功率放大裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開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控制電路；一功率放大級，該功率放大級內(nèi)設有一音頻功率輸出級以及一動態(tài)電源電壓切換開關，該音頻功率輸出級與前置放大級電性連接，該動態(tài)電源電壓切換開關的其中一個輸入端連接一較小的固定電源電壓；一電源供應電路，連接動態(tài)電源電壓切換開關的另一個輸入端，用以在當前置放大級增強低音音頻信號時，對該功率放大級提供一大于該固定電源電壓的動態(tài)電源電壓；藉此，本實用新型即可實現(xiàn)重低音強化效果并縮小電路尺寸，同時保持輸出的余量與動態(tài)范圍，進而達到大幅提高產(chǎn)品實用性與可靠度的功效。
【專利說明】
功率放大裝置
技術(shù)領域
[0001]本實用新型涉及一種功率放大器，尤指一種具有低音增強及動態(tài)電源控制(boomer and dynamic power range control)功能的音頻功率放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]在音頻功率放大器(Aud1 Power Amplifier)技術(shù)領域，迄今已發(fā)展出多種電路拓撲架構(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)動與輸出級12，用以驅(qū)動并控制該驅(qū)動與輸出級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，SP可還原并得到該放大后的音頻信號并由一揚聲器2輸出。
[0003]現(xiàn)有的音頻功率放大器，雖可實現(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具備重低音強化功能的音頻放大器;其次，伴隨著前述低音強化的音頻放大器而來的問題為:當?shù)鸵粢纛l的位準被動態(tài)地提高，以致于超出功率輸出級的供電電壓時，將導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，嚴重影響聆聽體驗。所以，如何使音頻功率放大器在加強低音位準時，可同時動態(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態(tài)范圍(dynamic range)，即成為一極具迫切性與實用性的技術(shù)課題。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]有鑒于現(xiàn)有的音頻功率放大器難以同時兼顧小型化與加強重低音效果的設計目標，因此本實用新型的目的在于發(fā)展一種可讓整體電路保持集成化且可同時實現(xiàn)低音增強效果的功率放大裝置。
[0005]本實用新型的另一目的在于發(fā)展一種強化低音時可同時實現(xiàn)動態(tài)電源控制(dynamic power range control)功能的功率放大裝置。
[0006]為了達到以上目的，本實用新型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控制電路，該低音加強控制電路設有一第一回授電阻以及一與該第一回授電阻并聯(lián)的主動式電容倍增電路;一功率放大級，該功率放大級內(nèi)設有一音頻功率輸出級以及一動態(tài)電源電壓切換開關，該音頻功率輸出級與前置放大級電性連接，該動態(tài)電源電壓切換開關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;一電源供應電路，該電源供應電路內(nèi)設有振幅與相位偵測電路、驅(qū)動電路以及電源功率輸出級，該驅(qū)動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態(tài)電源電壓切換開關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態(tài)電源電壓。
[0007]在本實用新型的一實施例中，該前置放大器為全差動放大器。
[0008]在本實用新型的一實施例中，該低音加強控制電路設有一與該主動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。
[0009]在本實用新型的一實施例中，功率放大裝置進一步包含有一驅(qū)動輸出級，該驅(qū)動輸出級設置于前置放大級與功率放大級之間，且該驅(qū)動輸出級分別與前置放大級和功率放大級相連接。
[0010]在本實用新型的一實施例中，該驅(qū)動輸出級內(nèi)設有一停滯時間控制電路以及一與該停滯時間控制電路電性連接的電壓位準移位電路，該停滯時間控制電路和電壓位準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。
[0011]通過上述結(jié)構(gòu)，本實用新型即可實現(xiàn)重低音強化效果并縮小電路尺寸，同時保持輸出的余量與動態(tài)范圍，進而達到大幅提高產(chǎn)品實用性與可靠度。
【附圖說明】
[0012]圖1為現(xiàn)有的D類放大器的架構(gòu)方塊示意圖；
[0013]圖2為本實用新型的架構(gòu)方塊示意圖；
[0014]圖3為本實用新型中的前置放大級的一種較具體實施例的示意圖；
[0015]圖4為本實用新型的動作示意圖。
