專利名稱：用于數(shù)字音頻的d類功率放大器的調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域和數(shù)字音頻放大領(lǐng)域。特別涉及用于生成高信噪比的驅(qū)動(dòng)D類功率放大器工作在BD模式的信號。
背景技術(shù)：
D類功率放大器是一種工作在開關(guān)模式的放大器，利用開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷實(shí)現(xiàn)功率放大的功能。圖I為典型的數(shù)字全橋式D類功率放大器的結(jié)構(gòu)圖。該放大器主要由插值濾波器、調(diào)制器和D類功率管依次串聯(lián)而成；它的輸入信號經(jīng)過插值濾波器插值后輸入到調(diào)制器，調(diào)制器產(chǎn)生兩路I比特信號H+和H-來驅(qū)動(dòng)D類功率管。典型的D類功率管如圖2，該功率管由4個(gè)MOS管Ml、M2、M3、M4組成。它的輸入信號H+和H-為調(diào)制器的輸出信號。
全橋式D類功放的D類功率管可工作在AD模式和BD模式，圖3為AD模式的原理圖，圖4為BD模式的原理圖。AD模式的信號，H+為H-的取反，經(jīng)過功率管放大后，揚(yáng)聲器上獲得的為H+和H-的差值Diff，Diff等于2倍的H+的大小。如果H+和H-的上升或者下降沿沒有對齊，容易在電路中引入額外的噪聲。BD模式的信號H+和H-本身上升下降沿均不需要對齊，揚(yáng)聲器上獲得的H+和H-的差值信號Diff不存在由于沒有對齊引入的額外噪聲，同時(shí)電路高頻噪聲減小?，F(xiàn)有的調(diào)制器的結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生BD模式信號的方式如圖5所示，該調(diào)制器主要由Delta-Sigma調(diào)制器和脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號產(chǎn)生器串聯(lián)而成。該調(diào)制器產(chǎn)生BD模式信號的方式為原始的音頻信號位寬為N，采樣率為fs，經(jīng)過插值濾波器之后變?yōu)槲粚挒镹，采樣率為k倍的fs的信號，以此插值之后的高速信號作為調(diào)制器的輸入。經(jīng)過調(diào)制器中的Delta-Sigma調(diào)制器之后，輸出采樣率為k倍的fS，位寬為η比特的信號，其中η小于N。該信號在二分之一 fs帶寬內(nèi)能達(dá)到和原始輸入的采樣率為fs，位寬為N的信號同樣的精度。Delta-Sigma調(diào)制器的輸出信號作為脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號產(chǎn)生器的輸入信號。PWM信號產(chǎn)生模塊將輸入信號分成兩路。一路直接和內(nèi)部的三角波比較，產(chǎn)生H+信號。另一路，將輸入信號取反，再和內(nèi)部的三角波比較，產(chǎn)生H-信號。H+信號和H-信號共同構(gòu)成驅(qū)動(dòng)D類功率管的BD模式的信號。現(xiàn)有調(diào)制器結(jié)構(gòu)的PWM信號產(chǎn)生位于Delta-Sigma調(diào)制器之外，該部分引入的噪聲和諧波得不到抑制，信號-噪聲諧波比(SNDR)無法滿足高端器件的要求。目前已公開發(fā)表的論文中，“移動(dòng)應(yīng)用中的D類音頻功率放大器，Berkhout, M Dooper, L, Ci rcuits andSystems I Regular Papers, IEEE Transactions on，，中獲得了最好的 SNDR,且僅有 80dB。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為克服已有技術(shù)的不足之處而提出的一種用于數(shù)字音頻的D類功率放大器的調(diào)制器，該調(diào)制器能直接生成BD模式PWM信號。且具有對非理想因素不敏感，信噪比高的特點(diǎn)。
本發(fā)明提出的一種用于數(shù)字音頻的D類功率放大器的調(diào)制器，其特征在于，該調(diào)制器主要由噪聲整形模塊、二個(gè)比較器、三角波生成模塊、一個(gè)取反單元、一個(gè)除2單元和一個(gè)加法器構(gòu)成；其中，噪聲整形模塊的輸出端一路直接連接至第一比較器的輸入端，另一路通過一個(gè)取反單元后連接至第二比較器的輸入端；兩個(gè)比較器的另一個(gè)輸入端均連接到三角波生成模塊；兩個(gè)比較器的輸出端連接到一個(gè)加法器的輸入端，加法器的輸出端經(jīng)過一個(gè)除2單元后連接到噪聲整形模塊的一個(gè)輸入端口而構(gòu)成一個(gè)反饋環(huán)路，噪聲整形模塊的另一個(gè)輸入端口為調(diào)制器的輸入端。本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果本發(fā)明的特點(diǎn)在于使用調(diào)制器直接生成驅(qū)動(dòng)D類功率管工作在BD模式的信號。相比于由脈沖密度調(diào)制(PDM)信號轉(zhuǎn)成BD模式的脈沖寬度度調(diào)制(PWM)信號的結(jié)構(gòu)來講，本發(fā)明的所有引入噪聲的部分全部在濾波環(huán)路之內(nèi)，能得到更高的信噪比。本發(fā)明能直接生成BD模式的PWM信號，生成的PWM信號SNDR可以達(dá)到120dB，D 類功率管輸出的信號的SNDR可以達(dá)到98dB。


