本發(fā)明涉及一種放大器的設(shè)計(jì)，更特別地，涉及一種具有脈寬調(diào)制(pulse-widthmodulation，pwm)共模(common-mode，cm)控制的d類(class-d)放大器及用于執(zhí)行d類放大的方法。

背景技術(shù)：

d類放大器基本上是一個(gè)開(kāi)關(guān)放大器。它具有接近100％的功率效率。也就是說(shuō)，被供應(yīng)給d類放大器的絕大多數(shù)功率均被傳送至負(fù)載。通常，采用具有高電源抑制比(powersupplyrejectionratio，psrr)的低壓差(low-dropout，ldo)穩(wěn)壓器來(lái)供應(yīng)清潔電力(cleanpower)給d類放大器。此ldo穩(wěn)壓器用于減輕通過(guò)電源管理電路或者由電源管理電路產(chǎn)生的噪聲耦合，該電源管理電路可以包括降壓/升壓轉(zhuǎn)換器。然而，此ldo穩(wěn)壓器會(huì)造成額外的功率損耗以及降低整個(gè)系統(tǒng)的能量效率。因此，為了避免這種不希望的功率損耗，d類放大器的供給電壓優(yōu)選為由電源(例如，電池)供電，而不使用ldo穩(wěn)壓器供電，其中，ldo穩(wěn)壓器重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)d類音頻放大器的電源抑制比(psrr)。因此，對(duì)于音頻應(yīng)用的高性能來(lái)說(shuō)，需要一種具有高電源抑制比(psrr)和高線性度(例如，低的總諧波失真與噪聲(totalharmonicdistortionwithnoise，thd+n))的新穎的d類放大器(class-damplifier，cda)的設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種d類放大器及用于執(zhí)行d類放大的方法，以解決上述問(wèn)題。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，公開(kāi)了一種示例性的d類放大器。該示例性的d類放大器包括：回路濾波器、脈寬調(diào)制(pwm)電路、輸出電路，以及共模控制電路。回路濾波器用于接收所述d類放大器的輸入信號(hào)，以產(chǎn)生濾波信號(hào)。脈寬調(diào)制電路用于將非脈寬調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制信號(hào)，其中，所述非脈寬調(diào)制信號(hào)是至少由所述濾波信號(hào)得到的。輸出電路用于根據(jù)所述脈寬調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生所述d類放大器的輸出信號(hào)。共?？刂齐娐酚糜诒O(jiān)測(cè)所述輸出信號(hào)的共模電平，以產(chǎn)生用于脈寬調(diào)制共?？刂频墓材？刂菩盘?hào)。其中，所述脈寬調(diào)制共?？刂企w現(xiàn)在用于控制所述脈寬調(diào)制信號(hào)的共模電平上。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，公開(kāi)了一種示例性的d類放大器。該示例性的d類放大器包括：回路濾波器、組合電路、輸入前饋電路、脈寬調(diào)制(pwm)電路，以及輸出電路?；芈窞V波器用于接收所述d類放大器的輸入信號(hào)，以產(chǎn)生濾波信號(hào)。組合電路用于至少組合所述濾波信號(hào)和所述輸入信號(hào)，以產(chǎn)生非脈寬調(diào)制信號(hào)，其中，所述組合電路僅由無(wú)源元件構(gòu)成。輸入前饋電路用于將所述輸入信號(hào)饋送給所述組合電路。脈寬調(diào)制電路用于將所述非脈寬調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制信號(hào)。輸出電路用于根據(jù)所述脈寬調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生所述d類放大器的輸出信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，公開(kāi)了一種用于執(zhí)行d類放大的示例性方法，所述執(zhí)行d類放大的方法用于d類放大器。該示例性方法包括以下步驟：對(duì)所述d類放大器的輸入信號(hào)執(zhí)行回路濾波操作，以產(chǎn)生濾波信號(hào)；執(zhí)行脈寬調(diào)制操作，以將非脈寬調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制信號(hào)，其中，所述非脈寬調(diào)制信號(hào)是至少?gòu)乃鰹V波信號(hào)得到的；根據(jù)所述脈寬調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生所述d類放大器的輸出信號(hào)；以及，監(jiān)測(cè)所述輸出信號(hào)的共模電平，以產(chǎn)生用于脈寬調(diào)制共?？刂频墓材？刂菩盘?hào)。其中，所述脈寬調(diào)制共?？刂企w現(xiàn)在用于控制所述脈寬調(diào)制信號(hào)的共模電平上。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，公開(kāi)了一種用于執(zhí)行d類放大的示例性方法。該示例性方法包括以下步驟：對(duì)所述d類放大的輸入信號(hào)執(zhí)行回路濾波操作，以產(chǎn)生濾波信號(hào)；利用組合電路至少組合所述濾波信號(hào)和所述輸入信號(hào)，以產(chǎn)生非脈寬調(diào)制信號(hào)，其中，所述組合電路僅由無(wú)源元件構(gòu)成；執(zhí)行脈寬調(diào)制操作，以將所述非脈寬調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制信號(hào)；以及，根據(jù)所述脈寬調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生所述d類放大器的輸出信號(hào)。

