用于數(shù)字音頻d類功放的諧波失真校正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于數(shù)字音頻D類功放的諧波失真校正方法，用于解決現(xiàn)有諧波失真校正方法難以兼顧低計(jì)算復(fù)雜度和低諧波失真的技術(shù)問題。技術(shù)方案是首先通過對四個(gè)相鄰輸入采樣點(diǎn)利用三階拉格朗日插值法逼近輸入原波形得到其近似波形函數(shù)，再利用該近似波形函數(shù)求得在當(dāng)前采樣周期內(nèi)均勻分布的9個(gè)輸入逼近點(diǎn)，然后通過判斷偽自然采樣點(diǎn)位于哪兩個(gè)相鄰逼近點(diǎn)之間，求載波與該兩相鄰逼近點(diǎn)一階拉格朗日插值后的交點(diǎn)，最終得到當(dāng)前偽自然采樣點(diǎn)的幅值并輸出，使該偽自然采樣點(diǎn)在進(jìn)行UPWM時(shí)可以消除UPWM引入的諧波失真。本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算復(fù)雜度較低的同時(shí)，校正數(shù)字音頻D類功放UPWM引起的諧波失真。
【專利說明】用于數(shù)字音頻D類功放的諧波失真校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種諧波失真校正方法，特別是涉及一種用于數(shù)字音頻D類功放的諧波失真校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于讓功率級的大功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，數(shù)字音頻D類功放相比A類、B類和AB類線性音頻功放具有更為顯著的電源效率，其電源效率理論上可達(dá)100%，通常在85%以上，從而備受關(guān)注。數(shù)字音頻D類功放由數(shù)字插值濾波器、sigma-delta調(diào)制器、UPWM(Uniform sampled Pulse Width Modulation,均勻采樣脈沖寬度調(diào)制)發(fā)生器、功率級和模擬低通濾波器構(gòu)成。數(shù)字音頻D類功放除了功率級和模擬低通濾波器，其它部分都由數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，從而便于與數(shù)字音頻信號源接口匹配和系統(tǒng)移植。
[0003]由于UPWM是一種非線性的調(diào)制方法，數(shù)字音頻信號在經(jīng)過UPWM發(fā)生器時(shí)會產(chǎn)生較大的諧波失真，所以為了實(shí)現(xiàn)高保真度的數(shù)字音頻D類功放，需對UWPM產(chǎn)生的諧波失真進(jìn)行校正。
[0004]參照圖1。單邊后沿 NPWM(Natural sampled Pulse Width Modulation,自然米樣脈沖寬度調(diào)制)和UPWM的調(diào)制過程如圖1所示。圖1中，x(t)為輸入信號，t e R，(nT, χη)和((η+1)Τ，χη+1)為x(t)經(jīng)過以采樣頻率f。采樣后的任意相鄰兩點(diǎn)，n e Z，c(t)為載波。假定載波頻率為f。，輸入信號為頻率是fx的正弦信號。由圖1可知，在時(shí)間段[nT，(η+1)Τ]內(nèi)，NPWM信號的脈沖寬度由x(t)與c (t)的交點(diǎn)(tNS，xNS)(自然采樣點(diǎn))決定，而UPWM信號的脈沖寬度由工^^與c(t)的交點(diǎn)(tus，xus)(均勻采樣點(diǎn))決定。由于NPWM信號不含輸入信號的諧波成分，所以其信號保真度優(yōu)于UPWM信號。但由附圖1可知，由于數(shù)字音頻D類功放的輸入信號為數(shù)字信號，所以數(shù)字音頻D類功放只能使用UPWM。因此，數(shù)字音頻D類功放可運(yùn)用諧波失真校正方法對其UPWM前的信號進(jìn)行預(yù)處理，在每個(gè)載波周期內(nèi)得到近似于自然采樣點(diǎn)的偽自然采樣點(diǎn)，使其輸出的UPWM信號在時(shí)域上逼近NPWM信號，從而消除UPWM信號的輸入信號諧波成分。
