可編程配置的開關模式音頻放大器的制造方法
【技術領域】
[0001]本文所公開的技術涉及開關模式音頻放大器，尤其涉及可驅動在各種配置中的揚聲器的開關模式放大器。
【背景技術】
[0002]不像通常被設計為在單個揚聲器的配置中操作的家庭音頻設備，商用音頻設備通常被設計為在若干揚聲器的配置中操作，以驅動具有寬范圍阻抗的揚聲器。商用放大器，其可以產生500-20，000瓦的功率，往往被設計成能夠驅動并聯(lián)的多個揚聲器或驅動單個揚聲器(如低音揚聲器)到高聲壓級。因為設計單個的放大器通道來驅動每一個不同類型的負載到相同的功率級是不符合成本效益的，因此許多商用放大器都設計為在不同的模式下進行操作。這些模式可以包括使用一個通道來驅動一個或多個揚聲器，結合并聯(lián)的兩個或多個放大器通道的輸出端來驅動一個或多個揚聲器或連接兩個或多個通道以驅動橋接負載的揚聲器或一種如并聯(lián)橋接負載的組合。
[0003]為了減少在放大器中的功率損耗，許多商用音頻放大器采用開關放大器拓撲結構，如D類設計。當任何放大器通道被并聯(lián)連接時，就很難確保每個通道對輸送到負載的電流的同等貢獻。為了防止這種情況，多通道放大器設計通常采用特殊的電流監(jiān)控反饋電路，其操作以確保由每個通道輸送的電流是相同的。這種反饋電路不僅增加了放大器設計的成本，而且如果放大器中的每個反饋電路不能正常工作，則其會成為錯誤的潛在來源。
[0004]商用音頻放大器的用戶所面對的另一個問題是獲知將他們的揚聲器連接至放大器的最好方式。許多用戶會希望驅動具有不同阻抗的揚聲器的各種組合。用戶通常需要查看羅列了放大器通道的電流和電壓容量、各種揚聲器的負載阻抗以及其它因素的表格或圖表，以確定驅動他們的揚聲器負載的最佳方式。用戶需要使用這個信息以選擇揚聲器配置，然后確定如何配置放大器并將他們的揚聲器連接到具有所選配置的放大器。
[0005]鑒于這些問題，需要一種制造便宜的多通道放大器設計，可以處理放大級驅動并聯(lián)負載的電流分配問題，并且可以幫助用戶確定如何最好地將其揚聲器連接至放大器。
[0006]概述
[0007]如將在下面進一步詳細討論的，所公開的技術涉及一種多通道開關模式功率放大器，其中每個通道可以驅動單獨的揚聲器負載，可以與一個或多個其它通道組合以驅動并聯(lián)的負載，或者可以被配置為橋接負載配置或這些配置的組合。每個通道包括誤差放大器、調制器和功率放大級。若干信號開關被設置在每個通道內，以用于選擇性地連接或斷開調制器的輸出與在通道內的功率放大級的連接。還提供信號開關以將功率放大級的輸出端捆綁并聯(lián)在一起。當并聯(lián)操作時，該信號開關由一個或多個可編程的處理器配置以將來自主通道的調制器的輸出端連接到一個或多個從通道的功率放大級，以及斷開在從通道中的調制器的連接。單個反饋控制電路被用來控制用于主通道的調制器的輸出并且從通道的單獨的反饋控制是不需要的。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可編程的處理器被配置為從用戶處接收關于用放大器驅動的揚聲器負載的類型和數(shù)量的輸入。該處理器訪問數(shù)據(jù)庫，其可以存儲被驅動的多種類型的揚聲器的規(guī)格。如果該數(shù)據(jù)庫沒有包括被驅動的特定類型的揚聲器的規(guī)格，則處理器提示用戶輸入規(guī)格信息。然后該處理器確定最佳的驅動用戶的揚聲器的放大器通道的配置。該處理器打開或閉合在放大器中的一個或多個信號開關以獲得所確定的配置，并向用戶提供關于如何將他們的揚聲器連接至放大器的指令。