上述技術(shù)方案提供了一種具有脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂频男路f的d類放大器及相關(guān)的方法，采用本發(fā)明，通過(guò)該脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂瓶梢蕴岣唠娫匆种票群途€性度。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀附圖所示優(yōu)選實(shí)施例的下述詳細(xì)描述之后，可以毫無(wú)疑義地理解本發(fā)明的這些目的及其它目的。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的一種不具有所提出的脈寬調(diào)制共?？刂频膁類放大器的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的圖1中的d類放大器的線性模型的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的具有所提出的脈寬調(diào)制共?？刂频膁類放大器的示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的圖3中的d類放大器的線性模型的示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的一種共?？刂齐娐返氖疽鈭D；

圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的一種脈寬調(diào)制電路的示意圖；

圖7a是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的由圖6中的脈寬調(diào)制電路所執(zhí)行的脈寬調(diào)制操作的示意圖；

圖7b示出了圖7a中的兩種示例信號(hào)的dc電平；

圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的一種用于產(chǎn)生回路濾波器的濾波信號(hào)的運(yùn)算放大器的示意圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的一種位于回路濾波器和脈寬調(diào)制電路之間的組合電路的示意圖；

圖10是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的另一脈寬調(diào)制電路的示意圖；

圖11a是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的一種由圖10中的脈寬調(diào)制電路所執(zhí)行的脈寬調(diào)制操作的示意圖；

圖11b示出了圖11a中的兩種示例信號(hào)的dc電平；

圖12是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的具有所提出的脈寬調(diào)制共?？刂频牧硪籨類放大器的示意圖；

圖13是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的一種組合電路的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下描述為本發(fā)明實(shí)施的較佳實(shí)施例，其僅用來(lái)例舉闡釋本發(fā)明的技術(shù)特征，而并非用來(lái)限制本發(fā)明的范疇。在通篇說(shuō)明書及權(quán)利要求書當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱特定的元件，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，制造商可能會(huì)使用不同的名稱來(lái)稱呼同樣的元件。因此，本說(shuō)明書及權(quán)利要求書并不以名稱的差異作為區(qū)別元件的方式，而是以元件在功能上的差異作為區(qū)別的基準(zhǔn)。本發(fā)明中使用的術(shù)語(yǔ)“元件”、“系統(tǒng)”和“裝置”可以是與計(jì)算機(jī)相關(guān)的實(shí)體，其中，該計(jì)算機(jī)可以是硬件、軟件、或硬件和軟件的結(jié)合。在以下描述和權(quán)利要求書當(dāng)中所提及的術(shù)語(yǔ)“包含”和“包括”為開(kāi)放式用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成“包含，但不限定于…”的意思。此外，術(shù)語(yǔ)“耦接”意指間接或直接的電氣連接。因此，若文中描述一個(gè)裝置耦接于另一裝置，則代表該裝置可直接電氣連接于該另一裝置，或者透過(guò)其它裝置或連接手段間接地電氣連接至該另一裝置。

