個(gè)系統(tǒng)中，只有積分器Ul具有一階濾波效果，使得D類音頻功放系統(tǒng)的抗干擾能力和 抑制噪聲的能力不夠理想。在負(fù)載呈現(xiàn)感性特點(diǎn)時(shí)，輸出信號(hào)上會(huì)有高次諧波被引入系統(tǒng)， 使得該D類音頻功放系統(tǒng)輸出總諧波失真(Total Harmonic Distortion，簡稱“THD”)較 大。具體地說，從圖1可以看到，H橋電路輸出的是PWM開關(guān)波形，當(dāng)接上感性負(fù)載后， 會(huì)產(chǎn)生一些雜散的高頻信號(hào)，如圖5(a)所示。該輸出信號(hào)反饋到積分器，盡管有積分器進(jìn) 行一階濾波，但還是引入了一部分干擾源，導(dǎo)致輸出信號(hào)失真，使得該D類音頻功放系統(tǒng)輸 出總諧波失真(Total HarmonicDistortion，簡稱“THD”)維持在0. 1 0. 3%，音質(zhì)還有待
進(jìn)一步提高。另一方面，該失真信號(hào)還是系統(tǒng)電磁干擾(Electro Magnetic Interference，簡 稱“EMI”)的主要源之一，對(duì)功放系統(tǒng)外的其他信號(hào)有干擾。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種D類音頻功放系統(tǒng)，使得整個(gè)D類音 頻功放系統(tǒng)的輸出信號(hào)THD得到有效地提升，有效改善傳統(tǒng)D類音頻功放系統(tǒng)對(duì)噪聲和干 擾的抑制能力不足的問題，主動(dòng)有效地減低系統(tǒng)自身的電磁干擾強(qiáng)度。[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種D類音頻功放系統(tǒng)，包括PWM比較 器、H橋驅(qū)動(dòng)電路、H橋電路、低通濾波器，還包含一高階濾波電路和一邊沿斜率控制電路；所述高階濾波電路分別與所述H橋電路的輸出端和系統(tǒng)音頻信號(hào)的輸入端相連， 對(duì)H橋電路的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波，并將濾波后的反饋信號(hào)與系統(tǒng)音頻輸入信號(hào)相疊加；所述邊沿斜率控制電路一端與所述H橋電路的輸出端相連，檢測輸出信號(hào)邊沿變 化速度，一端與所述H橋的驅(qū)動(dòng)電路相連，根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)大小調(diào)整H橋電路輸出的PWM信號(hào) 的上升和下降速度。作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述高階濾波電路可以是高階反饋電路，包括至少一 個(gè)AMP、對(duì)應(yīng)的至少兩個(gè)電容和一個(gè)電阻；各電容和電阻星形連接組成二階系統(tǒng)跨接在AMP 的反相輸入端和輸出端。作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，該邊沿斜率控制電路可以是一自適應(yīng)邊沿斜率控制電 路，包括一電壓比較器，至少二個(gè)電流放大器和一電壓鉗位電路；電壓比較器將驅(qū)動(dòng)信號(hào)與一參考電壓比較，大于該參考電壓為邏輯“高”，反之為 邏輯“低”，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)由“低”到“高”或者由“高”到“低”轉(zhuǎn)變時(shí)，H橋驅(qū)動(dòng)電流隨著驅(qū)動(dòng) 電壓與參考電壓的差值變化。本實(shí)用新型實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要區(qū)別及其效果在于在D類音頻功放 系統(tǒng)的反饋電路上巧妙地引入二階濾波電路，有效地改善傳統(tǒng)D類音頻功放系統(tǒng)對(duì)噪聲和 干擾的抑制能力不足的問題，并且，沒有增加額外的成本。同時(shí)，在輸出的H橋驅(qū)動(dòng)部分采 用邊沿斜率控制技術(shù)，主動(dòng)有效地減低系統(tǒng)自身的電磁干擾。使得整個(gè)D類音頻功放系統(tǒng) 的輸出信號(hào)THD得到有效地控制。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是背景技術(shù)中傳統(tǒng)D類音頻功放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型第一實(shí)施方式的D類音頻功放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型第一實(shí)施方式中AFS電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型第一實(shí)施方式中AERC電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是傳統(tǒng)D類音頻功放系統(tǒng)和本實(shí)用新型第一實(shí)施方式的D類音頻功放系統(tǒng)的 輸出波形對(duì)比示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新 型的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施方式涉及一種D類音頻功放系統(tǒng)，在如圖1所示的傳統(tǒng)的D 類音頻功放系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加一高階濾波電路和一脈沖邊沿斜率控制電路，如圖2所示。 為了便于說明，圖2中僅示出了與本實(shí)用新型相關(guān)的部分。其中，高階濾波電路分別與H橋電路的輸出端和系統(tǒng)音頻信號(hào)的輸入端相連，高 階濾波電路將H橋電路的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波后再與音頻輸入信號(hào)相疊加，從而有效地減弱 了雜散信號(hào)的介入，改善傳統(tǒng)D類音頻功放系統(tǒng)對(duì)噪聲和干擾的抑制能力不足的缺點(diǎn)。