圖I為已有全橋式D類功率放大器的結(jié)構(gòu)及原理框圖；圖2為典型的D類功率管的電路圖；圖3為全橋式D類功放的D類功率管的AD模式信號的產(chǎn)生和工作原理示意圖；圖4為全橋式D類功放的D類功率管的BD模式信號的產(chǎn)生和工作原理示意圖；圖5為現(xiàn)有調(diào)制器的結(jié)構(gòu)及原理框圖；圖6為本發(fā)明的用于數(shù)字音頻的D類功率放大器的調(diào)制器結(jié)構(gòu)及原理框圖；圖7為本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)方案的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的用于數(shù)字音頻的D類功率放大器的調(diào)制器結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明如下本發(fā)明的調(diào)制器結(jié)構(gòu)及原理如圖6所示。本發(fā)明提出一個(gè)全新的調(diào)制器結(jié)構(gòu)。該調(diào)制器主要由噪聲整形模塊、二個(gè)比較器、三角波生成模塊、一個(gè)取反單元、一個(gè)除2單元和一個(gè)加法器構(gòu)成；其中，噪聲整形模塊的輸出端一路直接連接至第一比較器的輸入端，另一路通過一個(gè)取反單元(圖4中標(biāo)示-I的三角)后連接至第二比較器的輸入端；兩個(gè)比較器的另一個(gè)輸入端均連接到三角波生成模塊；兩個(gè)比較器的輸出端連接到一個(gè)加法器的輸入端，加法器的輸出端經(jīng)過一個(gè)除2單元(圖4中標(biāo)示為O. 5的三角)后連接到噪聲整形模塊的一個(gè)輸入端口而構(gòu)成一個(gè)反饋環(huán)路，噪聲整形模塊的另一個(gè)輸入端口為調(diào)制器的輸入端。本發(fā)明的工作原理為噪聲整形模塊輸出η比特，速率為Fs的高速碼流。比較器的一端輸入速率為Fs,峰峰值大小為2η的三角波。將噪聲整形模塊的輸出分為兩路。一路直接送入第一比較器，在該第一比較器中，信號與三角波生成模塊的三角波相減，若大于O,則輸出1，小于O則輸出0，輸出信號為H+。另一路經(jīng)過取反單元取反后送入第二比較器，在該第二比較器中和三角波相減，同樣如果大于O則輸出1，小于O則輸出O,輸出信號為H-。從兩個(gè)比較器出來的I比特的信號H+和H-經(jīng)過加法器相減后得到信號V，信號V得值等于揚(yáng)聲器兩端所獲得的信號的值。V經(jīng)過除2單元乘以O(shè). 5后反饋回噪聲整形模塊。設(shè)兩個(gè)比較器引入的噪聲分別為E1和E2,H+=U X L0+V X0. 5 X LjE1H-=U X L0+V X0. 5 X LjE權(quán)利要求
1.一種用于數(shù)字音頻的D類功率放大器的調(diào)制器，其特征在于，該調(diào)制器主要由噪聲整形模塊、二個(gè)比較器、三角波生成模塊、一個(gè)取反單元、一個(gè)除2單元和一個(gè)加法器構(gòu)成；其中，噪聲整形模塊的輸出端一路直接連接至第一比較器的輸入端，另一路通過一個(gè)取反單元后連接至第二比較器的輸入端；兩個(gè)比較器的另一個(gè)輸入端均連接到三角波生成模塊；兩個(gè)比較器的輸出端連接到一個(gè)加法器的輸入端，加法器的輸出端經(jīng)過一個(gè)除2單元后連接到噪聲整形模塊的一個(gè)輸入端口而構(gòu)成一個(gè)反饋環(huán)路，噪聲整形模塊的另一個(gè)輸入端口為調(diào)制器的輸入端。
2.如權(quán)利要求I所述的調(diào)制器，其特征在于，所述噪聲整形模塊由四個(gè)積分器，兩個(gè)gl放大模塊和四個(gè)加法器構(gòu)成；所述四個(gè)加法器和四個(gè)積分器間隔地相互依次串聯(lián)，第一個(gè)gl放大模塊連接在第一加法器和第二積分器的輸出端，第二個(gè)gl放大模塊連接在第三加法器和第四積分器的輸出端。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于數(shù)字音頻的D類功率放大器的調(diào)制器。屬于集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域和數(shù)字音頻放大領(lǐng)域。該調(diào)制器主要由噪聲整形模塊、二個(gè)比較器、三角波生成模塊、一個(gè)取反單元、一個(gè)除2單元和一個(gè)加法器構(gòu)成；其中，噪聲整形模塊的輸出端一路直接連接至第一比較器的輸入端，另一路通過一個(gè)取反單元后連接至第二比較器的輸入端；兩個(gè)比較器的另一個(gè)輸入端均連接到三角波生成模塊；兩個(gè)比較器的輸出端連接到一個(gè)加法器的輸入端，加法器的輸出端經(jīng)過一個(gè)除2單元后連接到噪聲整形模塊的一個(gè)輸入端口而構(gòu)成一個(gè)反饋環(huán)路，噪聲整形模塊的另一個(gè)輸入端口為調(diào)制器的輸入端。該調(diào)制器能直接生成BD模式PWM信號。且具有對非理想因素不敏感，信噪比高的特點(diǎn)。
文檔編號H03F1/26GK102857176SQ20121023846
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者駱樹萌, 劉力源, 李冬梅 申請人:清華大學(xué)