其中，除非另有指示，各附圖的不同附圖中對(duì)應(yīng)的數(shù)字和符號(hào)通常涉及相應(yīng)的部分。所繪制的附圖清楚地說(shuō)明了實(shí)施例的相關(guān)部分且并不一定是按比例繪制。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的一種不具有所提出的脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂频膁類放大器的示意圖。d類放大器100可以是全差分閉環(huán)d類放大器，但應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，這僅用于說(shuō)明目的，而并不是對(duì)本發(fā)明的限制。如圖1所示，d類放大器100包括回路濾波器(loopfilter，lf)102(由“l(fā)f”表示)、脈寬調(diào)制(pwm)電路104、輸出電路106，以及反饋電路108。回路濾波器102用于接收d類放大器100的輸入信號(hào)vi，以產(chǎn)生濾波信號(hào)vlf，其中，輸入信號(hào)vi是由正信號(hào)(positivesignal)vip和負(fù)信號(hào)(negativesignal)vin構(gòu)成的全差分信號(hào)，以及，濾波信號(hào)vlf是由正信號(hào)vlfp和負(fù)信號(hào)vlfn構(gòu)成的全差分信號(hào)。pwm電路104用于將非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm。非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum可以是由濾波信號(hào)vlf直接或間接得到的，換言之，非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum是從濾波信號(hào)vlf衍生出來(lái)的。例如，濾波信號(hào)vlf可以被直接饋送給pwm電路104，以作為所述非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum。再例如，濾波信號(hào)vlf可以在被饋送給pwm電路104之前被處理(例如，與輸入前饋信號(hào)組合，可參見(jiàn)圖12或圖13所示的實(shí)施例)。非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum由正信號(hào)vsump和負(fù)信號(hào)vsumn構(gòu)成，以及，脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm由正信號(hào)vpwmp和負(fù)信號(hào)vpwmn構(gòu)成。輸出電路106用于根據(jù)脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm產(chǎn)生d類放大器100的輸出信號(hào)vout，其中，輸出信號(hào)vout由正信號(hào)vop和負(fù)信號(hào)von構(gòu)成。例如，輸出電路106可以包括非重疊時(shí)鐘發(fā)生器(non-overlappingclockgenerator)和h橋輸出驅(qū)動(dòng)器(h-bridgeoutputdriver)。反饋電路108耦接在輸出電路106的輸出與回路濾波器102的輸入之間，且包括多個(gè)反饋路徑(例如，反饋電阻)109_1和109_2。在實(shí)際的實(shí)現(xiàn)中，反饋路徑109_1和109_2具有增益失配(gainmismatch)δ，從而在差分輸出(vop-von)中導(dǎo)致非期望項(xiàng)(例如，失真和噪聲)。

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的圖1中的d類放大器100的線性模型的示意圖。由于脈寬調(diào)制(pwm)開(kāi)關(guān)頻率遠(yuǎn)高于信號(hào)帶寬，因此，d類放大器100可以被線性建模。電源噪聲(supplynoise)和/或偶次諧波失真(evenharmonicdistortion)可用ec來(lái)表示。差分噪聲(differentialnoise)和/或奇次諧波失真(oddharmonicdistortion)可用ed來(lái)表示。d類放大器100的回路增益可用hd(s)來(lái)表示。差分輸出(vop-von)可以用下面的公式來(lái)表示。

其中，hd(s)＞＞1(1)

電源噪聲和/或偶次諧波失真ec與差分反饋路徑的增益失配δ在差分輸出(vop-von)中體現(xiàn)為δ×ec。差分噪聲和/或奇次諧波失真ed可被回路增益hd(s)抑制。電源抑制比(psrr)只能通過(guò)降低增益失配δ得到改善。例如，為了實(shí)現(xiàn)psrr>100db，需要δ＜0.001％的嚴(yán)格匹配要求。然而，在現(xiàn)實(shí)世界中，難以滿足δ＜0.001％的嚴(yán)格匹配要求。因此，本發(fā)明提出一種將脈寬調(diào)制(pwm)共模(cm)控制應(yīng)用至d類放大器，以抑制d類放大器輸出上的電源噪聲和/或偶次諧波失真δ×ec。

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的一種具有所提出的脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂频膁類放大器的示意圖。d類放大器300可以是全差分閉環(huán)d類放大器，但應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，這僅用于說(shuō)明目的，而并不是對(duì)本發(fā)明的限制。如圖3所示，d類放大器300包括共?？刂齐娐?02和前面提及的回路濾波器102、pwm電路104、輸出電路106以及反饋電路108。換言之，通過(guò)將共?？刂齐娐?02添加至圖1中所示的d類放大器100，可以創(chuàng)建出圖3中所示的d類放大器300。在本實(shí)施例中，共?？刂齐娐?02用于監(jiān)測(cè)(monitor)輸出信號(hào)vout(輸出信號(hào)vout由正信號(hào)vop和負(fù)信號(hào)von構(gòu)成)的共模電平，以產(chǎn)生用于脈寬調(diào)制(pwm)共模(cm)控制的共?？刂菩盘?hào)vcm_ctrl。其中，所述脈寬調(diào)制共?？刂企w現(xiàn)在用于控制所述脈寬調(diào)制信號(hào)的共模電平上。例如，比較輸出信號(hào)vout的共模電平與參考共模電壓vcm，以設(shè)置/產(chǎn)生共?？刂菩盘?hào)vcm_ctrl。

