本發(fā)明涉及d類放大器電路，尤其涉及基于信號幅度選擇性地改變用于驅(qū)動放大器輸出級的信號分量的d類放大器。

圖1例示了常規(guī)d類放大器的一個實施例。調(diào)制器101基于輸入信號來控制d類輸出級102，以生成輸出信號vout，該輸入信號在此實施例中是數(shù)字輸入信號din。輸出級102包括用于在多個電壓(例如，電源電壓vdd和接地電壓，或正電源電壓+vdd和負電源電壓-vdd)之間切換輸出級102的多個開關(guān)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，輸出級102可以包括半橋開關(guān)布置或全橋開關(guān)布置，并且被切換以輸出模擬輸出信號vout，該模擬輸出信號在一些實施方案中可以是差分輸出信號。

調(diào)制器101接收輸入信號(該輸入信號在此實施例中是數(shù)字信號din)，并且導(dǎo)出用于輸出級102的至少一個適當?shù)目刂菩盘?。標準?shù)字調(diào)制器101具有定義明確的傳遞函數(shù)，例如，平坦的并且在某個通帶頻率范圍上具有限定的增益。理想地，此數(shù)字域信號處理提供高性能，并且避免模擬電路系統(tǒng)具有的與噪聲、分量失配和非線性相關(guān)聯(lián)的非零信號衰減。

然而，輸出信號vout是模擬信號，并且它的性能受放大器的任何輸出驅(qū)動器級中的模擬效應(yīng)限制。例如，輸出驅(qū)動器晶體管導(dǎo)通電阻、有限上升和下降時間、傳播延遲、電源紋波和輸出阻抗。此外，任何電源紋波都會引起輸出驅(qū)動器級的成比例的增益變化。

負反饋技術(shù)通常用于抑制由這些原因引起的信號失真。圖1的d類放大器因此具有包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)103和減法器104的反饋路徑。

adc103適于接收模擬輸出信號vout并且產(chǎn)生表示此輸出信號的數(shù)字信號。然后由減法器104將此數(shù)字信號從數(shù)字輸入信號din減去以產(chǎn)生誤差信號。環(huán)路濾波器105(其可以是例如數(shù)字積分器)對該誤差信號進行濾波，以生成被供應(yīng)給數(shù)字調(diào)制器101的調(diào)制器輸入信號。

這樣的放大器電路的性能受adc102的噪聲、分辨率和線性限制。為了避免將不希望的噪聲引入放大器電路內(nèi)，adc必須具有良好的噪聲特性，這通常需要使用相對高性能的連續(xù)時間adc。這樣的adc相對較大(在集成電路中的硅面積方面)，并且在使用中具有相對高的功率消耗。

通常，已經(jīng)在相對高的功率應(yīng)用中使用d類放大器電路，所述應(yīng)用例如是主電源供電的音頻設(shè)備，其中尺寸和功率消耗不是關(guān)鍵的。然而，d類放大器正越來越多地被考慮用于便攜式裝置等中的應(yīng)用。隨著向更小幾何結(jié)構(gòu)的硅制造工藝發(fā)展，使用主要是數(shù)字的電路是有利的。d類放大器可以包括在很大程度上是數(shù)字的架構(gòu)，且因此d類放大器正越來越多地被提出用于驅(qū)動例如便攜式裝置等的小型揚聲器，或者甚至用于其中功率通常相對較低的耳塞式耳機應(yīng)用/頭戴式耳機應(yīng)用。在這樣的應(yīng)用中，尺寸和功率效率是放大器電路要考慮的因素。

因此，期望提供一種d類放大器電路，該d類放大器電路至少減輕上述缺點中的一些缺點。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于接收數(shù)字輸入信號并且輸出模擬輸出信號的d類放大器電路，包括：

一個d類輸出級；

一個數(shù)字調(diào)制器，用于基于調(diào)制器輸入信號來生成用于控制所述d類輸出級的至少一個控制信號；

一個誤差塊，用于基于所述輸出信號和所述數(shù)字輸入信號來生成誤差信號；

一個信號選擇器塊，被配置為在第一輸入處接收所述誤差信號，在第二輸入處接收所述數(shù)字輸入信號的一種型式，并且生成所述調(diào)制器輸入信號；其中：

所述信號選擇器塊能在第一操作模式和第二操作模式中操作，其中：

在第一模式中，所述調(diào)制器輸入信號至少部分地基于所述誤差信號；且

在第二模式中，所述調(diào)制器輸入信號基于所述數(shù)字輸入信號并且與所述誤差信號無關(guān)；以及

一個信號選擇控制器，被配置為基于對所述數(shù)字輸入信號的幅度的指示來控制所述信號選擇器塊的操作模式。

該信號選擇器塊可以包括位于所述第一輸入和一個選擇器模塊之間的第一信號路徑，并且包括位于所述第二輸入和所述選擇器模塊之間的第二信號路徑。該選擇器模塊可以被配置為由來自所述第一信號路徑和所述第二信號路徑的信號生成所述調(diào)制器輸入信號。

該選擇器模塊可在組合器狀態(tài)(combinerstate)下操作，以將來自所述第一信號路徑的信號與來自所述第二信號路徑的信號組合，從而提供所述調(diào)制器輸入信號，和/或可在直通狀態(tài)(pass-throughstate)下操作以提供來自所述第二信號路徑信號作為所述調(diào)制器輸入信號。該信號選擇控制器可以被配置為在第一模式中在組合器狀態(tài)下控制選擇器模塊，并且在第二模式中在直通狀態(tài)下控制選擇器模塊。

在一些實施方案中，所述選擇器模塊被配置為選擇來自所述第一信號路徑的信號或來自所述第二信號路徑的信號，以提供所述調(diào)制器輸入信號。該信號選擇控制器可以被配置為控制所述選擇器模塊在第一模式中選擇來自所述第一信號路徑的信號，并且在第二模式中選擇來自所述第二信號路徑的信號。