[0016]附圖標記說明:11-比較電路；111-音頻信號；112-三角波信號；12-驅(qū)動與輸出級；13-低通濾波器;2-揚聲器;3-前置放大級；31-前置放大器;32-低音加強控制電路;321-主動式電容倍增電路;4-功率放大級;41-音頻功率輸出級;42-動態(tài)電源電壓切換開關;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)動輸出級;51-停滯時間控制電路;52-電壓位準移位電路;6-電源供應電路;61-振幅與相位偵測電路;62-驅(qū)動電路;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-揚聲器;Rh-第一回授電阻;Rf2-第二回授電阻;R1N-輸入電阻。
【具體實施方式】
[0017]以下實施例具體可應用于A類、B類、AB類、D類等各種現(xiàn)有的功率放大器，本實用新型對此并不加以限定。
[0018]如圖2所示，本實用新型提供了一種功率放大裝置，其包含:
[0019]—前置放大級3，該前置放大級3內(nèi)設有一前置放大器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控制電路32的一種較具體的實施例，在該實施例中，該前置放大器31優(yōu)選地采用具有雙輸出端的全差動放大器(fully differential amplifier)，此種放大器具有較佳的抗噪聲干擾效能，適用于對音質(zhì)有較高要求的應用場合，也因為此處采用了全差動放大器，所以該低音加強控制電路32的數(shù)量為2個，更具體地，該低音加強控制電路32設有一第一回授電阻Rfl以及一與該第一回授電阻Rh并聯(lián)的主動式電容倍增電路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?shù)卦O置第一回授電阻Rh與前置放大器31的輸入電阻R1n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，從而實現(xiàn)低音強化(bass boost)的目的，此外，該低音加強控制電路32也可進一步設有一與該主動式電容倍增電路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Rh，如此也可達到相同的低音強化效果，另外，在其他可行的實施例中，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(single ended output)的差動放大器，此時只需要用到一個低音加強控制電路32即可；
[0020]值得注意的是，在為該前置放大器31選擇回授電容時，為了使前置放大器31具有較佳的低頻響應特性，以實現(xiàn)真正的重低音強化效果(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IC芯片中，只能以離散元件的形式來設置，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，本實用新型采用主動式電容倍增電路321作為該前置放大器31的回授電容，該主動式電容倍增電路321實際上即為一種含有主動元件(如放大器或晶體管)的主動式電容倍增器(active capacitance multiplier)，其在電路中配置一較小的電容，同時調(diào)整、控制電路中不同電阻的比值，從而可將整個電路等效成一較大的電容，該主動式電容倍增電路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，本實用新型在該主動式電容倍增電路321中只需采用實際值僅達pF等級的電容，即可等效出nF等級電容的效果，從而使本實用新型可將主動式電容倍增電路321與前置放大器31整合、集成在同一個IC芯片中，以大幅縮小電路的體積，進而使本實用新型可同時達到低音強化及縮小電路尺寸的功效；
[0021 ] 一功率放大級4，該功率放大級4內(nèi)設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聲器7進行音頻輸出，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)還可設有一動態(tài)電源電壓切換開關42，該動態(tài)電源電壓切換開關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；
[0022]前述在前置放大級3后面直接連接功率放大級4的設置方式可適用于A類、B類、AB類等線性功率放大器，然而，本實用新型也可進一步包含有一驅(qū)動輸出級5，該驅(qū)動輸出級5設置在前置放大級3與功率放大級4之間，且該驅(qū)動輸出級5分別與前置放大級3及功率放大級4相連接，該驅(qū)動輸出級5內(nèi)設有一停滯時間控制(dead time control)電路51以及一與該停滯時間控制電路51電性連接的電壓位準移位(level shift)電路52，該停滯時間控制電路51及電壓位準移位電路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，又該動態(tài)電源電壓切換開關42中的電源電壓輸出端423也與該電壓位準移位電路52相連接，用以傳送該電壓位準移位電路52所需的電源電壓，其中，該停滯時間控制電路51用以避免音頻功率輸出級41內(nèi)的高側(cè)(high side)及低側(cè)(low side)的功率晶體同時導通造成電源短路，從而該電壓位準移位電路52用以提升音頻信號的電壓位準，以順利地驅(qū)動高側(cè)的功率晶體，藉此，本實用新型也可適用于D類放大器這種開關切換型的功率放大器，進一步的，若再配置一用來切換該驅(qū)動輸出級5的使能(enabled)狀態(tài)的控制電路，則本實用新型可進一步應用于混合了線性功率放大器及開關切換型功率放大器的功率放大器電路架構(gòu)中，進而可大幅提高本實用新型的應用范圍與泛用性；
