CN100471044C - 抑制d类功率放大器pop音的频率切换电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明通过在电路中加入高频振荡的PWM波来抑制D类功率放大器中的POP音。高频振荡的PWM波可通过自激振荡产生，在电源开启时先以上述高频振荡的PWM波起振，由于起振频率高，第一个脉冲宽度较小，引起的POP音也很小至忽略不计，若干个周期后，再通过MOS开关切换回低频起振，此时第一个宽脉冲所产生的噪音已非常微弱。在电源关闭时刻，也先切换到高频振荡，延时几个周期后再将输出级关闭，这样可有效抑制电源开启及关闭时产生的POP音。

Description

抑制D类功率放大器POP音的频率切换电路及其方法

【技术领域】

本发明涉及一种频率切换电路及其方法，尤其是一种应用于D类功率放大器的频率切换电路及其方法。

【背景技术】

随着音响系统的数字化以及便携式产品的市场化，D类功率放大器作为模拟功放的替代产品现已广泛地被市场接受。其最大特点就是能够在保持最低失真的情况下得到最高的效率。

D类放大器采用的是脉宽调制(PWM)技术，脉宽调制(PWM)技术是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码，以调节一系列矩形脉冲的宽度。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM方式进行编码。输出的PWM信号驱动功率开关管，再通过滤波器就得到了输出信号。如图4所示，是一般D类放大器工作的基本原理图，通过三角波作为载波对输入信号在调节器80中进行调制，得到PWM信号，其用来驱动功率开关管81，再通过解调滤波器82就得到了输出信号。

D类放大器中通过PWM信号来驱动功率开关管，一般来讲，所述的功率开关管为H桥功率开关管。现有技术中，可以是同向的2个PWM波形，分别驱动相应的功率开关管，也可以是反向的2个PWM波形，分别驱动相应的功率开关管。2对功率开关管的栅极驱动电压为方向相反，这样每对功率开关管都相当于一个开关。其中2个同向但宽度不同的PWM波，如果有一个先起振会产生POP音(爆音)，但此类情况的POP音通常较小，对功放的效果没有很大的影响。而另一种情况，反向的2个PWM波形就可能产生比较大的POP音，下面主要说明这种情况。如图5所示，为D类功率放大器输出级的示意图。经过比较器70的输出信号分成两路，一路通过反向器72后输入H桥功率开关管，另一路直接输入H桥功率开关管。这种调制方式下，两对功率开关管的PWM波A、B是同步相反的矩形波，如图6所示。在正常工作时，一个连续的PWM信号在频域上通常包括三种频率，一是被调制信号的频率，二是开关PWM信号频率，三是开关频率的镜像频率。其中高频的开关频率和镜像频率都是不需要的，可通过一个低通滤波器去除或者衰减，这样残留的高频信号人耳已无法听见。但是在电源开启或关闭时，这种PWM波的工作情况就不同。起振以前，功率开关管两边的输出电平都为0，起振时刻，有一边会先由0跳变为1，如图7所示，为PWM波A、B起振时的波形图，其中这个由0-1的跳变就会产生POP音，一定程度上影响了放音效果。

因此，有必要发明一种技术来克服和抑制现有的D类放大器会产生POP音的缺陷。

【发明内容】

本发明的目的在于抑制D类功率放大器在电源开启或关闭时而产生的POP音。

针对这一缺陷，本发明在电源开启或关闭时加入高频振荡装置，具体来说，就是在电源开启时先以高频起振，减少脉冲宽度，再切换回低频振荡；电源关闭时，先切换回高频起振，再将输出级关闭。

