CN100461623C

CN100461623C - 双路取样环路负反馈方法及双路取样负反馈放大器

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Publication number: CN100461623C
Application number: CNB2004100512468A
Authority: CN
Inventors: 周宗善
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: EP1788700B1; EP1788700B8; RU2007111878A; ATE487273T1; WO2006021142A1; US20070296502A1; EP1788700A4; CN1741371A; US7403068B2; EP1788700A1; DE602005024577D1

Abstract

本发明公开了一种双路取样环路负反馈方法，包括如下步骤：从放大器输出端取得低频反馈信号；从放大器的高频低相移部分取得高频反馈信号；其中两路取样信号放大相位相同；合成两路取样信号形成一个高、低频相移都较低的信号，并将该信号用于环路负反馈。本发明还公开了一种双路取样负反馈放大器，包括电压放大电路、输出缓冲电路、高速缓冲电路、电容、电感串联式双路取样合成电路以及反馈网络。本发明所述的方法有快速的频率变化特性，使放大器输出级只需较窄的带宽就可得到较的反馈深度，从而使深度环路负反馈的实现难度大为降低。

Description

双路取样环路负反馈方法及双路取样负反馈放大器

技术领域

本发明涉及一种放大器，尤指一种双路取样环路负反馈方法以及双路取样负反馈放大器。

背景技术

环路负反馈是提高线性放大器性能的重要方法。在负反馈放大器中，环路负反馈深度越大，放大器的失真越小。然而，提高反馈深度会受到放大器的稳定性的限制，即放大信号频率越高，可得到的环路负反馈深度越小，特别是在功率放大器中，由于必须使用频率特性差的大功率器件，为提供足够的增益而采用较多的缓冲放大级数以及为应付输出端负载的复杂变化。这样，频率较高的信号可得到的负反馈深度就更小，如音频功率放大器在20KHz时的反馈深度通常只有10倍(20db)，所以环路负反馈降低放大器失真的能力有限。

综上所述，为了提高功率放大器的反馈深度，必须解决在深度环路负反馈下放大器的稳定性问题。环路反馈不稳定的产生原因是：反馈环路在某一频率上的相移达到负180度而满足正反馈条件，同时该频率上的环路增益大于1，这样就会因为满足自激振荡的条件而产生振荡。

有鉴于此，提供一种双路取样环路负反馈方法及双路取样负反馈放大器以克服现有技术的缺点十分必要。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种双路取样环路负反馈方法，有助于提高反馈深度。

本发明的另一目的在于提供一种稳定性好、失真小的双路取样负反馈放大器。

为了达到上述目的，本发明提供了一种双路取样环路负反馈方法，包括如下步骤：从放大器输出端取得低频反馈信号；从放大器的高频低相移部分取得高频反馈信号；所述两路取样信号的放大相位相同；采用电容、电感串联式双路取样合成电路合成两路取样信号形成一个高、低频相移都较低的信号，并将该信号用于环路负反馈。在本发明中，所述电容、电感串联式双路取样合成电路可在电感上并联阻尼电阻，或者在电容上串联阻尼电阻，或者同时在电感上并联阻尼电阻并在电容上串联阻尼电阻。

本发明一种双路取样负反馈放大器，包括：电压放大电路，输出电压信号并送入高速缓冲和输出缓冲；输出缓冲电路，单位电压增益，提供放大输出和双路取样合成的低频反馈取样信号；高速缓冲电路，单位电压增益，输出到双路取样合成高频反馈取样输入；电容、电感串联式双路取样合成电路，将高频、低频反馈取样信号合成为一路复合反馈信号；以及反馈网络，复合反馈信号通过反馈网络输入电压放大级的反相输入端。

其中，所述电容、电感串联式双路取样合成电路可在电感上并联阻尼电阻，或者在电容上串联阻尼电阻，或者同时在电感上并联阻尼电阻并在电容上串联阻尼电阻。

在一个实施例中，所述双路取样负反馈放大器在高频取样通道上加入了高通滤波电路，该电路用于滤除高频取样通道中的放大信号频段的信号。在另一个实施例中，所述双路取样负反馈放大器在输出缓冲电路前增加了一个电压增益级。在第三实施例中，所述双路取样负反馈放大器在低频取样前增加了低通滤波电路，用于滤除低频取样通道中的高频信号。