【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)所公開的技術的實施方式的可編程配置的開關模式功率放大器的框圖；
[0010]圖2示出了根據(jù)公開的技術的實施方式的由可編程的處理器可選擇地打開或閉合的放大器通道內和放大器通道之間的若干信號開關；
[0011]圖3示出了根據(jù)公開的技術的實施方式的如何控制在放大器通道之間的電流分配；
[0012]圖4A-4I示出了根據(jù)公開的技術的實施方式的可以由可編程的處理器選擇的若干個不同的放大器配置；以及
[0013]圖5A-5B示出了根據(jù)公開的技術的實施方式的由可編程的處理器執(zhí)行的用于配置放大器以驅動所需的揚聲器負載的步驟的流程圖。
具體實施例
[0014]如將在下面進一步詳細討論的，本文所公開的技術涉及放大器并且尤其是開關模式音頻放大器，其可以以若干方式被配置以驅動不同的揚聲器負載。
[0015]圖1是根據(jù)本公開的技術的實施方式構造的開關模式的多通道放大器的方框圖。在示出的實施方式中，可配置的多通道放大器50接收音頻輸入信號并在多個不同的輸出通道1-4上產生放大的音頻信號。輸出通道，如U所示，驅動了若干揚聲器不同負載5?1，5匕等。在一種配置中，每個輸出通道驅動單獨的揚聲器負載。在另一配置中，兩個或多個輸出通道被耦接在一起驅動并聯(lián)的揚聲器負載。在第三種配置中，兩個或多個輸出通道被連接驅動以橋接模式配置的揚聲器負載。當然，其它組合也是可能的，例如并聯(lián)橋接模式，其中成對的并聯(lián)連接的輸出通道驅動以橋接配置的揚聲器負載。
[0016]可編程的處理器52如微處理器、FPGA、ASIC或其它控制電路被配置為通過輸入端54從用戶選擇中接收信息。該輸入端54可以是在放大器上的若干按鍵或按鈕，用戶通過其提供關于他們想要驅動的揚聲器負載的信息。可替代地，輸入端54可以是被配置成通過使用直接有線或無線連接接收信號的端口或從可商購的有線或無線網(wǎng)絡接收信號的端口。遠程控制55可以是專用裝置，類似于手持電視遠程控制或在通用裝置如智能電話、平板電腦或其它方便的平臺上操作的應用程序。在又一個實施方式中，輸入端54是一端口，并且相關聯(lián)的通信電子產品被配置為通過計算機通信鏈路如因特網(wǎng)從遠程計算裝置(未示出)上接收信息。
[0017]如上所述，可編程的處理器52被配置為從用戶處接收關于他們想要驅動的揚聲器的數(shù)量和類型的信息?？删幊痰奶幚砥髟L問數(shù)據(jù)庫56，其存儲若干通用揚聲器品牌和型號的規(guī)格。這些規(guī)格包括至少是特定品牌/型號的阻抗以及其最大額定功率。如果數(shù)據(jù)庫不包括會被驅動的揚聲器的特定品牌/型號的規(guī)格，則可編程的處理器在顯示器58上生成提示，要求用戶提供所請求的信息。此外，可編程的處理器54接收或提示用戶，指示多個揚聲器是否是并聯(lián)驅動或是以一種會改變揚聲器負載的有效阻抗的方式被驅動。
[0018]從所提供的信息中，可編程的處理器52確定放大器應如何被配置以驅動所需的揚聲器的數(shù)量和類型。一些通道可以被配置以驅動單獨的揚聲器負載?？商娲?，兩個或多個通道可以被連接驅動并聯(lián)的揚聲器負載或兩個通道可以被連接以驅動橋接負載配置的揚聲器負載或其它組合(如并聯(lián)的橋接負載)。