在一些實施方案中，所述第一信號路徑包括至少一個可變增益元件。所述信號選擇控制器可以被配置為控制所述至少一個可變增益元件在第一模式中提供第一增益設(shè)置，并且在第二模式中提供第二增益設(shè)置。所述第二增益設(shè)置可以為零。

在一些實施方案中，所述信號選擇控制器被配置為控制所述至少一個可變增益元件，以提供在所述第一增益設(shè)置和所述第二增益設(shè)置之間的、涉及至少一個中間增益設(shè)置的受控增益轉(zhuǎn)變。所述受控增益轉(zhuǎn)變可以包括增益斜坡(ramp)。

在一些實施方案中，所述可變增益元件包括乘法器。

所述第一信號路徑可以包括一個環(huán)路濾波器。所述至少一個可變增益元件可以位于所述環(huán)路濾波器下游的第一信號路徑中。附加地或替代地，在一些實施方案中，所述環(huán)路濾波器具有可變增益，并且所述至少一個可變增益元件可以包括所述環(huán)路濾波器。所述環(huán)路濾波器可以包括一個積分器，并且所述信號選擇控制器可以被配置為控制所述積分器的積分器時間常數(shù)，以改變所述環(huán)路濾波器的增益。所述信號選擇控制器可以被配置為在第一模式中啟用所述環(huán)路濾波器，并且在第二模式中禁用所述環(huán)路濾波器。

在一些實施方案中，所述誤差塊包括一個被耦合以接收輸出信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)。所述誤差塊還可以包括一個減法器，所述減法器可以基于adc的輸出和所述數(shù)字輸入信號來生成誤差信號。所述信號選擇控制器可以被配置為在第一模式中啟用模擬adc并且在第二模式中禁用adc。

所述放大器電路還可以包括一個用于確定數(shù)字輸入信號的包絡(luò)值的包絡(luò)檢測器。所述信號選擇控制器可以被配置為使用所述包絡(luò)值作為對所述數(shù)字輸入信號的幅度的指示。

所述包絡(luò)檢測器可以在所檢測到的信號包絡(luò)的任何下降和包絡(luò)值的減小之間施加預(yù)定延遲。在一些實施方案中，所述包絡(luò)檢測器接收所述數(shù)字輸入信號的一種型式。

在一些實施方案中，所述信號選擇控制器被配置為接收對音量控制設(shè)置的指示，并且使用對音量控制設(shè)置的所述指示作為對所述數(shù)字輸入信號的幅度的指示。

所述信號選擇控制器可以被配置為，如果對所述數(shù)字輸入信號的幅度的指示下降到第一幅度閾值以下，則從第一操作模式轉(zhuǎn)變到第二操作模式。它還可以被配置為，如果對所述數(shù)字輸入信號的幅度的指示上升到第二幅度閾值以上，則從第二操作模式轉(zhuǎn)變到第一操作模式。所述第一閾值可以與所述第二閾值相同，或者所述閾值可以不同。

所述信號選擇控制器可以被配置為在輸入信號的幅度處于或低于第一幅度電平時啟動第一模式和第二模式之間的任何轉(zhuǎn)變。d類放大器電路可以包括一個低電平檢測器，所述低電平檢測器用于檢測輸入信號的幅值何時處于或低于第一幅度電平。

實施方案還涉及包括如在上文的任何變體中描述的d類放大器電路的集成電路。又一些實施方案涉及包括這樣的集成電路或如在上文的任何變體中描述的放大器電路的電子裝置。該裝置可以是以下中的至少一個：便攜式裝置；電池供電裝置；計算裝置；通信裝置；游戲裝置；移動電話；個人媒體播放器；膝上型電腦、平板電腦或筆記本計算裝置。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種操作d類放大器電路的方法，包括：接收數(shù)字輸入信號；以及向數(shù)字調(diào)制器提供調(diào)制器輸入信號，以便控制d類輸出級以產(chǎn)生輸出信號；其中所述方法包括基于對所述數(shù)字輸入信號的幅度的指示而在第一操作模式和第二操作模式之間選擇性地改變；其中，在所述第一操作模式中，所述調(diào)制器輸入信號至少部分地基于誤差信號，所述誤差信號是基于所述輸出信號和所述數(shù)字輸入信號生成的；并且在第二操作模式中，所述調(diào)制器輸入信號基于所述數(shù)字輸入信號并且與誤差信號無關(guān)。

在本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于接收輸入信號并且輸出輸出信號的d類放大器電路，所述放大器電路包括：一個d類輸出級；一個控制器，用于生成至少一個控制信號以控制所述輸出級；以及一個誤差塊，用于從所述輸出信號和所述輸入信號導(dǎo)出誤差信號；其中所述控制器能在第一操作模式中操作，其中所述至少一個控制信號至少部分地基于所述誤差信號，并且還能在第二操作模式中操作，其中所述至少一個控制信號基于所述輸入信號，并且不包括來自所述誤差信號的任何成分；并且其中所述控制器被配置為基于對所述輸入信號的幅度的指示而在所述第一操作模式和所述第二操作模式之間選擇性地改變。

在又一方面，提供了一種d類放大器電路，基于對輸入信號幅度的指示而在開環(huán)操作和閉環(huán)操作之間改變。

在本發(fā)明的又一方面中，提供了一種d類放大器電路，響應(yīng)于輸入信號的幅度的特性而在開環(huán)操作模式和閉環(huán)操作模式之間可控地轉(zhuǎn)變。

在本發(fā)明的又一方面，提供了一種d類放大器電路，用于放大輸入信號，所述輸入信號響應(yīng)于所述輸入信號的幅度的特性而在開環(huán)操作模式和閉環(huán)操作模式之間選擇性地轉(zhuǎn)變。

在本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于接收數(shù)字輸入信號并且輸出模擬輸出信號的d類放大器電路，包括：

一個d類輸出級；

一個數(shù)字調(diào)制器，用于基于調(diào)制器輸入信號而生成用于控制所述d類輸出級的至少一個控制信號；

一個誤差塊，用于生成誤差信號，所述誤差塊包括用于接收對所述模擬輸出信號的指示的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及用于基于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出和所述數(shù)字輸入信號而生成所述誤差信號的減法器；

