本發(fā)明涉及一種功率放大器，尤指一種具有低音增強(qiáng)及動(dòng)態(tài)電源控制(boomeranddynamicpowerrangecontrol)功能的音頻功率放大器。

背景技術(shù)：

在音頻功率放大器(audiopoweramplifier)技術(shù)領(lǐng)域，迄今已發(fā)展出多種電路拓?fù)浼軜?gòu)(topology)，包括：a類、b類、ab類、d類、g類等，以d類音頻放大器為例，如圖1所示，其具有一比較電路11，該比較電路11的兩個(gè)輸入端分別接收一模擬的音頻信號111以及一三角波信號112，從而可在比較電路11的輸出端得到一脈寬調(diào)變信號，該脈寬調(diào)變信號傳送至一驅(qū)動(dòng)與輸出級12，用以驅(qū)動(dòng)并控制該驅(qū)動(dòng)與輸出級12中的功率晶體，以得到一放大后的脈寬調(diào)變信號，最后，該放大后的脈寬調(diào)變信號再經(jīng)過一低通濾波器13濾除高頻載波，即可還原并得到該放大后的音頻信號并由一揚(yáng)聲器2輸出。

現(xiàn)有的音頻功率放大器，雖可實(shí)現(xiàn)放大音頻信號的功能，但仍面臨以下技術(shù)問題：首先，對于目前頗為流行的小型化音響產(chǎn)品，例如可攜式藍(lán)牙喇叭，由于其喇叭單體在體積上的限制，使用者往往只能在攜帶的便利性與聽覺的震撼效果之間做出取舍，因此，有必要發(fā)展一種小型化且可同時(shí)具備重低音強(qiáng)化功能的音頻放大器；其次，伴隨著前述低音強(qiáng)化的音頻放大器而來的問題為：當(dāng)?shù)鸵粢纛l的位準(zhǔn)被動(dòng)態(tài)地提高，以致于超出功率輸出級的供電電壓時(shí)，將導(dǎo)致放大后的音頻輸出信號被截波(clipping)，形成飽和失真現(xiàn)象，造成喇叭出現(xiàn)破音或爆音，嚴(yán)重影響聆聽體驗(yàn)。所以， 如何使音頻功率放大器在加強(qiáng)低音位準(zhǔn)時(shí)，可同時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整供電電壓令其保持足夠的余量(headroom)，以維持足夠的輸出動(dòng)態(tài)范圍(dynamicrange)，即成為一極具迫切性與實(shí)用性的技術(shù)課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有的音頻功率放大器難以同時(shí)兼顧小型化與加強(qiáng)重低音效果的設(shè)計(jì)目標(biāo)，因此本發(fā)明的目的在于發(fā)展一種可讓整體電路保持集成化且可同時(shí)實(shí)現(xiàn)低音增強(qiáng)效果的功率放大裝置。

本發(fā)明的另一目的在于發(fā)展一種強(qiáng)化低音時(shí)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電源控制(dynamicpowerrangecontrol)功能的功率放大裝置。