[0019]在一實施方式中，可編程的處理器52提供“連接向導”，其在顯示器58上使用指令提示用戶以輸入關于他們想要驅動的揚聲器的數(shù)量以及它們的品牌/型號和阻抗的信息或以其它方式提供該信息。該連接向導程序然后確定放大器50驅動揚聲器的適當?shù)呐渲貌⒃O置在放大器內的一個或多個開關的位置以將放大器配置為所確定的配置。
[0020]在一實施方式中，顯示器58被設置在放大器的底架上。而顯示也可以通過經由有線或無線通信鏈路發(fā)送指令到遠程裝置(控制器、計算機、智能手機等)而被實現(xiàn)。
[0021]圖2是根據(jù)公開的技術的實施方式的多通道可編程的放大器50的方框圖。在所示實施方式中，有四個放大器通道被標記為通道72，74，76和78。雖然在公開的實施方式中示出四個通道，應當理解的是，若需要的話，可編程的放大器50可以具有較大數(shù)量(例如8)或較少數(shù)量(例如，2)的通道。在示出的實施方式中，每個通道包括相同的主要部件，因此僅有一個通道需要被描述。
[0022]每個通道，如通道72，包括誤差放大器72a、調制器72b、功率放大級72c的和濾波電路72d。該誤差放大器72a具有一個用于接收輸入信號以被放大的輸入端，以及通過反饋回路72e接收放大器通道的輸出信號的樣本的另一輸入端。誤差放大器72a的輸出被施加到調制器72b的輸入端。在一實施方式中，調制器72b是脈沖寬度調制器。調制器72b的輸出被提供到功率放大級72c的輸入端。功率放大級72c的輸出被饋送到電感/電容器(LC)濾波電路72d，轉而又被連接到揚聲器端(未示出)。反饋回路72e耦接放大器通道的輸出的樣本返回到誤差放大器72a的輸入端以控制施加到調制器72b的輸入端的信號。
[0023]如在實施方式中所不，若干個信號開關S1-S3選擇性地與功率放大級的輸入端連接在一起。開關S』#放大級72c的輸入端連接至功率放大級74c的輸入端。開關S 2將功率放大級74c的輸入端連接至功率放大級64c的輸入端，以及開關&將放大級76c的輸入端連接至功率放大級78c的輸入端。
[0024]如將要理解的，通過閉合開關S1，在通道72中的調制器72b的輸出被供給到功率放大級72c和74c的兩個輸入端。通過閉合開關SJP S 2，調制器72b的輸出被供給到功率放大級72c，74c和76c的輸入端。
[0025]若干信號開關S4-S6被提供以選擇性地從相同通道的功率放大級的輸入端連接或斷開通道中的調制器的輸出端。例如開關&在調制器74b的輸出端和功率放大級74c的輸入端之間被連接。開關35在調制器76b的輸出端和功率放大級76c的輸入端之間被連接。開關36在調制器78b的輸出端和功率放大級78c的輸入端之間被連接。
[0026]在示出的實施方式中，在調制器72b的輸出端和功率放大級72c的輸入端之間沒有開關。因此，當并聯(lián)操作時，通道72總是作為主通道操作(即供給信號來驅動功率放大級)。然而，如果需要可以提供開關，以使其它通道可以作為主通道操作。
[0027]信號開關O1-O3選擇性地將功率放大級的輸出端連接在一起。特別是開關O i將功率放大級72c的輸出端連接到放大級74c的輸出端。開關O2將功率放大級74c的輸出端連接到放大級76c的輸出端。開關O3將功率放大級76c的輸出端連接到放大級78c的輸出端。
[0028]在一實施方式中，信號開關S1-S6是數(shù)字控制的CMOS開關，其由可編程的處理器來控制。輸出端信號開關(^-(^是繼電器(機械或電子的)，具有足夠的載流能力來處理由每個功率放大級產生的電流。
[0029]如本領域普通技術人員將理解的，多通道放大器電路還包括反相電路或可編程的軟件(其可以是在DSP 57中完成的)，其將施加到不同通道以驅動具有橋接負載配置的揚聲