一個信號選擇器塊，包括：

一個選擇器模塊；

第一信號路徑，位于用于接收所述誤差信號的第一輸入和所述選擇器模塊之間；以及

第二信號路徑，位于用于接收所述數(shù)字輸入信號的第二輸入和所述選擇器模塊之間；

其中所述選擇器模塊被配置為由來自所述第一信號路徑和所述第二信號路徑的信號生成所述調(diào)制器輸入信號；以及

一個信號選擇控制器，被配置為基于對所述數(shù)字輸入信號的幅度的指示來改變在所述第一信號路徑中應(yīng)用的增益。

在本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于接收放大器輸入信號并且輸出輸出信號的d類放大器電路，包括：一個d類輸出級；一個調(diào)制器，用于基于調(diào)制器輸入信號而生成用于控制所述d類輸出級的至少一個控制信號；一個誤差塊，用于基于所述輸出信號和所述放大器輸入信號來生成誤差信號；一個信號選擇器塊，被配置為在第一輸入處接收所述誤差信號且在第二輸入處接收所述數(shù)字輸入信號，并且生成所述調(diào)制器輸入信號；以及一個信號選擇控制器，被配置為控制所述放大器電路，以基于對所述放大器輸入信號的幅度的指示來改變所述誤差信號對所述調(diào)制器輸入信號做出貢獻的程度。

附圖說明

圖1例示了已知的d類放大器電路的一個實施例；

圖2例示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的d類放大器電路；

圖3例示了在第一操作模式和第二操作模式之間交換(swap)的方法的一個實施例的流程圖；

圖4例示了適合于在本發(fā)明的一個實施方案中使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一個實施例；

圖5例示了電流控制振蕩器的一個實施例；

圖6例示了數(shù)字調(diào)制器的一個實施例；

圖7例示了適合于在本發(fā)明的一個實施方案中使用的輸出驅(qū)動器級的一個實施例。

圖8例示了適合于在本發(fā)明的一個實施方案中使用的環(huán)路濾波器的一個實施例。

圖9例示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的d類放大器電路；

圖10例示了根據(jù)本發(fā)明的又一個實施方案的d類放大器電路；

圖11例示了根據(jù)本發(fā)明的又一個實施方案的d類放大器電路；

圖12例示了根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的d類放大器電路；以及

圖13例示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的具有d類放大器電路的裝置。

具體實施方式

如先前所提及的，用于接收輸入信號并且生成輸出信號的d類放大器通常包括用于基于調(diào)制器輸入信號來控制d類輸出級的調(diào)制器?？梢蕴峁┱`差塊，其可以例如包括反饋路徑中的adc和減法器，以生成基于輸出信號和輸入信號的誤差信號，例如，輸出信號的轉(zhuǎn)換后的型式和輸入信號之間的差異。本發(fā)明的實施方案涉及d類放大器電路，其中誤差信號對調(diào)制器輸入信號的貢獻的程度基于輸入信號的幅度的指示可變。在一些實施方案中，放大器電路可以基于輸入信號的幅度在至少兩種操作模式之間選擇性地變化。在第一操作模式中，調(diào)制器輸入信號可以至少部分地基于誤差信號。在第二操作模式中，調(diào)制器輸入信號可以基于輸入信號，但可以與誤差信號無關(guān)。在相對高的信號幅度下，放大器可以在第一操作模式下操作，并且在相對低的信號幅度下，放大器可以在第二模式(例如，開環(huán)操作模式)下操作。

因此，在高信號電平處，誤差信號用于幫助減少輸出信號中的任何失真。然而，在低信號電平處，任何失真的程度不那么顯著，且因此不使用反饋誤差信號。由于誤差信號僅在相對高的信號電平處使用，所以與總是在穩(wěn)態(tài)操作期間使用誤差信號的常規(guī)實施方式相比，放松了對誤差塊的部件(諸如，adc)的噪聲要求。實際上，在低信號電平處(其中放大器電路的本底噪聲(noisefloor)更顯著)，不使用誤差信號。這意味著例如可以在誤差塊中實施比在其他情況下所需要的更小和/或更低功率的adc，從而減小放大器電路的尺寸和/或增加放大器電路的功率效率，但沒有信號質(zhì)量或噪聲性能的任何顯著降低。在一些實施方案中，如稍后將更詳細地描述的，與生成誤差信號或處理誤差信號相關(guān)聯(lián)的一些部件甚至可以在第二操作模式中被禁用，以提供額外的功率節(jié)省。

圖2例示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的d類放大器電路，總體上以200指示。調(diào)制器201(在此實施例中是數(shù)字調(diào)制器)控制如上文參考圖1所描述的d類輸出級202。在一些實施方案中，輸出驅(qū)動器級202可以是全h橋d類放大器輸出級或半橋d類放大器輸出級或任何其他合適的放大器輸出級。

在圖2的實施方案中，數(shù)字調(diào)制器201的輸入是從信號選擇器塊203接收的調(diào)制器輸入信號dm。信號選擇器塊203在第一輸入204處從誤差塊205接收誤差信號ε。信號選擇器塊還在第二輸入206處接收輸入信號din的一種型式。

誤差塊205由數(shù)字輸入信號din和模擬輸出信號vout生成誤差信號ε。在此實施例中，誤差信號基于數(shù)字輸入信號din和模擬輸出信號vout之間的比較。

如圖2中例示的，誤差塊205可以包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)207，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收模擬輸出信號vout并且輸出表示該模擬輸出信號的數(shù)字信號。數(shù)字減法器208接收adc207的輸出以及數(shù)字輸入信號din的一種型式，并且生成誤差信號ε。在一些實施方案中，模擬輸出信號vout可以在通過低通濾波器209濾波之后被輸入到adc206中。這有助于提供對輸出處的任何高頻信號和瞬變的抑制，以避免它們由于adc的缺陷而向下混合到音頻頻率。