采用本发明后，首先，由于将输出缓冲及其后的极点排除在高频反馈环路之外，使对反馈深度影响较大的大功率输出缓冲级和多变的负载不影响高频稳定性，只影响低频稳定性，所以提高了高频率信号的反馈深度，即能够得到稳定的深度负反馈。其次，由于电容、电感串联式取样合成电路有快速的频率变化特性，使放大器输出缓冲级只需较窄的带宽就可得到较的反馈深度，深度环路负反馈的实现难度大为降低。

为使本发明更加容易理解，下面将结合附图进一步阐述本发明电容、电感串联式双路取样合成电路及双路取样负反馈放大器的具体实施例。

附图说明

图1为本发明双路取样负反馈放大器的电路第一实施例的原理框图；

图2为本发明电容、电感串联式双路取样合成电路第一实施例的基本电路图；

图3为本发明电容、电感串联式双路取样合成电路第二实施例的基本电路图；

图4为本发明电容、电感串联式双路取样合成电路第三实施例的基本电路图；

图5为本发明电容、电感串联式双路取样合成电路第四实施例的基本电路图；

图6为本发明双路取样负反馈放大器的电路第二实施例的原理框图；

图7为本发明双路取样负反馈放大器的电路第三实施例的原理框图；

图8为本发明双路取样负反馈放大器的电路第四实施例的原理框图；

图9为本发明双路取样负反馈放大器的电路第五实施例的原理框图；

图10为本发明双路取样负反馈放大器的电路第一实施例的实际电路图。

具体实施方式

本发明为一种双路取样环路负反馈方法，包括如下步骤：(1)从放大器输出端取得低频反馈信号；(2)从放大器的高频低相移部分取得高频反馈信号；(3)采用电容、电感串联式双路取样合成电路合成两路取样信号形成一个高、低频相移都较低的信号，并将该信号用于环路负反馈。其中，所述两路取样信号放大相位相同，所述电容、电感串联式双路取样合成电路可在电感上并联阻尼电阻，或者在电容上串联阻尼电阻，或者同时在电感上并联阻尼电阻并在电容上串联阻尼电阻。在本发明中，放大信号频段在低频反馈信号频段中，该方法使输出级及负载只影响负反馈环路的低频稳定性，而对高频稳定性没有影响，因而有助于提高反馈深度。

在双路取样环路负反馈电路中，由于反馈信号不是全部取自放大输出端，不能完全代表输出信号，所以反馈的实际效果要打折扣。因而这种电路的设计应使在放大信号频段合成反馈信号中取自放大输出端信号的比例高，以使得实际反馈信号尽量与输出信号相象，反馈深度越大，其比例应越高。为此，可以采用以下两种方法：

方法一，提高双路取样的分频频率，使放大输出端、即低频取样带宽加大，该方法增加了对输出级的带宽要求。

方法二，采用具有快速频率转换特性的双路取样合成方法，这种方法可以采用较低的分频点，对输出级的带宽要求低，稳定性好。

下面结合附图进一步阐述本发明的几个具体实施例。

实施例一

图1为本发明双路取样负反馈放大器的电路第一实施例的框图。其中各标号的含义及用途如下：

11：电压放大电路，输出电压信号并送入高速缓冲和输出缓冲；在一个实施例中，为差分输入电压放大级。

12：输出缓冲电路，单位电压增益，提供放大输出和双路取样合成的低频反馈取样信号。

13：高速缓冲电路，单位电压增益，输出到双路取样合成高频反馈取样输入。

14：双路取样合成电路，将高频、低频反馈取样信号合成为一路复合反馈信号。

15：反馈网络，复合反馈信号通过反馈网络输入电压放大级的反相输入端。

首先，电压放大电路11的输出被送到输出缓冲电路12和高速缓冲电路13。其中，输出缓冲电路12提供放大输出和双路取样合成的低频反馈取样信号，而高速缓冲电路13提供双路取样合成的高频反馈取样信号，双路取样合成电路14将二路取样信号合成为一路信号，该信号由反馈网络15送入电压放大电路11的反相输入端而形成环路反馈。