為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供了一種功率放大裝置，其包含：一前置放大級，該前置放大級內(nèi)設(shè)有一前置放大器以及一以回授方式與該前置放大器連接的低音加強(qiáng)控制電路，該低音加強(qiáng)控制電路設(shè)有一第一回授電阻以及一與該第一回授電阻并聯(lián)的主動(dòng)式電容倍增電路；一功率放大級，該功率放大級內(nèi)設(shè)有一音頻功率輸出級以及一動(dòng)態(tài)電源電壓切換開關(guān)，該音頻功率輸出級與前置放大級電性連接，該動(dòng)態(tài)電源電壓切換開關(guān)具有一第一電源電壓輸入端、一第二電源電壓輸入端以及一電源電壓輸出端，該第一電源電壓輸入端連接一較小的固定電源電壓，該電源電壓輸出端與該音頻功率輸出級相連接；一電源供應(yīng)電路，該電源供應(yīng)電路內(nèi)設(shè)有振幅與相位偵測電路、驅(qū)動(dòng)電路以及電源功率輸出級，該驅(qū)動(dòng)電路包含有參考電壓控制電路、誤差放大器帶寬控制電路以及分壓電路，該誤差放大器帶寬控制電路具有第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，該振幅與相位偵測電路分別與前置放大級、參考電壓控制電路及誤差放大器帶寬控制電路的第二輸入端電性連接，該參考電壓控制電路也與誤差放大器帶寬控制電路的第一輸入端電性連接，又該誤差放大器帶寬控制電路的輸出端與電源功率輸出級的輸入端電性連接，該分壓電路以回授方式分別連接該電源功率輸 出級的輸出端與誤差放大器帶寬控制電路的第二輸入端，又該電源功率輸出級的輸出端也與動(dòng)態(tài)電源電壓切換開關(guān)的第二電源電壓輸入端電性連接，用以產(chǎn)生一比固定電源電壓大的動(dòng)態(tài)電源電壓。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該前置放大器為全差動(dòng)放大器。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該低音加強(qiáng)控制電路設(shè)有一與該主動(dòng)式電容倍增電路相串聯(lián)的第二回授電阻，且該第二回授電阻的電阻值小于第一回授電阻的電阻值。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，功率放大裝置進(jìn)一步包含有一驅(qū)動(dòng)輸出級，該驅(qū)動(dòng)輸出級設(shè)置于前置放大級與功率放大級之間，且該驅(qū)動(dòng)輸出級分別與前置放大級和功率放大級相連接。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該驅(qū)動(dòng)輸出級內(nèi)設(shè)有一停滯時(shí)間控制電路以及一與該停滯時(shí)間控制電路電性連接的電壓位準(zhǔn)移位電路，該停滯時(shí)間控制電路和電壓位準(zhǔn)移位電路分別與前置放大級中的前置放大器及功率放大級中的音信功率輸出級電性連接。

通過上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明即可實(shí)現(xiàn)重低音強(qiáng)化效果并縮小電路尺寸，同時(shí)保持輸出的余量與動(dòng)態(tài)范圍，進(jìn)而達(dá)到大幅提高產(chǎn)品實(shí)用性與可靠度。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的d類放大器的架構(gòu)方塊示意圖；

圖2為本發(fā)明的架構(gòu)方塊示意圖；

圖3為本發(fā)明中的前置放大級的一種較具體實(shí)施例的示意圖；

圖4為本發(fā)明的動(dòng)作示意圖。

附圖標(biāo)記說明：11-比較電路；111-音頻信號；112-三角波信號；12-驅(qū)動(dòng)與輸出級；13-低通濾波器；2-揚(yáng)聲器；3-前置放大級；31-前置放大器；32-低音加強(qiáng)控制電路；321-主動(dòng)式電容倍增電路；4-功率放大級；41-音頻 功率輸出級；42-動(dòng)態(tài)電源電壓切換開關(guān)；421-第一電源電壓輸出端；422-第二電源電壓輸入端；423-電源電壓輸出端；5-驅(qū)動(dòng)輸出級；51-停滯時(shí)間控制電路；52-電壓位準(zhǔn)移位電路；6-電源供應(yīng)電路；61-振幅與相位偵測電路；62-驅(qū)動(dòng)電路；63-電源功率輸出級；631-輸入端；632-輸出端；64-參考電壓控制電路；65-誤差放大器帶寬控制電路；651-第一輸入端；652-第二輸入端；653-輸出端；66-分壓電路；7-揚(yáng)聲器；rf1-第一回授電阻；rf2-第二回授電阻；rin-輸入電阻。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例具體可應(yīng)用于a類、b類、ab類、d類等各種現(xiàn)有的功率放大器，本發(fā)明對此并不加以限定。