[0005]目前已經(jīng)公開發(fā)表的用于數(shù)字音頻D類功放的諧波失真校正方法主要有:一階 LAG-1 (LAGrange Interpolation,拉格朗日插值)方法(Gwee B H, Chang J S，andAdrian V.A micropower low-distortion digital class—d amplifier based ona algorithmic pulsewidth modulator [J].1EEE Transactions on Circuits andSystems-1 Regular Papers, 2005, 52 (10): 2007-2022.)，δ C (Compensation，補(bǔ)償)方法(Gwee B H，Chang J S，and Li H Y.A micropower low-distortion digital pulsewidthmodulator for a digital class d amplifier[J].1EEE Transactions on Circuits andSystems-1I Analog and Digital Signal Processing，2002，49(4):245-256.)，LAG-NR方法(Goldberg J M，and Sandler M B.New high accuracy pulse width modulationbased digital-to-analogue convertor/power amplifier[C].Proceedings of the IEECircuits, Devices and Systems，London，1994:315-324.) 和 ILI (Iterative LinearInterpolation,迭代線性內(nèi)插)方法(鄭杰，王京梅，李莉，等.基于ILI算法的數(shù)字D類放大器調(diào)制模塊[J].電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào)，2012，17(5):26-30.)等。一階LAG-1方法通過對相鄰輸入兩點(diǎn)進(jìn)行一階拉格朗日插值逼近輸入信號原波形，然后求逼近后的波形與載波的交點(diǎn)作為偽自然采樣點(diǎn)，由于逼近精度較差，對輸出信號的諧波失真改善較小；S C方法利用幾何方法近似求出當(dāng)前均勻采樣點(diǎn)幅值相對其自然采樣點(diǎn)幅值的差值I然后把S補(bǔ)償?shù)疆?dāng)前均勻采樣點(diǎn)幅值上使最終得到的UPWM信號逼近NPWM信號，由于每個(gè)δ的計(jì)算只用到兩個(gè)輸入點(diǎn)，同樣諧波校正效果較差；LAG-NR方法用高階拉格朗日插值法逼近輸入信號原波形，再利用Newton-Raphson算法經(jīng)過單次迭代尋找偽自然采樣點(diǎn)，從而使輸出可獲得較低的諧波失真，但其含較多的乘法和除法運(yùn)算，計(jì)算復(fù)雜度較高；ILI方法通過對輸入2倍插值濾波和利用二階拉格朗日插值法迭代尋找偽自然采樣點(diǎn)校正輸出信號的諧波失真，由于其在計(jì)算偽自然采樣點(diǎn)時(shí)使用的非相鄰輸入點(diǎn)信息較少，使輸出仍留有一定的諧波成分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有諧波失真校正方法難以兼顧低計(jì)算復(fù)雜度和低諧波失真的不足，本發(fā)明提供一種用于數(shù)字音頻D類功放的諧波失真校正方法。該方法首先通過對四個(gè)相鄰輸入采樣點(diǎn)利用三階拉格朗日插值法逼近輸入原波形得到其近似波形函數(shù)，再利用該近似波形函數(shù)求得在當(dāng)前采樣周期內(nèi)均勻分布輸入逼近點(diǎn)，然后通過判斷偽自然采樣點(diǎn)位于哪兩個(gè)相鄰逼近點(diǎn)之間，求載波與該兩相鄰逼近點(diǎn)一階拉格朗日插值后的交點(diǎn)，最終得到當(dāng)前偽自然采樣點(diǎn)的幅值并輸出，使該偽自然采樣點(diǎn)在進(jìn)行UPWM時(shí)可以消除UPWM弓丨入的諧波失真。在偽自然采樣點(diǎn)幅值的求取過程中，對涉及到的一次除法運(yùn)算利用三階麥克勞林級數(shù)逼近以減少計(jì)算復(fù)雜度。本發(fā)明可在計(jì)算復(fù)雜度較低的同時(shí)，校正數(shù)字音頻D類功放UPWM引起的諧波失真。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種用于數(shù)字音頻D類功放的諧波失真校正方法，其特點(diǎn)是采用以下步驟:
[0008]第一步:對含有當(dāng)前采樣點(diǎn)的四個(gè)相鄰輸入信號采樣點(diǎn)利用三階拉格朗日插值多項(xiàng)式逼近輸入信號原波形，得到輸入信號的近似波形函數(shù)；