信號選擇器塊203可操作，以基于輸入信號din的幅度的指示而自主地改變誤差信號ε對調(diào)制器輸入信號dm貢獻的程度。在一個實施方案中，信號選擇器塊203可在兩種操作模式中操作。在第一模式中，調(diào)制器輸入信號dm至少部分地基于誤差信號。因此，第一模式對應(yīng)于放大器電路的閉環(huán)操作模式。然而，在第二模式中，調(diào)制器輸入信號dm基于數(shù)字輸入信號din，并且與誤差信號ε無關(guān)。因此，第二模式對應(yīng)于放大器電路的開環(huán)操作模式。

信號選擇器塊203因此包括在其第一輸入204和選擇器模塊210的第一輸入之間的第一信號路徑，以及在其第二輸入206和選擇器模塊210的第二輸入之間的第二信號路徑。選擇器模塊210被配置為從第一信號路徑和第二信號路徑中的一個或兩個獲取信號，以提供調(diào)制器輸入信號dm。信號選擇器模塊210可以以多種方式實現(xiàn)，如稍后將更詳細地描述的。

第一信號路徑因此是誤差信號ε的信號路徑。此信號路徑可以包括環(huán)路濾波器211，用于以與上文關(guān)于圖1所描述的類似方式對誤差信號進行濾波。包括環(huán)路濾波器211的環(huán)路的開環(huán)增益應(yīng)該優(yōu)選地在音頻頻率處是高的，并且還在較高頻率處保持穩(wěn)定。環(huán)路濾波器211因此可以是例如一階積分器或可能是高階濾波器，且在音頻信號帶處具有高增益且在較高頻率處具有低增益。

第二信號路徑是輸入信號din的信號路徑。圖2例示了在第二信號路徑中沒有信號處理，但是如果需要，可以存在一個或多個信號調(diào)節(jié)部件，諸如，位于此信號路徑中的濾波器。

如上文所提及的，信號選擇塊203可在第一模式中操作，在第一模式中調(diào)制器輸入信號至少部分地基于誤差信號。因此，在第一操作模式中，存在從第一信號路徑到調(diào)制器輸入信號dm的誤差信號成分。在第二操作模式中，調(diào)制器輸入信號基于輸入信號din并且與誤差信號無關(guān)，因此在第二操作模式中，存在從第二信號路徑到調(diào)制器輸入信號dm的輸入信號成分，且實際上沒有來自第一信號路徑的信號成分(至少沒有對應(yīng)于誤差信號的信號成分)。

存在多種方式可以啟用第一操作模式和第二操作模式，并且如上文所提及的，選擇器模塊210可以采取多種形式。例如，在一些實施方案中，選擇器模塊可以接收來自第一信號路徑和第二信號路徑的信號成分，并且可以選擇來自第一信號路徑的信號或來自第二信號路徑的第二信號，以提供調(diào)制器輸入信號dm。選擇器模塊210因此可以包括在兩個信號路徑之間切換其輸出的開關(guān)模塊。選擇器模塊210可以由信號選擇控制器212控制。開關(guān)模塊可以包括一個或多個物理開關(guān)元件和/或可以由數(shù)字開關(guān)實施，該數(shù)字開關(guān)可以是包括組合邏輯元件的物理多路復(fù)用器，或者可以例如改變從其獲取信號數(shù)據(jù)的寄存器的地址。因此，在這樣的實施方案中，來自第一信號路徑的信號(例如，經(jīng)濾波的誤差信號)在第一模式(沒有來自第二信號路徑的成分)中使用，并且來自第二信號路徑的信號(例如，輸入信號din)在第二模式中使用而沒有來自第一信號路徑的任何成分。然而，在這樣的實施方案中，可能存在模式之間切換的總瞬態(tài)(grosstransient)，例如，因為環(huán)路濾波器在到第一模式的改變之后穩(wěn)定，或者因為當切換到第二模式時去除誤差分量。

因此，在一些實施方案中，選擇器模塊210可以是用于至少在第一模式中組合來自第一信號路徑和第二信號路徑的信號以提供調(diào)制器輸入信號dm的組合器。在第一模式中，選擇器模塊210因此可以是用作加法器的組合器。在這樣的實施方案中，來自第一信號路徑的經(jīng)濾波的誤差信號可以在第一模式中被添加到來自第二信號路徑的輸入信號。在第二模式中，來自第二信號路徑的信號可以是對調(diào)制器輸入信號dm的唯一貢獻。

組合器選擇器模塊210因此可在兩種狀態(tài)下操作：狀態(tài)1，其是組合器操作狀態(tài)，以在第一模式中將來自第一信號路徑和第二信號路徑的信號組合；以及狀態(tài)2，其是低通操作狀態(tài)，其中僅使用來自第二信號路徑的信號。選擇器模塊210的相關(guān)操作狀態(tài)可以由控制器212控制。附加地或替代地，放大器電路可以被配置為使得在第二模式中在選擇器模塊210處沒有接收到誤差信號的信號相關(guān)成分。換句話說，在第二模式中，在組合器選擇器模塊210處接收的來自第二信號路徑的信號具有恒定的、非信號相關(guān)的靜態(tài)值，例如，零。在這種情況下，選擇器模塊210可以包括簡單的加法器等。該加法器可以以相同的方式在第一模式和第二模式中操作，但是在第二模式中，不存在在加法器處從誤差信號接收的信號分量，且因此調(diào)制器輸入信號dm將與誤差信號無關(guān)。然而，在一些實施方案中，優(yōu)選地，控制器212在第二操作模式中在直通狀態(tài)下操作組合器選擇器模塊210，即使當不存在從第二信號路徑接收的信號相關(guān)成分時，以避免重復(fù)地向來自第一信號路徑的信號添加零的計算開支。