[0023]—電源供應電路6，該電源供應電路6具體為一種自適應升壓型電源轉(zhuǎn)換器(adaptive boost power converter)，用以在當前置放大級3增強低音音頻信號時，對該功率放大級4提供一大于該固定電源電壓的動態(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態(tài)范圍，在本實施例中，該電源供應電路6內(nèi)設有振幅與相位偵測電路61、驅(qū)動電路62以及電源功率輸出級63，其中，該驅(qū)動電路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(Error Amplifier)以及必要的回授補償電路構(gòu)成，該回授補償電路一般由電容、電阻等元件組成，用以調(diào)控該誤差放大器的帶寬(Bandwidth)、瞬時響應(transient response)與穩(wěn)定性等特性，以使誤差放大器可在對負載變化的反應速度和系統(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也與動態(tài)電源電壓切換開關42的第二電源電壓輸入端422電性連接；
[0024]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)生一對應的參考電壓(Reference Voltage，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響應特性，該誤差放大器帶寬控制電路65的輸出端653會根據(jù)輸入端的信號產(chǎn)生一對應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)生該動態(tài)電源電壓并傳送給動態(tài)電源電壓切換開關42;
[0025]下面說明本實用新型的工作原理與有益效果:如圖3與圖4所示，當音頻信號屬于中音或高音范圍時，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，故此時動態(tài)電源電壓切換開關42會切換其開關狀態(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與電壓位準移位電路52供電；當音頻信號屬于低音或重低音范圍時，該低音加強控制電路32可使前置放大級3產(chǎn)生較大的增益，此時該電源供應電路6中的振幅與相位偵測電路61會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態(tài)電源電壓，此時，該動態(tài)電源電壓切換開關42可再切換其開關狀態(tài)，使與第二電源電壓輸入端422相連的動態(tài)電源電壓對音頻功率輸出級41與電壓位準移位電路52供電，如此一來，當前置放大級3加強了低音的音頻信號而提高其位準時，該電源供應電路6即可同步且動態(tài)地將音頻功率輸出級41的電源電壓提升到較高的位準，從而令此時的電源位準可保持大于低音的音頻信號位準，避免音頻輸出信號被截波所導致的飽和失真，從而實現(xiàn)動態(tài)電源控制功能，進而使本實用新型可達到大幅提升產(chǎn)品性能與可靠度的功效。
【主權(quán)項】
1.一種功率放大裝置，其特征在于，包含: 一前置放大級，該前置放大級內(nèi)設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控制電路，該低音加強控制電路設有一第一回授電阻以及一與該第一回授電阻并聯(lián)的主動式電容倍增電路； 一功率放大級，該功率放大級內(nèi)設有一音頻功率輸出級以及一動態(tài)電源電壓切換開關，該音頻功率輸出級與前置放大級電性連接，該動態(tài)電源電壓切換開關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； 一電源供應電路，該電源供應電路內(nèi)設有振幅與相位偵測電路、驅(qū)動電路以及電源功率輸出級，該驅(qū)動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態(tài)電源電壓切換開關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態(tài)電源電壓。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大裝置，其特征在于，該前置放大器為全差動放大器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大裝置，其特征在于，該低音加強控制電路設有一與該主動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。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的功率放大裝置，其特征在于，進一步包含有一驅(qū)動輸出級，該驅(qū)動輸出級設置于前置放大級與功率放大級之間，且該驅(qū)動輸出級分別與前置放大級和功率放大級相連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率放大裝置，其特征在于，該驅(qū)動輸出級內(nèi)設有一停滯時間控制電路以及一與該停滯時間控制電路電性連接的電壓位準移位電路，該停滯時間控制電路和電壓位準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頻功率輸出級電性連接。
【文檔編號】H03F3/20GK205490435SQ201620011488
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月6日
【發(fā)明人】林源聰, 吳國宏, 陳文彥
【申請人】昱盛電子股份有限公司, 林源聰, 吳國宏, 陳文彥