[0009]第二步:利用第一步所得的輸入信號的近似波形函數(shù)，求得在當(dāng)前采樣周期內(nèi)均勻分布的9個(gè)輸入信號逼近點(diǎn)；
[0010]第三步:利用第二步所得的9個(gè)輸入信號逼近點(diǎn)，通過偽自然采樣點(diǎn)位置判斷法，判斷在當(dāng)前采樣周期內(nèi)偽自然采樣點(diǎn)位于哪兩個(gè)相鄰逼近點(diǎn)之間；
[0011]第四步:通過求載波與該兩個(gè)相鄰逼近點(diǎn)一階拉格朗日插值后的交點(diǎn)得到并輸出當(dāng)前偽自然采樣點(diǎn)的幅值。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:該方法首先通過對四個(gè)相鄰輸入采樣點(diǎn)利用三階拉格朗日插值法逼近輸入原波形得到其近似波形函數(shù)，再利用該近似波形函數(shù)求得在當(dāng)前采樣周期內(nèi)均勻分布的9個(gè)輸入逼近點(diǎn)，然后通過判斷偽自然采樣點(diǎn)位于哪兩個(gè)相鄰逼近點(diǎn)之間，求載波與該兩相鄰逼近點(diǎn)一階拉格朗日插值后的交點(diǎn)，最終得到當(dāng)前偽自然采樣點(diǎn)的幅值并輸出，使該偽自然采樣點(diǎn)在進(jìn)行UPWM時(shí)可以消除UPWM引入的諧波失真。在偽自然采樣點(diǎn)幅值的求取過程中，對涉及到的一次除法運(yùn)算利用三階麥克勞林級數(shù)逼近以減少計(jì)算復(fù)雜度。本發(fā)明可在計(jì)算復(fù)雜度較低的同時(shí)，校正數(shù)字音頻D類功放UPWM引起的諧波失真。
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是【背景技術(shù)】單邊后沿NPWM和UPWM的調(diào)制過程示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的諧波失真校正方法示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)字音頻D類功放結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的測試系統(tǒng)示意圖；
[0018]圖5是圖4的測試系統(tǒng)在諧波失真校正模塊不使能時(shí)UPWM發(fā)生器的輸出頻譜；
[0019]圖6是圖4的測試系統(tǒng)在諧波失真校正模塊使能時(shí)UPWM發(fā)生器的輸出頻譜；
[0020]圖7是圖4的測試系統(tǒng)在諧波失真校正模塊使能時(shí)UPWM發(fā)生器輸出THD隨輸入正弦測試信號頻率變化的測試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0021]參照圖2-7。本發(fā)明用于數(shù)字音頻D類功放的諧波失真校正方法具體步驟如下:
[0022]假設(shè)((n-l)T,Xn^1), (nT, χη), ((η+1) Τ, χη+1)和((η+2) Τ, χη+2)為輸入信號 x(t)以采樣頻率f。采樣后的4個(gè)相鄰點(diǎn)，n e Z，對此4點(diǎn)利用三階拉格朗日插值多項(xiàng)式LI3(t)逼近x(t)，得:
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種用于數(shù)字音頻D類功放的諧波失真校正方法，其特征在于包括以下步驟:第一步:對含有當(dāng)前采樣點(diǎn)的四個(gè)相鄰輸入信號采樣點(diǎn)利用三階拉格朗日插值多項(xiàng)式逼近輸入信號原波形，得到輸入信號的近似波形函數(shù)； 第二步:利用第一步所得的輸入信號的近似波形函數(shù)，求得在當(dāng)前采樣周期內(nèi)均勻分布的9個(gè)輸入信號逼近點(diǎn)； 第三步:利用第二步所得的9個(gè)輸入信號逼近點(diǎn)，通過偽自然采樣點(diǎn)位置判斷法，判斷在當(dāng)前采樣周期內(nèi)偽自然采樣點(diǎn)位于哪兩個(gè)相鄰逼近點(diǎn)之間； 第四步:通過求載波與該兩個(gè)相鄰逼近點(diǎn)一階拉格朗日插值后的交點(diǎn)得到并輸出當(dāng)前偽自然采樣點(diǎn)的幅值。
【文檔編號】H03F3/217GK103888091SQ201410101235
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】于澤琦, 樊養(yǎng)余, 史龍飛, 袁永金, 呂國云 申請人:西北工業(yè)大學(xué)