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的圖3中的d類放大器300的線性模型的示意圖。由于脈寬調(diào)制(pwm)開(kāi)關(guān)頻率遠(yuǎn)高于信號(hào)帶寬，因此，d類放大器300可以被線性建模。電源噪聲和/或偶次諧波失真可用ec來(lái)表示。差分噪聲和/或奇次諧波失真可用ed來(lái)表示。d類放大器300的回路增益可用hd(s)來(lái)表示。共模控制電路302所提供的脈寬調(diào)制(pwm)共模控制回路能夠進(jìn)一步地抑制d類放大器輸出上的電源噪聲和/或偶次諧波失真δ×ec。脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂苹芈返幕芈吩鲆婵梢杂胔c(s)來(lái)表示。差分輸出(vop-von)可以用下面的公式來(lái)表示。

其中，hd(s)＞＞1以及hc(s)＞＞1(2)

公式(2)表明電源噪聲和/或偶次諧波失真ec被脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂苹芈返幕芈吩鲆鎕c(s)進(jìn)一步抑制。因此，d類放大器輸出上的電源噪聲和/或偶次諧波失真可以從δ×ec改善為差分反饋路徑的匹配要求可以被引入的脈寬調(diào)制(pwm)共模控制回路放寬。簡(jiǎn)單地說(shuō)，所提出的脈寬調(diào)制(pwm)共模控制回路有助于提高電源抑制比(psrr)以及降低全差分閉環(huán)d類放大器的總諧波失真與噪聲(thd+n)。差分反饋路徑的增益失配δ與參考共模電壓vcm在差分輸出(vop-von)中體現(xiàn)為δ×vcm。在一示范性設(shè)計(jì)中，高電源抑制比(psrr)的帶隙基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生器(bandgapreferencevoltagegenerator)可用來(lái)提供用于設(shè)置/產(chǎn)生參考共模電壓vcm的帶隙基準(zhǔn)電壓，從而減輕或避免d類放大器輸出上的參考共模電壓vcm所造成的噪聲。

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的一種共?？刂齐娐返氖疽鈭D。例如，圖3中所示的共?？刂齐娐?02可以使用圖5中所示的共模控制電路500來(lái)實(shí)現(xiàn)。共模控制電路500包括運(yùn)算放大電路(operationalamplifiercircuit)502和參考共模電壓產(chǎn)生器504。在本實(shí)施例中，運(yùn)算放大電路502可以由1階有源電阻電容(rc)積分器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，所述1階有源rc積分器可以包括運(yùn)算放大器op、電容c1，以及多個(gè)電阻(如兩個(gè))r1。運(yùn)算放大電路502用于檢測(cè)d類放大器輸出的平均值(即，正信號(hào)vop和負(fù)信號(hào)von的共模電壓vocm)，并將所檢測(cè)到的共模電壓vocm與參考共模電壓vcm相比較，以輸出用于脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂频墓材？刂菩盘?hào)vcm_ctrl。在一示例性實(shí)施例中，pwm電路104和輸出電路106均可以直接從電池(未示出)處獲得供給電壓vbat。因此，參考共模電壓vcm可被設(shè)定為以增大輸出擺幅。如圖5所示，參考共模電壓產(chǎn)生器504包括多個(gè)電路，比如分壓器(如由兩個(gè)電阻r2構(gòu)成)、比較器cmp和數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器(digital-to-analogconverter，dac)。所述分壓器由兩個(gè)電阻r2來(lái)實(shí)現(xiàn)，用于對(duì)電池所直接提供的供給電壓vbat進(jìn)行分壓。比較器cmp用于比較所述分壓器的電壓輸出和數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器(dac)的電壓輸出vcm，并產(chǎn)生比較結(jié)果至數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器(dac)的控制電路ctrl。數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器(dac)可以是操作在低頻時(shí)鐘信號(hào)fclk(例如，fclk遠(yuǎn)小于217hz)下的低速率的數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器，以及，數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器(dac)具有高電源抑制比(psrr)的帶隙基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生器bg，用于提供帶隙基準(zhǔn)電壓。數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器(dac)根據(jù)帶隙基準(zhǔn)電壓提供電壓輸出(即，參考共模電壓vcm)。換言之，參考共模電壓vcm是在比較器cmp所產(chǎn)生的比較結(jié)果的控制下由帶隙基準(zhǔn)電壓設(shè)置的。特別地，控制電路ctrl參考比較器cmp所產(chǎn)生的比較結(jié)果，以動(dòng)態(tài)地調(diào)整參考共模電壓vcm。這樣，可以使得