在本发明中，电容、电感串联式双路取样合成电路是核心，图2是本发明一个实施例的电容、电感串联式双路取样合成电路的基本电路。该电路由电容C1和电感L1串联而成，电容C1的一端B是高频取样输入点，电感L1的一端A是低频取样输入点，电容C1、电感L1的相连处D点是合成信号输出点。图2所述的A、B、D点和图1中的A、B、D点为对应关系。其中，

V_A：低频取样输入信号，图1A点信号

V_B：高频取样输入信号，图1B点信号

V_D：合成输出反馈信号，图1D点信号

为进一步阐述本发明，下面分析合成输出反馈信号V_D中，来自V_A与来自V_B信号的比例R_AB随频率的变化关系。假设Z_C、Z_L分别为C1、L1的阻抗，则：

由V_A产生的V_D电压分量V_DA：

V_{DA} = \frac{Z_{C}}{Z_{C} + Z_{L}} V_{A}

由V_B产生的V_D电压分量V_DB：

V_{DB} = \frac{Z_{L}}{Z_{C} + Z_{L}} V_{B}

V_DA与V_DB比值R_AB：

R_{AB} = \frac{1}{C 1 * L 1 * ω^{2}} \frac{V_{A}}{V_{B}}

由上式可以看出，R_AB反映了合成反馈信号中低频通道取样量与高频通道取样量的比例与频率的变化关系，由于其比例的改变与频率改变的平方成比例，所以本发明所述的方法有快速的频率变化特性，这有利于用窄的低频取样带宽取得大的反馈深度，这点是本发明取样合成电路的一个重要特性。

若定义R_AB等于1时的频率为双路取样反馈系统的分频点Fs，则有：

Fs = \frac{1}{2 π} \sqrt{\frac{1}{C 1 * L 1} \frac{V_{A}}{V_{B}}}

在图2的电路中，由于电感L1、电容C1是动态元件，D点合成反馈信号的频率特性在取样的高、低频过渡区间会产生波动现象，容易引起不稳定，为减小这种波动，可在电感L1上并联阻尼电阻，在电容C1上串联阻尼电阻。而在实际应用电路中，由于电容C1上串联的阻尼电阻很小，所以一般缓冲器的内阻就可以作为该电阻。图3中的电路增加了和电感L1并联阻尼的电阻R1。图4电路增加了和电容C1串联的阻尼电阻R2。图5电路则增加了和电感L1并联的阻尼电阻R1以及和电容C1串联的阻尼电阻R2。

参考图2-5，在放大信号频段，由于电感L1的阻抗很小，V_A、V_B和V_D的电压基本相同，所以电容C1上放大信号频段的电流很小，即相当于电容C1在放大信号频段有高阻抗，在放大信号之外的高频段，也只有很小的干扰及噪声电压，所以整个频段上高速缓冲电路I3的输出电流都很小。

实施例二

图6为本发明双路取样负反馈放大器的电路第二实施例的框图。在该实施例中，相对于实施例一，双路取样环路负反馈放大电路在高频取样通道上加入了高通滤波电路16，该电路用于滤除高频取样通道中的放大信号频段的信号。

由于本实施例在高速缓冲电路13前增加了高通滤波电路16，用于减小B点输入中放大信号频段的信号，从而进一步减小合成反馈信号中放大信号频段从高频通道的取样，同时，反馈电路的稳定性不受影响。在本发明中，图中高通滤波电路16可在高速缓冲电路13输入，也可以在高速缓冲电路13输出。

高频取样通道增加高通滤波电路16后，在放大信号频段，信号电压V_B小于V_A和V_D，电容C1将有信号电流通过，这将带来二个问题，其一，增加了高速缓冲电路13的输出电流，要增加其电流驱动能力；其二，电容C1的分流使D点的信号响应速度小于A点，造成反馈信号的响应速度降低，放大电路的动态性能变差，所以使用时要综合考虑。