存在多種方式可以去除誤差信號對選擇器模塊210的輸入的貢獻。例如，第一信號路徑中的信號可以在第二模式中被有效地阻斷或被衰減到零。在一些實施方案中，可以存在位于第一信號路徑中的施加受控增益的至少一個可變增益元件213。信號選擇控制器212可以被配置為控制至少一個可變增益元件213，以在第一模式中提供第一增益設(shè)置，該第一增益設(shè)置是標稱非零增益設(shè)置。在第二模式中，增益可以被設(shè)置為零。附加地或替代地，環(huán)路濾波器211可以具有可變增益，該可變增益可以在第二操作模式中由控制器212設(shè)置為零。

在一些實施方案中，在第二操作模式中可以不生成誤差信號。例如，可以控制誤差塊205的一個或多個部件，使得誤差塊的輸出是常數(shù)零，以使得在第二操作模式中不存在在信號選擇器塊203的第一輸入處接收的誤差信號，且因此不存在在選擇器模塊處接收的誤差信號相關(guān)成分。

因此將清楚的是，在一些實施方案中，當信號選擇塊203以第一模式操作時，(信號相關(guān)的)誤差信號被添加到來自第二信號路徑的輸入信號，以形成調(diào)制器輸入信號dm。然而，在第二模式中，僅使用來自第二信號路徑的輸入信號用于調(diào)制器輸入信號。在這樣的實施方案中，涉及模式之間切換的任何總瞬變可能低于上文關(guān)于在僅使用輸入信號或僅使用誤差信號之間簡單地階躍改變的實施方案討論的總瞬變。

在一些實施方案中，為了最小化或消除任何不希望的瞬變，在第一模式和第二模式之間的模式改變期間，可以存在在第一信號路徑中施加的受控增益轉(zhuǎn)變。例如，如所提到的，在第一信號路徑中可以存在可變增益元件，諸如，數(shù)字乘法器213。圖2例示了位于環(huán)路濾波器211下游的可變增益元件213，但同樣地，增益元件可以附加地或替代地位于環(huán)路濾波器211上游和/或如所提到的，環(huán)路濾波器211的增益本身可以是可變的。信號選擇控制器212可以被配置為控制至少一個可變增益元件，例如，乘法器213，以在第一模式中提供所述第一非零增益設(shè)置，并且在第二模式中提供第二增益設(shè)置。第二增益設(shè)置可以是零，但在一些實施方案中可以是低于第一增益設(shè)置的非零增益設(shè)置?？梢钥刂瓶勺冊鲆嬖蕴峁┰诘谝辉鲆嬖O(shè)置和第二增益設(shè)置之間涉及至少一個中間增益設(shè)置的受控增益轉(zhuǎn)變。例如，在特定時間周期內(nèi)可能存在增益斜坡。例如，考慮到信號選擇器塊將模式從第一操作模式改變?yōu)榈诙僮髂Ｊ?。在第一操作模式中，施加到第一信號路徑的增益在第一增益設(shè)置處?？刂破?12然后可以在到第二模式的模式改變期間啟動受控增益轉(zhuǎn)變。由乘法器213施加的增益然后可以在限定的時間周期內(nèi)可控地緩降(rampdown)到第二增益設(shè)置。第二增益設(shè)置可以為零，在這種情況下，當增益達到零時啟用第二模式。然而，在其他實施方案中，第二增益設(shè)置可以是小的但不是零增益設(shè)置，其足夠低，使得如果選擇器模塊210在第二操作模式中被切換到直通狀態(tài)，則將不存在明顯的瞬變。

信號選擇控制器212基于輸入信號din的幅度的指示來確定是在第一操作模式中還是在第二操作模式中操作。在一些實施方案中，如圖2中例示的，可以提供包絡(luò)檢測器214以導(dǎo)出數(shù)字輸入信號的包絡(luò)值env，該包絡(luò)值env被提供給控制器212。在一些實施方案中，包絡(luò)檢測器214可以接收輸入數(shù)字信號din。然而，在一些實施方案中，作為替代，來自放大器電路的信號路徑的信號可以用于確定包絡(luò)值，例如，從調(diào)制器201導(dǎo)出的信號。然而，應(yīng)當意識到，替代地，可以提供數(shù)字輸入信號din的幅度的間接指示，例如，音量控制信號vol可以被認為是最大幅度的指示。在其他布置中，一個信號(諸如，包絡(luò)值)可以在上游被確定并且被提供給放大器電路，或者下游負載特性可以被用作信號幅度的指示。

在圖2的實施方案中，控制器212接收包絡(luò)值env并且確定是在第一操作模式中還是在第二操作模式中操作。如果env指示輸入信號具有相對較大的幅度，則選擇第一操作模式，即，放大器的閉環(huán)操作模式。如果env指示輸入信號具有相對小的幅度，則選擇第二操作模式，即，在此實施方案中，開環(huán)操作模式。在一些實施方案中，信號選擇控制器212可以被配置為，如果包絡(luò)值(即，數(shù)字輸入信號din的幅度的指示)下降到第一幅度閾值以下，則從第一操作模式轉(zhuǎn)變到第二操作模式，且如果所述包絡(luò)值上升到第二幅度閾值之上，則從第二操作模式轉(zhuǎn)變到第一操作模式。第一幅度閾值和第二幅度閾值可以相同或可以不同，例如，以施加一些滯環(huán)。

因此，當信號是相對低的時，誤差信號不被使用，因為低幅度輸入信號導(dǎo)致受輸出驅(qū)動器級中的任何固有失真(例如，由任何潛在的電源波紋或其他誤差源引起的)影響較少的輸出信號。放大器系統(tǒng)的本底噪聲因此主要由可以相應(yīng)地設(shè)計的數(shù)字調(diào)制器201來確定。然而，當數(shù)字輸入信號din的幅度是相對較高的時，輸出信號將遭受更多的固有失真。因此，在較高幅度下，放大器在閉環(huán)模式中操作，以使得可以減小由這些失真引起的誤差。因此，誤差塊的部件(諸如，adc207)被設(shè)計成在較高信號電平下減少失真等。然而，在較高的信號電平處，adc207的本底噪聲性能不那么重要，且因此與具有總是在穩(wěn)態(tài)操作中操作的這樣的反饋環(huán)路的常規(guī)d類放大器相比，可以在放松的約束下來設(shè)計adc207。與在其他情況相比，d類放大器的此雙操作模式(即，開環(huán)操作模式/閉環(huán)操作模式)有利地允許使用更小的adc和/或消耗更少功率的adc。通過能夠在閉環(huán)操作模式和開環(huán)操作模式之間切換，系統(tǒng)作為整體使得能夠優(yōu)化adc的功率消耗，同時仍然保持高性能響應(yīng)。此外，能夠以受控方式在閉環(huán)操作模式和開環(huán)操作模式之間轉(zhuǎn)變有利地最小化任何輸出信號偽像。