在一實(shí)施例中，所提出的脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂票粚?shí)施，以控制pwm電路104所產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm的共模電平(脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm由正信號(hào)vpwmp和負(fù)信號(hào)vpwmn構(gòu)成)，其中，所產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm被提供給輸出電路106。pwm電路104用于將非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum(非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum由正信號(hào)vsump和負(fù)信號(hào)vsumn構(gòu)成)轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm(脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm由正信號(hào)vpwmp和負(fù)信號(hào)vpwmn構(gòu)成)。圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的一種pwm電路的示意圖。圖3中所示的pwm電路104可以利用圖6中所示的pwm電路600來(lái)實(shí)現(xiàn)。pwm電路600包括比較電路(例如，2個(gè)比較器602和604)和鋸齒波信號(hào)發(fā)生器(或三角波信號(hào)發(fā)生器)606。鋸齒波信號(hào)發(fā)生器606是被設(shè)計(jì)為用于產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)vsaw至比較器602和604中的每一個(gè)的電路。比較器602用于比較非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum的正信號(hào)vsump與鋸齒波信號(hào)vsaw，以產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm的正信號(hào)vpwmp。比較器604用于比較非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum的負(fù)信號(hào)vsumn與鋸齒波信號(hào)vsaw，以產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm的負(fù)信號(hào)vpwmn。圖7a是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的由圖6中的pwm電路600所執(zhí)行的pwm操作的示意圖。以負(fù)信號(hào)vpwmn的產(chǎn)生為例，下面給出兩種示例性的情形。假設(shè)vcm,saw是鋸齒波信號(hào)vsaw的共模電平(即，鋸齒波信號(hào)vsaw的峰-峰值電壓的中間點(diǎn)所處的電平)。在負(fù)信號(hào)vpwmn由固定電壓電平vsumn1設(shè)置的情形中，負(fù)信號(hào)vpwmn1是通過(guò)比較鋸齒波信號(hào)vsaw與固定電壓電平vsumn1產(chǎn)生的。在負(fù)信號(hào)vpwmn由固定電壓電平vsumn2設(shè)置的另一情形中，負(fù)信號(hào)vpwmn2是通過(guò)比較鋸齒波信號(hào)vsaw與固定電壓電平vsumn2產(chǎn)生的。由于固定電壓電平vsumn2小于固定電壓電平vsumn1，因此，負(fù)信號(hào)vpwmn1的占空比大于負(fù)信號(hào)vpwmn2的占空比。從而，分別由低通濾波器(low-passfilter，lpf)濾波后，負(fù)信號(hào)vpwmn1的直流(dc)電平高于負(fù)信號(hào)vpwmn2的直流(directcurrent，dc)電平，如圖7b所示，圖7b示出了圖7a中的兩種示例信號(hào)的共模(dc)電平。從圖7b中可以看出，通過(guò)調(diào)整將被進(jìn)行脈寬調(diào)制的非脈寬調(diào)制信號(hào)的幅度，可以調(diào)整脈寬調(diào)制信號(hào)的共模電平(dc電平)。因此，脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm的共模電平(dc電平)受非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum的共模電平的影響。

非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum(非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum由正信號(hào)vsump和負(fù)信號(hào)vsumn構(gòu)成)是至少由濾波信號(hào)vlf(濾波信號(hào)vlf由正信號(hào)vlfp和負(fù)信號(hào)vlfn構(gòu)成)得到的。換言之，非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum可以由濾波信號(hào)vlf直接或間接地設(shè)置。因此，非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum的共模電平受濾波信號(hào)vlf的共模電平的影響。因此，脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm的共模電平(dc電平)受濾波信號(hào)vlf的共模電平的影響。

在第一示例性的脈寬調(diào)制(pwm)共模控制的設(shè)計(jì)中，所提出的共模控制電路302用于產(chǎn)生共?？刂菩盘?hào)vcm_ctrl至回路濾波器102，以便調(diào)整用于實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂频臑V波信號(hào)vlf的共模電平?；芈窞V波器102可以包括一個(gè)或多個(gè)用于執(zhí)行回路濾波操作的積分器。例如，回路濾波器102可以由三階回路濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，該三階回路濾波器具有一階積分器和被級(jí)聯(lián)到該一階積分器的二階積分器。在一示例性的實(shí)現(xiàn)中，一階積分器可以是一階有源rc積分器，而二階積分器可以是二階濾波器，該二階濾波器采用單放大器雙二階技術(shù)(single-amplifier-biquadtechnique)，以節(jié)省一個(gè)運(yùn)算放大器及其相關(guān)的功率消耗。由于二階積分器在回路濾波器中是級(jí)聯(lián)積分器的最后一個(gè)，因此，二階積分器(特別地，二階積分器的單運(yùn)算放大器)負(fù)責(zé)產(chǎn)生濾波信號(hào)vlf(濾波信號(hào)vlf由正信號(hào)vlfp和負(fù)信號(hào)vlfn構(gòu)成)。二階積分器的單運(yùn)算放大器可以被配置為具有共模反饋(common-modefeedback，cmfb)電路，該共模反饋電路響應(yīng)于共?？刂菩盘?hào)vcm_ctrl，其中，該共?？刂菩盘?hào)vcm_ctrl用于脈寬調(diào)制(pwm)共模控制。

圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的一種用于產(chǎn)生回路濾波器的濾波信號(hào)的運(yùn)算放大器的示意圖。運(yùn)算放大器800可以是前面提及的二階積分器的單運(yùn)算放大器，其中，該二階積分器采用單放大器雙二階技術(shù)。如圖8所示，運(yùn)算放大器800包括第一級(jí)電路、第二級(jí)電路，以及共模反饋(cmfb)電路。第一級(jí)電路從前面的電路接收輸入信號(hào)(如vip2，vin2)(例如，回路濾波器中的一階積分器的輸出信號(hào))。第二級(jí)電路產(chǎn)生并輸出濾波信號(hào)vlf的正信號(hào)vlfp和負(fù)信號(hào)vlfn。第二級(jí)電路所產(chǎn)生的濾波信號(hào)vlf的共模電平被共模反饋(cmfb)電路控制。在本實(shí)施例中，共模反饋(cmfb)電路接收來(lái)自于共模控制電路302的共?？刂菩盘?hào)vcm_ctrl，并根據(jù)共?？刂菩盘?hào)vcm_ctrl自適應(yīng)地調(diào)整濾波信號(hào)vlf的共模電平。

如上所述，非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum(非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum由正信號(hào)vsump和負(fù)信號(hào)vsumn構(gòu)成)是從濾波信號(hào)vlf(濾波信號(hào)vlf由正信號(hào)vlfp和負(fù)信號(hào)vlfn構(gòu)成)衍生出來(lái)的，以及，脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm的共模電平受非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum的共模電平的影響。在第二示例性的脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂频脑O(shè)計(jì)中，所提出的共?？刂齐娐?02被配置為產(chǎn)生共模控制信號(hào)vcm_ctrl至位于回路濾波器102和pwm電路104之間的組合電路，以便調(diào)整用于實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂频姆敲}寬調(diào)制信號(hào)vsum的共模電平。

圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的一種位于回路濾波器和pwm電路之間的組合電路的示意圖。例如，圖3中所示的d類放大器300可具有組合電路900，組合電路900位于回路濾波器102的輸出和pwm電路104的輸入之間。在本實(shí)施例中，組合電路900接收來(lái)自于共?？刂齐娐?02的共?？刂菩盘?hào)vcm_ctrl，以及，組合濾波信號(hào)vlf(濾波信號(hào)vlf由正信號(hào)vlfp和負(fù)信號(hào)vlfn構(gòu)成)和共?？刂菩盘?hào)vcm_ctrl，以產(chǎn)生非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum(非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum由正信號(hào)vsump和負(fù)信號(hào)vsumn構(gòu)成)，從而使得非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum的共模電平受共?？刂菩盘?hào)vcm_ctrl的調(diào)整或改變。例如，在圖9所示的示例中，組合電路900將濾波信號(hào)vlf的正信號(hào)vlfp與共?？刂菩盘?hào)vcm_ctrl相組合(如相減)，以產(chǎn)生非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum的正信號(hào)vsump；以及，組合電路900還將濾波信號(hào)vlf的負(fù)信號(hào)vlfn與共?？刂菩盘?hào)vcm_ctrl相組合(如相減)，以產(chǎn)生非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum的負(fù)信號(hào)vsumn。

如圖6所示，pwm電路600比較非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum的正信號(hào)vsump與鋸齒波信號(hào)vsaw，以產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm的正信號(hào)vpwmp，以及，比較非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum的負(fù)信號(hào)vsumn與鋸齒波信號(hào)vsaw，以產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm的負(fù)信號(hào)vpwmn。在以上示范性設(shè)計(jì)中，脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm的共模電平可以通過(guò)直接或間接地調(diào)整非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum的共模電平而被調(diào)整。由于鋸齒波信號(hào)vsaw也參與了脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm的產(chǎn)生，因此，通過(guò)調(diào)整鋸齒波信號(hào)vsaw的共模電平(即，鋸齒波信號(hào)vsaw的峰-峰電壓的中間點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電平)，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)整脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm的共模電平的相同目的。在第三示例性的pwm共?？刂圃O(shè)計(jì)中，所提出的共?？刂齐娐?02被配置為產(chǎn)生共?？刂菩盘?hào)vcm_ctrl至pwm電路104的鋸齒波信號(hào)發(fā)生器，以便調(diào)整用于實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂频匿忼X波信號(hào)的共模電平(即，鋸齒波信號(hào)的峰-峰電壓的中間點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電平)。