实施例三

图7为本发明双路取样负反馈放大器的电路第三实施例的框图。在该实施例中，相对于实施例一，在输出缓冲电路12前增加了一个电压增益级，即同相电压放大电路17，该同相电压放大电路17加大了低频通道电压增益，使得低频通道直流增益高于高频通道，从而使放大频段的反馈深度加大。由于低频通道增益高于高频通道，在放大信号频段，信号电压V_B小于V_A和V_D，在系统分频点处V_B小于V_A，从分频点Fs的表达式可知，电容C1或电感L1必须取值较大，由此可知该电路存在与图6电路相同的问题，且由于电容C1或电感L1取值较大而使反馈信号的响应速度降低更多，从而放大电路的动态性能亦变差。

图8为本发明双路取样负反馈放大器的电路第三实施例的框图，其在低频取样前增加了低通滤波电路18，用于滤除低频取样通道中的高频段信号，低通滤波使反馈信号的响应速度降低，从而使放大电路的动态性能变差。值得注意的是，低通滤波增加了低频反馈回路的极点，控制不当会影响反馈电路的稳定性。

参考图9，本发明双路取样负反馈放大器的电路第五实施例，事实上为本发明第一实施例的变形，在此不再详述。

参考图10，为本发明第一实施例的实施电路图。其中，电压放大电路11由Q01、R01、Q02、R02、Q03、Q04、R04、Q05、R05、Q06、R06、Q07、R07、Q08、R08、Q09、R09、Q10、R10、Q11、R11、Q12、R12、Q13、Q14、Q15、R15、Q16、R16、Q17、Q18、W01、D01、D02、R13、D03、D04、R21组成。高速缓冲电路13由Q19、R17、Q20、C03、C04构成。输出缓冲电路12由Q21、R18、Q22、Q23、R19、Q24、R20构成。双路取样合成电路14由C02、L01、R14构成。反馈网络由R22、R23构成。

以上所揭露的仅为本发明双路取样环路负反馈方法及双路取样负反馈放大器的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种双路取样环路负反馈方法，其特征在于包括如下步骤：

从放大器输出端取得低频反馈信号；

从放大器的高频低相移部分取得高频反馈信号；所述低频反馈信号和所述高频反馈信号的放大相位相同；

采用电容、电感串联式双路取样合成电路合成所述低频反馈信号和所述高频反馈信号，形成一个高、低频相移都较低的信号，并将该高、低频相移都较低的信号用于环路负反馈。

2.如权利要求1所述的双路取样环路负反馈方法，其特征在于：所述电容、电感串联式双路取样合成电路可在电感上并联阻尼电阻，或者在电容上串联阻尼电阻，或者同时在电感上并联阻尼电阻并在电容上串联阻尼电阻。

3.一种双路取样负反馈放大器，其特征在于包括：

电压放大电路，输出电压信号并送入高速缓冲和输出缓冲；

输出缓冲电路，单位电压增益，提供放大输出和双路取样合成的低频反馈取样信号；

高速缓冲电路，单位电压增益，输出到双路取样合成高频反馈取样输入；

电容、电感串联式双路取样合成电路，将高频、低频反馈取样信号合成为一路复合反馈信号；以及

反馈网络，复合反馈信号通过反馈网络输入电压放大级的反相输入端。

4.如权利要求3所述的双路取样负反馈放大器，其特征在于：所述双路取样负反馈放大器在高频取样通道上加入了高通滤波电路，该电路用于滤除高频取样通道中的放大信号频段的信号。

5.如权利要求3所述的双路取样负反馈放大器，其特征在于：所述双路取样负反馈放大器在输出缓冲电路前增加了一个电压增益级。

6.如权利要求3所述的双路取样负反馈放大器，其特征在于：所述双路取样负反馈放大器在低频取样前增加了低通滤波电路，用于滤除低频取样通道中的高频段信号。

7.如权利要求3所述的双路取样负反馈放大器，其特征在于：所述电容、电感串联式双路取样合成电路可在电感上并联阻尼电阻，或者在电容上串联阻尼电阻，或者同时在电感上并联阻尼电阻并在电容上串联阻尼电阻。