如圖2所示，本發(fā)明提供了一種功率放大裝置，其包含：

一前置放大級3，該前置放大級3內(nèi)設(shè)有一前置放大器31以及一以回授方式與該前置放大器31連接的低音加強(qiáng)控制電路32，如圖3所示，其公開了該前置放大級3，特別是其中的低音加強(qiáng)控制電路32的一種較具體的實(shí)施例，在該實(shí)施例中，該前置放大器31優(yōu)選地采用具有雙輸出端的全差動(dòng)放大器(fullydifferentialamplifier)，此種放大器具有較佳的抗噪聲干擾效能，適用于對音質(zhì)有較高要求的應(yīng)用場合，也因?yàn)榇颂幉捎昧巳顒?dòng)放大器，所以該低音加強(qiáng)控制電路32的數(shù)量為2個(gè)，更具體地，該低音加強(qiáng)控制電路32設(shè)有一第一回授電阻rf1以及一與該第一回授電阻rf1并聯(lián)的主動(dòng)式電容倍增電路321，此種配置可產(chǎn)生類似低通濾波器的效果，如此，只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)置第一回授電阻rf1與前置放大器31的輸入電阻rin之間的比值，即可使該前置放大器31對于低頻的音頻信號具有較大的增益，從而實(shí)現(xiàn)低音強(qiáng)化(bassboost)的目的，此外，該低音加強(qiáng)控制電路32也可進(jìn)一步設(shè)有一與該主動(dòng)式電容倍增電路321相串聯(lián)的第二回授電阻rf2，且該第二回授電阻rf2的電阻值小于第一回授電阻rf1，如此也可達(dá)到相同的 低音強(qiáng)化效果，另外，在其他可行的實(shí)施例中，該前置放大器31也可采用其他種類的放大器，例如單端輸出(singleendedoutput)的差動(dòng)放大器，此時(shí)只需要用到一個(gè)低音加強(qiáng)控制電路32即可；

值得注意的是，在為該前置放大器31選擇回授電容時(shí)，為了使前置放大器31具有較佳的低頻響應(yīng)特性，以實(shí)現(xiàn)真正的重低音強(qiáng)化效果(以人耳能接收到的音頻信號的頻率范圍約20～20khz而言，一般在50～250hz范圍左右的音頻信號才能被視為是重低音)，通常必須采用足夠大的電容，例如nf等級的電容，但如此大的電容很難與前置放大器31集成在單一個(gè)ic芯片中，只能以離散元件的形式來設(shè)置，因而將大幅增加電路板的尺寸，無法滿足可攜式音響產(chǎn)品的小型化需求，對此，本發(fā)明采用主動(dòng)式電容倍增電路321作為該前置放大器31的回授電容，該主動(dòng)式電容倍增電路321實(shí)際上即為一種含有主動(dòng)元件(如放大器或晶體管)的主動(dòng)式電容倍增器(activecapacitancemultiplier)，其在電路中配置一較小的電容，同時(shí)調(diào)整、控制電路中不同電阻的比值，從而可將整個(gè)電路等效成一較大的電容，該主動(dòng)式電容倍增電路321的具體電路結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)，故在此不予詳述，藉此，本發(fā)明在該主動(dòng)式電容倍增電路321中只需采用實(shí)際值僅達(dá)pf等級的電容，即可等效出nf等級電容的效果，從而使本發(fā)明可將主動(dòng)式電容倍增電路321與前置放大器31整合、集成在同一個(gè)ic芯片中，以大幅縮小電路的體積，進(jìn)而使本發(fā)明可同時(shí)達(dá)到低音強(qiáng)化及縮小電路尺寸的功效；