圖10是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的另一pwm電路的示意圖。在圖3中所示的pwm電路104可以使用圖10中所示的pwm電路1000來(lái)實(shí)現(xiàn)。pwm電路600和1000之間的主要區(qū)別在于，pwm電路1000包括鋸齒波信號(hào)發(fā)生器1006，其中，鋸齒波信號(hào)發(fā)生器1006響應(yīng)于共?？刂齐娐?02產(chǎn)生的共模控制信號(hào)vcm_ctrl，以根據(jù)共模控制信號(hào)vcm_ctrl調(diào)整鋸齒波信號(hào)vsaw的共模電平。

圖11a是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的一種由圖10中的pwm電路1000所執(zhí)行的pwm操作的示意圖。以負(fù)信號(hào)vpwmn的產(chǎn)生為例。假設(shè)負(fù)信號(hào)vpwmn由固定電壓電平vsumn2設(shè)置，下面給出兩種示例性的情形。在鋸齒波信號(hào)vsaw的共模電平(例如，鋸齒波信號(hào)vsaw的峰-峰電壓的中間點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電平)由vcm,saw設(shè)置的情形中，通過(guò)比較鋸齒波信號(hào)vsaw與固定電壓電平vsumn2，產(chǎn)生負(fù)信號(hào)vpwmn2。在鋸齒波信號(hào)vsaw的共模電平(例如，鋸齒波信號(hào)vsaw的峰-峰電壓的中間點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電平)由v’cm,saw設(shè)置的另一情形中，通過(guò)比較鋸齒波信號(hào)vsaw與固定電壓電平vsumn2，產(chǎn)生負(fù)信號(hào)vpwmn1。由于共模電平v’cm,saw小于共模電平vcm,saw，因此，負(fù)信號(hào)vpwmn1的占空比大于負(fù)信號(hào)vpwmn2的占空比。從而，分別由低通濾波器(low-passfilter，lpf)濾波后，負(fù)信號(hào)vpwmn1的直流(dc)電平高于負(fù)信號(hào)vpwmn2的直流(dc)電平，如圖11b所示，圖11b示出了圖11a中的兩種示例信號(hào)的共模(dc)電平。從圖11b可以看出，脈寬調(diào)制信號(hào)的共模電平(dc電平)可以通過(guò)調(diào)整用于脈寬調(diào)制的鋸齒波信號(hào)的幅度而被調(diào)整。因此，脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm的共模電平(dc電平)受鋸齒波信號(hào)vsaw的共模電平的影響?；谝陨嫌^察，鋸齒波信號(hào)發(fā)生器1006可以根據(jù)共?？刂菩盘?hào)vcm_ctrl自適應(yīng)地調(diào)整/改變鋸齒波信號(hào)vsaw的共模電平。這樣，pwm電路1000所產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號(hào)vpwm的共模電平(dc電平)被相應(yīng)地調(diào)整。

圖3中所示的具有脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂频膁類放大器300只是為了說(shuō)明的目的，而不意味著是本發(fā)明的限制。例如，d類放大器300可被修改成包括輸入前饋(inputfeed-forward)電路來(lái)降低內(nèi)部擺動(dòng)和信號(hào)依賴性(signal-dependentterms)，以進(jìn)一步提高線性度。更特別地，當(dāng)d類放大器采用所述輸入前饋電路時(shí)，內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的信號(hào)與的輸入信號(hào)沒(méi)有關(guān)聯(lián)，以及回路濾波器的非線性對(duì)d類放大器的影響較小。圖12是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的具有所提出的脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂频牧硪籨類放大器的示意圖。d類放大器1200可以是全差分閉環(huán)d類放大器，包括輸入前饋電路(例如，兩個(gè)輸入前饋路徑1203和1204)、組合電路1202，以及前面提及的共?？刂齐娐?02、回路濾波器102、pwm電路104、輸出電路106和反饋電路108。換言之，通過(guò)將輸入前饋電路(例如，輸入前饋路徑1203和1204)以及組合電路1202添加至圖3中所示的d類放大器300，可以創(chuàng)建圖12中所示的d類放大器1200。在本實(shí)施例中，輸入前饋電路(例如，輸入前饋路徑1203和1204)用于將輸入信號(hào)vi饋送給組合電路1202，以及，組合電路1202用于組合輸入信號(hào)vi和濾波信號(hào)vlf，以產(chǎn)生非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum。