一种抑制D类功率放大器POP音的频率切换电路，包括：

比较器，用以接受输入信号及载波信号，产生调制的低频PWM信号；

H桥功率开关管，与比较器的输出端相连接，由上述产生的低频PWM信号进行驱动；

本频率切换电路还包括一可产生高频PWM信号，并使该高频PWM信号与所述低频PWM信号可被选择性的连接到所述H桥功率开关管的高频PWM信号装置。

具体操作方法为：

步骤一，电源开启后，以高频PWM信号起振；

步骤二，高频PWM信号起振一段时间后，切换到低频PWM信号，进入低频振荡，即正常的工作周期；以及

步骤三，低频输出信号控制H桥功率开关管。

通过本发明的频率切换电路及方法可有效地抑制传统的D类功放在电源开启和关闭时产生的POP音，改善放音效果，且电路的改动也较为简易。

步骤四，电源关闭时，先产生一个探测到电源关闭的控制信号，随之切换到高频PWM信号，经过一段时间的延时后，再将输出级关闭。

【附图说明】

图1是本发明第一实施例，当电源开启时频率切换电路的示意图。

图2是本发明第二实施例中产生高频振荡的另一种方式的示意图。

图3是本发明电源关闭时频率切换电路的示意图。

图4是现有技术中D类功放的原理示意图。

图5是现有技术中D类功放输出级的示意图。

图6是现有技术中D类功放开关管输出的反向PWM波形图。

图7是现有技术中D类功放起振时刻输出的反向PWM波形图的一种情况的示意图，B是先跳变的波形。

【实施方式】

下面参照附图，针对两个反向的PWM波形这种情况，对本发明的技术方案作进一步的描述。

本发明的主要思想是通过切换两种不同频率的PWM信号来实现抑制POP音的。由于只有在PWM信号开始或者结束的时候，才有可能产生POP音，而且由于POP音的大小与PWM信号起振时的第一个脉冲的宽度有关，第一个脉冲越宽，产生的POP音越大，反之，产生的POP音就越小。因此，本发明通过在在电源开启或关闭时，通过切换两种不同频率的PWM信号来抑制POP音的产生。请参看图1，为本发明的第一实施例，包括一比较器10，一反向器12，一H桥功率开关管，一高频PWM信号装置(未标号)。该高频PWM信号装置包括一振荡器(图中未示)，一计数器11及一第一开关17。图中有两个不同频率的PWM信号，其中低频PWM信号是输入信号1经过比较器10调制产生的，此处的低频是指一般的正常工作的PWM信号，是相对于开关切换时的高频PWM信号而言的。而高频PWM信号一般通过振荡器产生的。然后，通过第一开关17来选择输出哪一个信号，其中第一开关17通常为MOS开关。选定的输出信号将被分成两路分别控制相应的H桥功率开关管，其中一路输出信号通过一反向器12，这样就形成两个相反的PWM信号，分别进入H桥的两对功率开关管13，14，15，16。

电源开启时，先将上述第一开关17切换到高频PWM信号，这样电路就以高频PWM信号起振，由于起振频率很高，第一个脉冲宽度很小，因此，所引起的POP音也就很小。高频起振一段时间(一周期或若干个周期)后，通过计数器11(诚然，也可以其他延时器)的控制，将第一开关17自动切换到比较器10的输出端接收低频PWM信号，进入低频振荡，此时整个电路已经处于振荡的正常状态，这样从高频PWM信号切换到低频PWM信号时的第一个宽脉冲所产生的噪音就非常微弱而不容易感知，从而有效抑制了电源开启时由于第一个脉冲跳变所产生的POP音。在高频起振或频率切换时的PWM信号，这样从频域意义上来说，就是通过高频起振的方式，将所有我们不需要的频率能量推向高频，因此在低频以内的能量非常少，在本优选的实施方式中，该低频一般为20KHz为宜。其中，在本实施方式中，高频振荡通过一般振荡器产生，如环形振荡器等，这是本技术领域所熟知惯用的技术，在此不作详述。诚然，也可以如图2中所示的第二中实施例中的方案实现，即直接利用图1中的比较器10，再加上一第二开关21及一延时器22形成一反馈回路得到高频振荡。输入信号1经比较器10的输出，再通过一延时器22(或计数器)将信号进行一定延时后，反馈到比较器10的输入端，产生自激振荡，只要符合相位和幅度的振荡条件，就可以得到高频的PWM波，该第二实施例中高频PWM信号和低频PWM信号的输出端是同一个。在电源开启时，该第二开关21闭合，比较器10输出端输出高频信号，则低频信号被覆盖。经过延时器22一定延时后，该第二开关21断开，切断了高频反馈回路，比较器输出端输出的低频信号被接受，就回到了正常工作状态。较优地，高频振荡频率可定在5MHz左右。因此，如果采用第二实施例中的高频信号装置，那么就不再需要第一实施例中的计数器11和第一开关17。

因此，本发明的高频信号与低频信号之间可通过多种形式的切换方式，以实现所述高频信号与低频信号在电源打开或关闭时可被选择性的连接到H桥功率开关管上。电源关闭时产生的POP音也可用以上类似的方法加以抑制。如图3所示，在电路中增加一个电源关闭探测电路30，连接到比较器10的输入端，在电源即将关闭的时产生一个信号，将比较器10输入端短接静音，即无输入，判定当电源低于某个值时，输出一个控制电平，切换到高频振荡，该切换可通过第一实施例或第二实施例中的方法实现。然后，通过一个或几个高频周期的延时后，将输出级关闭。这样设置，可以有效抑制电源关闭时的POP音。

具体来说，切换的操作步骤可总结如下：

步骤一，电源开启后，以高频PWM信号进行起振，因为由于起振频率很高，第一个脉冲宽度很小，因此，所引起的POP音也就很小。

步骤二，高频起振一段时间后，切换到低频PWM信号，进入低频振荡，即正常的工作周期。一般来讲，高频起振的时间至少为一周期。

步骤三，低频输出信号控制H桥功率开关管，此时整个电路已经处于振荡的正常状态，这样从高频PWM信号切换到低频PWM信号时的第一个宽脉冲所产生的噪音就非常微弱而不容易感知，从而有效抑制了电源开启时由于第一个脉冲跳变所产生的POP音。