圖3例示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的在圖2中例示的放大器如何可以在模式之間轉(zhuǎn)變的一個實施例的流程圖。

如果信號峰值電平減小301a，則包絡(luò)檢測器值env可以根據(jù)衰減時間常數(shù)以及可能地包絡(luò)檢測器的保持時間而減小302a。為了避免常常不必要地模式之間的改變，包絡(luò)檢測器214可以在響應(yīng)于峰值信號電平的減小而減小包絡(luò)值之前應(yīng)用保持時間，并且可以應(yīng)用相對緩慢的衰減常數(shù)。如果信號峰值電平增加301b，則包絡(luò)檢測器值env可以根據(jù)啟動時間常數(shù)(attacktimeconstant)增加302b。如果包絡(luò)檢測器塊214采用相對短的啟動時間，這將確保數(shù)字輸入信號din中的快速尖峰將導(dǎo)致包絡(luò)檢測電路214的快速反應(yīng)，且因此可以進行快速響應(yīng)以便轉(zhuǎn)移到閉環(huán)操作模式，并且確保反饋回路被實施以減少由輸出驅(qū)動器級中的較高信號引起的任何誤差。相反，長的衰減時間將避免操作模式的不必要的切換，因為很可能一個高幅度信號峰值將被另一個高幅度信號快速連續(xù)地跟隨。在一些實施方案中，預(yù)加重濾波也可以用于增大和加速信號的上升沿。

信號選擇控制器212監(jiān)控指示輸入信號的幅度的信號303，例如，包絡(luò)值?？刂破?12可以例如將信號env與至少一個預(yù)定閾值比較，以自動地確定是進入開環(huán)模式(第二模式)還是閉環(huán)模式(第一模式)?？梢源嬖趩蝹€幅度閾值，或者可以存在不同的幅度閾值：用于從第一模式改變到第二模式的一個閾值；以及用于從第二模式改變到第一模式的另一個不同的閾值，以便對模式改變施加遲滯。

如果信號相對于相關(guān)的預(yù)定閾值的幅度不改變，則操作模式不改變，并且信號選擇控制器繼續(xù)監(jiān)控指示信號env303。

如果指示信號env下降到相關(guān)的預(yù)定閾值以下，則信號選擇控制器212將決定進入開環(huán)模式(即，第二模式)，如在步驟304中。在此實施例中，由第一信號路徑中的可變增益元件(諸如，乘法器213)施加的增益在步驟305中從第一增益設(shè)置緩降到零。將在相對短的時間周期內(nèi)施加預(yù)定的增益斜坡，但是足夠的時間周期不會在輸出信號中導(dǎo)致顯著的瞬變。一旦增益已經(jīng)達到零，則在步驟306中可以禁用adc207和/或環(huán)路濾波器211。在不需要時禁用adc和/或環(huán)路濾波器有助于節(jié)省功率并且提高放大器電路的效率。在步驟307中，選擇器模塊210也可以被置于直通模式，以便僅使用來自第二信號路徑的輸入信號。通過在禁用adc或?qū)⑦x擇器模塊置于直通模式之前允許由可變增益元件212施加的增益斜坡變?yōu)榱?，減少了任何總瞬變，并且因此減少了將僅由突然禁用adc或?qū)⑦x擇器模塊切換(即，階躍改變)到直通模式引起的輸出信號偽像。應(yīng)當注意，步驟306和步驟307都是可選的并且在一些實施方案中可以不使用一個或兩個步驟。此外，步驟306和步驟307的順序可以顛倒。另外，在一些實施方案中，只有在信號幅度在某個時間周期內(nèi)保持低和/或在信號幅度下降到另一個下限閾值以下時，才實施禁用一個部件(諸如，環(huán)路濾波器)的步驟306?？赡苄枰獣r間和/或功率來重新啟用環(huán)路濾波器，且因此僅例如當它可能被禁用超過非常短的時間時才可以禁用它。

返回參考步驟303，如果指示信號env超過相關(guān)的預(yù)定閾值，則信號選擇控制器212將決定進入閉環(huán)模式(第一模式)，如在步驟308中。在此實施例中，在步驟309中首先啟用adc207和/或環(huán)路濾波器211。這可能涉及等待較短的時間周期以允許adc/環(huán)路濾波器穩(wěn)定。因為放大器電路在此階段仍然處于開環(huán)模式，所以由可變增益元件(例如，乘法器213)施加的增益將已經(jīng)被設(shè)置為零，盡管如果環(huán)路濾波器211是可變增益元件并且已被禁用，應(yīng)該用零增益重新啟用它。如果濾波器211已經(jīng)運行，則它可以具有可能不正確的非零輸出，且因此環(huán)路濾波器211的輸出可以被重置為零。在步驟311中，選擇器模塊被置于組合器狀態(tài)，其中它組合來自第一信號路徑和第二信號路徑的信號。然而，因為施加到第一信號路徑的增益仍為零，所以在此階段不存在來自第一信號路徑的成分，且因此沒有瞬態(tài)。在步驟312中，由可變增益元件(例如，乘法器213)施加的增益然后緩升到第一信號路徑的標稱第一增益設(shè)置，該斜坡在合適的時間幀上施加以避免任何明顯的瞬變。類似于上文所描述的內(nèi)容，由信號選擇控制器212進行的此控制有助于減少信號中的任何總瞬變且因此有助于減少信號中的偽像，否則這些偽像是可聽見的。