一功率放大級4，該功率放大級4內(nèi)設(shè)有一音頻功率輸出級41，該音頻功率輸出級41與前置放大級3電性連接，用以對經(jīng)由前置放大級3放大輸出的音頻信號進(jìn)行功率放大，從而使該功率放大級4可將功率放大后的音頻信號傳送至一揚(yáng)聲器7進(jìn)行音頻輸出，如同一般的功率輸出級，該音頻功率輸出級41內(nèi)通常設(shè)有功率晶體，以作為能量的傳遞元件(passelement)，又該音頻功率輸出級41內(nèi)的其余具體結(jié)構(gòu)均為本領(lǐng)域技術(shù)人 員所熟知，于此不再贅述，此外，該功率放大級4內(nèi)還可設(shè)有一動(dòng)態(tài)電源電壓切換開關(guān)42，該動(dòng)態(tài)電源電壓切換開關(guān)42具有一第一電源電壓輸入端421、一第二電源電壓輸入端422以及一電源電壓輸出端423，其中，該第一電源電壓輸入端421連接一較小的固定電源電壓，例如vdd，該電源電壓輸出端423與該音頻功率輸出級41相連接，用以傳送該音頻功率輸出級41所需的電源電壓；

前述在前置放大級3后面直接連接功率放大級4的設(shè)置方式可適用于a類、b類、ab類等線性功率放大器，然而，本發(fā)明也可進(jìn)一步包含有一驅(qū)動(dòng)輸出級5，該驅(qū)動(dòng)輸出級5設(shè)置在前置放大級3與功率放大級4之間，且該驅(qū)動(dòng)輸出級5分別與前置放大級3及功率放大級4相連接，該驅(qū)動(dòng)輸出級5內(nèi)設(shè)有一停滯時(shí)間控制(deadtimecontrol)電路51以及一與該停滯時(shí)間控制電路51電性連接的電壓位準(zhǔn)移位(levelshift)電路52，該停滯時(shí)間控制電路51及電壓位準(zhǔn)移位電路52分別與前置放大級3中的前置放大器31及功率放大級4中的音頻功率輸出級41電性連接，又該動(dòng)態(tài)電源電壓切換開關(guān)42中的電源電壓輸出端423也與該電壓位準(zhǔn)移位電路52相連接，用以傳送該電壓位準(zhǔn)移位電路52所需的電源電壓，其中，該停滯時(shí)間控制電路51用以避免音頻功率輸出級41內(nèi)的高側(cè)(highside)及低側(cè)(lowside)的功率晶體同時(shí)導(dǎo)通造成電源短路，從而該電壓位準(zhǔn)移位電路52用以提升音頻信號的電壓位準(zhǔn)，以順利地驅(qū)動(dòng)高側(cè)的功率晶體，藉此，本發(fā)明也可適用于d類放大器這種開關(guān)切換型的功率放大器，進(jìn)一步的，若再配置一用來切換該驅(qū)動(dòng)輸出級5的使能(enabled)狀態(tài)的控制電路，則本發(fā)明可進(jìn)一步應(yīng)用于混合了線性功率放大器及開關(guān)切換型功率放大器的功率放大器電路架構(gòu)中，進(jìn)而可大幅提高本發(fā)明的應(yīng)用范圍與泛用性；

一電源供應(yīng)電路6，該電源供應(yīng)電路6具體為一種自適應(yīng)升壓型電源轉(zhuǎn)換器(adaptiveboostpowerconverter)，用以在當(dāng)前置放大級3增強(qiáng)低音音頻信號時(shí)，對該功率放大級4提供一大于該固定電源電壓的動(dòng)態(tài)電源 電壓，從而使功率放大級4的電源電壓能夠保持一定的余量(headroom)，以維持足夠的輸出動(dòng)態(tài)范圍，在本實(shí)施例中，該電源供應(yīng)電路6內(nèi)設(shè)有振幅與相位偵測電路61、驅(qū)動(dòng)電路62以及電源功率輸出級63，其中，該驅(qū)動(dòng)電路62包含有參考電壓控制電路64、誤差放大器帶寬控制電路65以及分壓電路66，該誤差放大器帶寬控制電路65通常由誤差放大器(erroramplifier)以及必要的回授補(bǔ)償電路構(gòu)成，該回授補(bǔ)償電路一般由電容、電阻等元件組成，用以調(diào)控該誤差放大器的帶寬(bandwidth)、瞬時(shí)響應(yīng)(transientresponse)與穩(wěn)定性等特性，以使誤差放大器可在對負(fù)載變化的反應(yīng)速度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性之間取得較佳的平衡，該誤差放大器帶寬控制電路65具有第一輸入端651、第二輸入端652以及輸出端653，該振幅與相位偵測電路61分別與前置放大級3中的低音加強(qiáng)控制電路32、參考電壓控制電路64及誤差放大器帶寬控制電路65的第二輸入端652電性連接，該參考電壓控制電路64也與誤差放大器帶寬控制電路65的第一輸入端651電性連接，又該誤差放大器帶寬控制電路65的輸出端653與電源功率輸出級63的輸入端631電性連接，該分壓電路66以回授方式分別連接該電源功率輸出級63的輸出端632與誤差放大器帶寬控制電路65的第二輸入端652，又該電源功率輸出級63的輸出端632也與動(dòng)態(tài)電源電壓切換開關(guān)42的第二電源電壓輸入端422電性連接；