在一示范性的實(shí)施例中，組合電路1202可以僅由無(wú)源元件(passivecomponents)構(gòu)成。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，在一些實(shí)施例中，輸入前饋與無(wú)源電阻性求和(passiveresistivesumming)也可一并由組合電路1202來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖13是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出的一種組合電路的示意圖。在圖12中所示的組合電路1202可使用圖13所示的組合電路1300來(lái)實(shí)現(xiàn)。組合電路1300只有無(wú)源元件，包括電阻r7、r8和可選的電容c7、c8。電阻r7、r8用來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入前饋無(wú)源電阻性求和，即組合輸入信號(hào)vi(輸入信號(hào)vi由正信號(hào)vip和負(fù)信號(hào)vin構(gòu)成)和濾波信號(hào)vlf(濾波信號(hào)vlf由正信號(hào)vlfp和負(fù)信號(hào)vlfn構(gòu)成)，以產(chǎn)生非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum(非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum由正信號(hào)vsump和負(fù)信號(hào)vsumn構(gòu)成)。例如，第一組合子電路1301用于組合輸入信號(hào)vi的正信號(hào)vip與濾波信號(hào)vlf的正信號(hào)vlfp，以產(chǎn)生非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum的正信號(hào)vsump；以及，第二組合子電路1302用于組合輸入信號(hào)vi的負(fù)信號(hào)vin與濾波信號(hào)vlf的負(fù)信號(hào)vlfn，以產(chǎn)生非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum的負(fù)信號(hào)vsumn。由于組合電路1300不需要有源的加法放大器(activesummingamplifier)，因此，可以減少功率損耗和/或放大器感應(yīng)噪聲。可以添加電容c7和c8來(lái)促進(jìn)低通函數(shù)沿信號(hào)路徑濾除高頻噪聲。低通濾波器可被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)為拒絕帶外噪聲，而不影響d類放大器的噪聲傳遞函數(shù)(noisetransferfunction，ntf)。

類似地，前面提及的脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂圃O(shè)計(jì)中的其中一個(gè)可被d類放大器1200采用，以提供共模增益hc(s)來(lái)有效地抑制差分輸出(vop-von)中所體現(xiàn)的δ×ec。當(dāng)采用第一示范性的脈寬調(diào)制(pwm)共模控制的設(shè)計(jì)時(shí)，所提出的共?？刂齐娐?02被配置為產(chǎn)生共模控制信號(hào)vcm_ctrl至回路濾波器102，以便調(diào)整用于實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂频臑V波信號(hào)vlf的共模電平。當(dāng)采用第二示范性的脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂频脑O(shè)計(jì)時(shí)，所提出的共?？刂齐娐?02被配置為產(chǎn)生共模控制信號(hào)vcm_ctrl至位于回路濾波器102和pwm電路104之間的組合電路，以便調(diào)整用于實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂频姆敲}寬調(diào)制信號(hào)vsum的共模電平。例如，組合電路1202可以被配置為組合輸入信號(hào)vi、共?？刂菩盘?hào)vcm_ctrl以及濾波信號(hào)vlf，以產(chǎn)生非脈寬調(diào)制信號(hào)vsum。然而，這僅是為了說(shuō)明的目的，而不意味著是本發(fā)明的限制。當(dāng)采用第三示例性的脈寬調(diào)制(pwm)共模控制的設(shè)計(jì)時(shí)，所提出的共?？刂齐娐?02被配置為產(chǎn)生共?？刂菩盘?hào)vcm_ctrl至pwm電路104的鋸齒波信號(hào)發(fā)生器，以便調(diào)整用于實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂频匿忼X波信號(hào)的共模電平。

在上述實(shí)施例中，所提出的脈寬調(diào)制(pwm)共?？刂茩C(jī)制被應(yīng)用至全差分閉環(huán)d類放大器。然而，這些僅用于說(shuō)明目的，并不意味著是本發(fā)明的限制。使用所提出的脈寬調(diào)制(pwm)共模控制機(jī)制的任意d類放大器設(shè)計(jì)(所述任意d類放大器可監(jiān)測(cè)放大器輸出的共模電平，以產(chǎn)生共?？刂菩盘?hào)至回路濾波器內(nèi)部的共模反饋(cmfb)電路、pwm電路的輸入或pwm電路內(nèi)部的鋸齒波信號(hào)發(fā)生器)均落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。

在不脫離本發(fā)明的精神以及范圍內(nèi)，本發(fā)明可以其它特定格式呈現(xiàn)。所描述的實(shí)施例在所有方面僅用于說(shuō)明的目的而并非用于限制本發(fā)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員皆在不脫離本發(fā)明之精神以及范圍內(nèi)做些許更動(dòng)與潤(rùn)飾。