為了進一步減少在模式之間的轉(zhuǎn)變上發(fā)生的任何瞬變，信號選擇器控制器212可以被配置為僅當輸入信號的瞬時值處于或低于低幅度電平或閾值(例如，處于零或接近零)時才啟動模式之間的轉(zhuǎn)變。放大器電路可以包括低電平檢測器，諸如，過零檢測器，以檢測低瞬時信號幅度，并且信號選擇器控制器可以等待過零點來啟動模式之間的轉(zhuǎn)變。

在開環(huán)模式中，從din到vout的放大器增益由數(shù)字調(diào)制器和輸出驅(qū)動器的增益以及包括在從din到vout的信號路徑中的任何其他元件的增益來限定。在閉環(huán)模式中，從din到vout的增益由adc的轉(zhuǎn)換增益的倒數(shù)以及從vout和din到減法器208的信號路徑中的任何增益縮放的類似容許量來限定，如果開環(huán)環(huán)路增益足夠高，則與環(huán)路濾波器路徑中的可變增益元件的增益的值無關(guān)。這些開環(huán)放大器增益和閉環(huán)放大器增益可以在使用中被設(shè)計、被校準或被連續(xù)調(diào)整為標稱相等。然而，由于在第一模式和第二模式之間從din到vout的放大器增益的失配引起的任何信號偽像也將通過可變增益的逐漸受控轉(zhuǎn)變或斜坡而減小。

如上文所提及的，本發(fā)明的實施方案可以用與在常規(guī)放大器電路中使用的adc相比消耗更少的空間和/或功率而不會相應(yīng)降低放大器噪聲性能的adc來實施。

圖4例示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的adc207的一個實施例。在此實施例中，adc207包括電壓到電流轉(zhuǎn)換塊401和電流控制振蕩器402。電流控制振蕩器402的輸出的脈沖的數(shù)目由計數(shù)器403計數(shù)。計數(shù)器輸出經(jīng)由校準塊404輸出為adc輸出信號。與電壓控制電路相比，該電流控制電路的傳遞函數(shù)更加不受工藝和溫度的影響。

如圖5中示出的，電流控制振蕩器402可以由cmos反相器的簡單環(huán)形振蕩器實施，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到的。

電流控制振蕩器402的轉(zhuǎn)換增益是工藝相關(guān)的，并且可以在校準引擎405的控制下通過啟動時的校準來調(diào)整。這將生成可以被校準塊404應(yīng)用的總增益校正因子p和/或通過系數(shù)qi的多項式校正。

adc207的噪聲特性因此可以在閉環(huán)模式中支配總放大器噪聲性能，但是因為閉環(huán)模式僅在高信號幅度下使用，所以本底噪聲并不那么顯著。對于低信號電平，使用開環(huán)模式，并且數(shù)字調(diào)制器性能因此在噪聲方面限定系統(tǒng)性能。

數(shù)字調(diào)制器201可以例如如圖6中例示的是簡單的數(shù)字斜坡調(diào)制器。調(diào)制器輸入信號dm可以被鎖存(即，臨時存儲)在存儲元件中，該存儲元件諸如是由時鐘信號ck控制的時鐘控制寄存器601。存儲元件601的輸出通過數(shù)字比較器602與計數(shù)器603的輸出信號比較。計數(shù)器603被供應(yīng)有相對較快的時鐘信號ckf和也被供應(yīng)給寄存器601的時鐘信號ck，并且產(chǎn)生數(shù)字斜坡信號，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的。從計數(shù)器603輸出的數(shù)字斜坡信號將是具有由相對較慢的時鐘信號ck限定的循環(huán)周期和由快速時鐘ckf限定的脈沖定時分辨率的pwm型信號。當然將意識到，如果需要，可以實施閉環(huán)斜坡調(diào)制器或遲滯自振蕩調(diào)制器。

如上文所提及的，輸出級可以是任何合適的d類輸出級。圖7例示了可以在本發(fā)明的一個實施方案中實施的輸出驅(qū)動器級202的一個實施例。在此實施方案中，輸出驅(qū)動器級202包括預(yù)驅(qū)動器和d類三電平半橋。應(yīng)當意識到，作為替代，可以實施2電平半橋或2電平全橋或3電平全橋。

使用3電平半橋具有的優(yōu)點是：對于小信號，輸出在大多數(shù)時間接地。因此，接地信號的可用性可以降低emi和切換功率消耗，并且可以改善輸出驅(qū)動器級202的電源抑制(powersupplyrejection)。

圖8例示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的環(huán)路濾波器209的一個實施例。這是數(shù)字積分器環(huán)路濾波器的一個實施例，其中積分器時間常數(shù)可以通過改變α來改變。這有效地改變了由環(huán)路濾波器施加到誤差信號ε的增益。應(yīng)當意識到，也可以使用二階環(huán)路濾波器。

圖9例示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的d類放大器電路。在此圖中，與參考圖2描述的那些部件類似的部件被給予相同的參考標記。

如可以看到的，多個信號調(diào)節(jié)塊901可以被實施在多個信號路徑中以及放大器電路內(nèi)的多個不同位置處。這些信號調(diào)節(jié)塊901可以包括多個信號調(diào)節(jié)電路并且執(zhí)行多個信號調(diào)節(jié)功能，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易意識到和理解的。可以在多種配置和組合中使用的這樣的信號調(diào)節(jié)塊的實施例的非窮舉列表包括：濾波器塊(高通/低通/帶通等)；增益塊；衰減塊；上采樣器；下采樣器；插值器；字長減少/增加塊等。此外，在此實施方案中，可變增益元件213和環(huán)路濾波器211的位置可選地已經(jīng)被顛倒。

還可以包括其他中間操作。例如，如果揚聲器充當接收模擬輸出信號vout的負載，則d類放大器電路可以包括揚聲器音圈偏移(excursion)限制功能。可以基于音圈電流和電壓來提取線圈的阻抗，并且由此可以估計音圈的偏移。替代地，可以根據(jù)輸入數(shù)字信號和音圈的預(yù)定的或校準的機電模型來預(yù)測音圈偏移。如果音圈的偏移指示存在導(dǎo)致?lián)P聲器的機械損壞或過熱的風險，則數(shù)字輸入信號可以被衰減。