步骤四，电源关闭时，先产生一个探测到电源关闭的控制信号，随之切换到高频PWM信号，经过一段时间(至少一个周期)的延时后，再将输出级关闭。由于在电源关闭时切换到高频PWM信号，因此脉冲宽度很小，所引起的POP音也就很小。

同向而不同宽度的两个PWM波，若不是同时起振的情况，也会产生POP音，也可通过类似的方式抑制电源开启和关闭时的POP音。

高频振荡的产生属于本领域普通技术人员熟知的现有技术，D类功放也是现有技术。本发明的发明点主要在于使得开启电源起振时，能切换到高频振荡一段时间，抑制了开启时的POP音，在关闭时，能再次切换到高频振荡一段时间，抑制了关闭时的POP音。

虽然上面已描述本发明的特定实施例，但是它们的目的不是对本发明的范围加以限制。本发明包括那些对本领域技术人员来说是显而易见的对所述实施例的更改和变化。

Claims (15)

1.一种抑制D类功率放大器POP音的频率切换电路，包括：

比较器，用以接受输入信号及载波信号，产生调制的低频PWM信号；

H桥功率开关管，与比较器的输出端相连接，由上述产生的低频PWM信号进行驱动；

其特征在于，还包括一可产生高频PWM信号，并使该高频PWM信号与所述低频PWM信号可被选择性的连接到所述H桥功率开关管的高频PWM信号装置，该高频PWM信号装置包括一延时器，在开启电源时，高频起振一个周期以上的时间，然后通过延时器的控制，切换至低频振荡。

2.根据权利要求1所述的抑制D类功率放大器POP音的频率切换电路，其特征在于，该频率切换电路进一步包括接受PWM信号的反向器，其连接于比较器与H桥功率开关管之间。

3.根据权利要求2所述的抑制D类功率放大器POP音的频率切换电路，其特征在于，该高频PWM信号装置包括一可产生高频信号的振荡器。

4.根据权利要求3所述的抑制D类功率放大器POP音的频率切换电路，其特征在于，该高频PWM信号装置还包括第一开关，所述延时器为一计数器，其中反向器通过第一开关切换，选择连接到上述比较器的输出端或该可产生高频PWM信号装置的输出端，而计数器则设定切换的时间。

5.根据权利要求4所述的抑制D类功率放大器POP音的频率切换电路，其特征在于，该第一开关为MOS开关。

6.根据权利要求2所述的抑制D类功率放大器POP音的频率切换电路，其特征在于，该高频PWM信号装置由上述比较器、延时器及第二开关组成的反馈回路构成。

7.根据权利要求6所述的抑制D类功率放大器POP音的频率切换电路，其特征在于，该第二开关为MOS开关。

8.根据权利要求1-7任何一项中所述的抑制D类功率放大器POP音的频率切换电路，其特征在于，该频率切换电路包括一连接于比较器输入端的电源关闭探测电路，检测到电源关闭时产生一实现高低频PWM信号切换的控制信号。

9.根据权利要求1-7任何一项中所述的抑制D类功率放大器POP音的频率切换电路，其特征在于，该可产生高频PWM信号的装置产生的高频振荡为5MHz。

10.根据权利要求1-7任何一项中所述的抑制D类功率放大器POP音的频率切换电路，其特征在于，所述H桥功率开关管包括两个PMOS管，两个NMOS管及负载电路。

11.一种抑制D类功率放大器POP音的方法，其特征在于，包括：

步骤一，电源开启后，以高频PWM信号起振；

步骤二，高频PWM信号起振至少一个周期以上的时间后，切换到低频PWM信号，进入低频振荡，即正常的工作周期；以及

步骤三，低频输出信号控制H桥功率开关管。

12.根据权利要求11所述抑制D类功率放大器POP音的方法，其特征在于，输入的PWM信号一路经反向后控制H桥功率开关管，另一路直接控制H桥功率开关管。

13.根据权利要求11所述抑制D类功率放大器POP音的方法，其特征在于，其中步骤三中分为两路，其中一路低频输出信号经过反向后控制H桥功率开关管。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的抑制D类功率放大器POP音的方法，其特征在于，进一步包括，步骤四，电源关闭时，先产生一个探测到电源关闭的控制信号，随之切换到高频PWM信号，经过至少一个周期以上的时间的延时后，再将输出级关闭。

15.根据权利要求11-13中任一项所述的抑制D类功率放大器POP音的方法，其特征在于，高频振荡频率为5MHz。

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