[0025]邊沿斜率控制電路一端與H橋電路的輸出端相連，檢測輸出信號(hào)邊沿變化速度， 一端與H橋的驅(qū)動(dòng)電路相連，根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)大小調(diào)整H橋電路輸出的PWM信號(hào)的上升和下 降速度。從源頭上有效地抑制尖峰雜波的產(chǎn)生，主動(dòng)有效地減低系統(tǒng)自身的EMI。通過在傳統(tǒng)D類音頻功放中增加高階濾波電路和脈沖邊沿斜率控制電路，使得整 個(gè)D類音頻功放系統(tǒng)的輸出信號(hào)THD得到有效地控制，增強(qiáng)了對(duì)電源和系統(tǒng)噪聲的抑制能 力，提高了輸出信號(hào)的精度。作為進(jìn)一步改進(jìn)，本實(shí)施方式中的高階濾波電路可以使用高階反饋系統(tǒng) (Advanced Feedback System，簡稱“AFS”)來實(shí)現(xiàn)，邊沿斜率控制電路可以使用自適應(yīng)邊沿 斜率控制電路(Adaptive Edge Rate Control，簡稱“AERC”)來實(shí)現(xiàn)。即在現(xiàn)有D類音頻功放系統(tǒng)的反饋信號(hào)通路上引入AFS，使得H橋輸出信號(hào)經(jīng)過 AFS后得到更好的濾波，再與輸入信號(hào)相加，有效地減弱了雜散信號(hào)的介入。并且，根據(jù)高頻 尖峰雜波產(chǎn)生機(jī)理，在H橋的驅(qū)動(dòng)部分引入AERC，由AERC根據(jù)檢測到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)大小自動(dòng) 調(diào)整輸出PWM信號(hào)的上升和下降速度，從源頭上有效地抑制尖峰雜波的產(chǎn)生。圖3示出了本實(shí)用新型中AFS電路的一種實(shí)現(xiàn)方式，包括至少一個(gè)放大器AMP、對(duì) 應(yīng)的至少兩個(gè)電容和一個(gè)電阻。各電阻電容星形連接，跨接在放大器的反相輸入端和輸出 端，巧妙地將傳統(tǒng)的一階積分器轉(zhuǎn)換為二階濾波系統(tǒng)，沒有增加額外的成本。其中，信號(hào)從IN端進(jìn)入，OUT端輸出。圖3所示的AFS反饋網(wǎng)路的增益為
權(quán)利要求1 一種D類音頻功放系統(tǒng)，包括脈寬調(diào)制PWM比較器、H橋驅(qū)動(dòng)電路、H橋電路、低通濾 波器，其特征在于，還包含一高階濾波電路和一邊沿斜率控制電路；所述高階濾波電路分別與所述H橋電路的輸出端和系統(tǒng)音頻信號(hào)的輸入端相連，對(duì)H 橋電路的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波，并將濾波后的反饋信號(hào)與系統(tǒng)音頻輸入信號(hào)相疊加；所述邊沿斜率控制電路一端與所述H橋電路的輸出端相連，檢測輸出信號(hào)邊沿變化速 度，一端與所述H橋的驅(qū)動(dòng)電路相連，根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)大小調(diào)整H橋電路輸出的PWM信號(hào)的上 升和下降速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的D類音頻功放系統(tǒng)，其特征在于，所述高階濾波電路為高階反 饋電路，包括至少一個(gè)放大器AMP、對(duì)應(yīng)的至少兩個(gè)電容和一個(gè)電阻；所述各電容和電阻星形連接組成二階系統(tǒng)跨接在放大器AMP的反相輸入端和輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的D類音頻功放系統(tǒng)，其特征在于，所述高階濾波電路包括以下 之一雙運(yùn)放二階有源濾波網(wǎng)絡(luò)、巴特沃茲濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、貝瑟爾濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的D類音頻功放系統(tǒng)，其特征在于，所述高階濾波電路為至 少兩類濾波網(wǎng)路的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的D類音頻功放系統(tǒng)，其特征在于，所述邊沿斜率控制電路為一 自適應(yīng)邊沿斜率控制電路，包括一電壓比較器，至少二個(gè)電流放大器和一電壓鉗位電路；所述電壓比較器將驅(qū)動(dòng)信號(hào)與一參考電壓比較，大于該參考電壓為邏輯“高”，反之為 邏輯“低”，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)由“低”到“高”或者由“高”到“低”轉(zhuǎn)變時(shí)，H橋驅(qū)動(dòng)電流隨著驅(qū)動(dòng) 電壓與參考電壓的差值變化。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種D類音頻功放系統(tǒng)，在D類音頻功放系統(tǒng)的反饋電路上巧妙地引入高階反饋系統(tǒng)(AFS)，有效的改善傳統(tǒng)D類音頻功放系統(tǒng)對(duì)噪聲和干擾的抑制能力不足的問題，且沒有增加額外的成本。同時(shí)，在輸出的H橋驅(qū)動(dòng)部分采用自適應(yīng)邊沿斜率控制技術(shù)(AERC)，主動(dòng)有效地減低系統(tǒng)自身的電磁干擾。使得整個(gè)D類音頻功放系統(tǒng)的輸出信號(hào)THD得到有效地控制。
文檔編號(hào)H03F3/217GK201860297SQ20102062587
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者徐光煜, 羅建軍, 鄭欣, 陳友福 申請(qǐng)人:上海智浦欣微電子有限公司