此外，除了上文參考圖2和圖3描述的正常控制機制之外，可能存在期望的是開環(huán)操作模式的其他條件。例如，這些條件可以包括其中輸出顯得意外過載或者可能由于總emi事件而使環(huán)路顯得振蕩或鎖定的故障條件。因此，包絡(luò)檢測器214還可以經(jīng)由adc接收來自數(shù)字調(diào)制器201、環(huán)路濾波器211或輸出節(jié)點的、指示在特定節(jié)點處存在一些削波或另一故障條件已經(jīng)發(fā)生的信號。

圖10例示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的d類放大器電路。在此圖中，與參考圖2描述的那些部件類似的部件被給予相同的參考標記。

在此實施實施方案中，誤差塊205包括接收數(shù)字輸入信號并且輸出表示該數(shù)字輸入信號的模擬信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac)1001，該模擬信號與輸出信號vout一起輸入到模擬減法器1002。adc207已被重新定位，以從模擬減法器1002的輸出接收信號。這具有的優(yōu)點是：因為adc現(xiàn)在僅必須接收可能是相對小的信號的模擬誤差信號，所以與參考圖2描述的實施方案相比，對adc的要求可以甚至更放松。

圖11例示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的d類放大器電路。在此圖中，與參考圖2描述的那些部件類似的部件被給予相同的參考標記。

在此實施方案中，輸入信號是模擬輸入信號ain。

模擬輸入信號ain可以被供應(yīng)給主信號路徑1101，該主信號路徑輸出表示模擬輸入信號ain的數(shù)字輸入信號din。此數(shù)字輸入信號作為數(shù)字輸入信號被供應(yīng)給信號選擇器塊203。

在此實施例中，誤差塊205接收模擬輸入信號ain而不是數(shù)字輸入信號din。ain與模擬輸出信號vout一起輸入到模擬減法器1002。

類似于參考圖10描述的實施方案，adc206已被重新定位以從模擬減法器1002的輸出接收誤差信號。

包絡(luò)檢測器114可以是模擬包絡(luò)檢測器，其接收模擬輸入信號ain或者其可以接收由adc1101生成的數(shù)字型式din。

圖12例示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的d類放大器。在此圖中，與參考圖2描述的那些部件類似的部件被給予相同的參考標記。

在此實施方案中，誤差塊僅包括模擬減法器1002，并且接收模擬輸入信號ain和模擬輸出信號vout。因此生成的誤差信號是模擬的，并且信號選擇器塊203接收模擬輸入信號和模擬誤差信號。adc1201然后被定位成接收信號選擇器塊的輸出，其除了實施模擬部件之外，功能類似于參考圖2所描述的，并且輸出用于輸入到數(shù)字調(diào)制器201的數(shù)字信號。

如上文所提及的，根據(jù)本發(fā)明的實施方案的d類放大器電路特別適用于便攜式裝置，諸如，移動電話或膝上型電腦、筆記本電腦或平板計算裝置等。

圖13例示了包括根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的d類放大器電路的裝置1300。該裝置可以具有無線通信能力并且可以例如經(jīng)由天線1301接收傳輸。該裝置具有至少一個揚聲器1302。應(yīng)當意識到，可以存在不止一個天線和不止一個的揚聲器。音頻集線器1303從許多可能的源接收音頻信號。例如，音頻集線器1303(即，音頻編解碼器)可以從調(diào)制解調(diào)器1304接收信號，該調(diào)制解調(diào)器可以將來自天線的接收信號編碼為數(shù)字格式。音頻集線器1303可以將這樣接收的音頻信號轉(zhuǎn)移到根據(jù)本發(fā)明的d類放大器1305，該d類放大器輸出將要輸入到揚聲器1302的模擬信號。附加地或替代地，音頻數(shù)據(jù)可以在音頻集線器1303處從音頻數(shù)據(jù)存儲器1306接收。附加地或替代地，在一些情況下，d類放大器可以被供應(yīng)有存儲在程序/數(shù)據(jù)存儲器1307中的信號數(shù)據(jù)、系數(shù)數(shù)據(jù)或軟件代碼。此存儲器可以例如是eeprom或靜態(tài)ram，并且以持久或非暫時形式存儲數(shù)據(jù)或代碼。該裝置可以包含電源1308和一種形式的用戶接口1309，該用戶接口可以是鍵盤、觸摸屏或外部控制器。該裝置可以是便攜式裝置，諸如，mp3播放器或便攜式計算機、或便攜式通信裝置，例如，蜂窩電話或平板電腦。

如本文所使用的，術(shù)語塊是指可以由一個或多個電路部件實施的功能單元或功能模塊，并且其可以例如包括專用電路系統(tǒng)。塊可以附加地或替代地包括例如在通用處理器或適當編程的fgpa陣列等上運行的一個或多個軟件模塊。塊的部件不需要物理上位于同一處，并且一個塊的一些部件在一些應(yīng)用中可以與另一個塊的一些部件共享。

就信號選擇塊而言，將意識到的是，信號選擇塊的輸入并非必須是放大器電路的限定的端子，并且相關(guān)塊的輸入可以簡單地是沿著通向形成該塊的部件的相關(guān)信號路徑的任何節(jié)點。

應(yīng)當注意，上文提及的實施方案例示而不是限制本發(fā)明，并且在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計許多替代實施方案。詞語“包括”不排除除了權(quán)利要求中列出的元件或步驟之外的元件或步驟的存在，“一個”或“一”不排除多個，并且單個特征或其他單元可以實現(xiàn)權(quán)利要求中記載的幾個單元的功能。另外，術(shù)語“增益”不排除“衰減”，反之亦然。權(quán)利要求中的任何參考標記或標注不應(yīng)被解釋為限制其范圍。