其中，該振幅與相位偵測電路61用以偵測經(jīng)由前置放大級3放大后的音頻信號的振幅(amplitude)與相位(phase)，并將偵測到的振幅信號以及相位信號分別傳送給參考電壓控制電路64以及誤差放大器帶寬控制電路65，該參考電壓控制電路64即可根據(jù)該振幅信號產(chǎn)生一對應(yīng)的參考電壓(referencevoltage，vref)信號，再將該參考電壓信號傳送到該誤差放大器帶寬控制電路65的第一輸入端651，該誤差放大器帶寬控制電路65內(nèi)部的回授補(bǔ)償電路可依據(jù)該相位信號，產(chǎn)生并決定該誤差放大器的帶寬與瞬時(shí)響應(yīng)特性，該誤差放大器帶寬控制電路65的輸出端653會(huì)根據(jù)輸入 端的信號產(chǎn)生一對應(yīng)的脈寬控制信號并傳送至電源功率輸出級63，從而可于該電源功率輸出級63的輸出端632產(chǎn)生該動(dòng)態(tài)電源電壓并傳送給動(dòng)態(tài)電源電壓切換開關(guān)42；

下面說明本發(fā)明的工作原理與有益效果：如圖3與圖4所示，當(dāng)音頻信號屬于中音或高音范圍時(shí)，該前置放大級3產(chǎn)生的增益較小，因而功率放大級4中的音信功率輸出級41可無需較大的電源電壓，故此時(shí)動(dòng)態(tài)電源電壓切換開關(guān)42會(huì)切換其開關(guān)狀態(tài)，利用與第一電源電壓輸入端421相連的固定電源電壓對音頻功率輸出級41與電壓位準(zhǔn)移位電路52供電；當(dāng)音頻信號屬于低音或重低音范圍時(shí)，該低音加強(qiáng)控制電路32可使前置放大級3產(chǎn)生較大的增益，此時(shí)該電源供應(yīng)電路6中的振幅與相位偵測電路61會(huì)偵測到較大的振幅信號，從而該參考電壓控制電路64可產(chǎn)生一較大的參考電壓信號，從而可動(dòng)態(tài)地令電源功率輸出級63產(chǎn)生較固定電源電壓大的動(dòng)態(tài)電源電壓，此時(shí)，該動(dòng)態(tài)電源電壓切換開關(guān)42可再切換其開關(guān)狀態(tài)，使與第二電源電壓輸入端422相連的動(dòng)態(tài)電源電壓對音頻功率輸出級41與電壓位準(zhǔn)移位電路52供電，如此一來，當(dāng)前置放大級3加強(qiáng)了低音的音頻信號而提高其位準(zhǔn)時(shí)，該電源供應(yīng)電路6即可同步且動(dòng)態(tài)地將音頻功率輸出級41的電源電壓提升到較高的位準(zhǔn)，從而令此時(shí)的電源位準(zhǔn)可保持大于低音的音頻信號位準(zhǔn)，避免音頻輸出信號被截波所導(dǎo)致的飽和失真，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電源控制功能，進(jìn)而使本發(fā)明可達(dá)到大幅提升產(chǎn)品性能與可靠度的功效。