CN101005268A - 具有启动“卡搭”噪声消除的d级放大器 - Google Patents

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Abstract

一种用于使在D级音频功率放大器的启动时可听见的“卡搭”噪声最小化的电路。所述放大器包括功率切换输出级和用于驱动输出级以接收驱动信号和关闭信号的驱动器，所述关闭信号阻止输出级的切换。所述电路包括比较器，连接到驱动器，用于产生驱动信号；误差放大器，用于接收音频输入信号；第一反馈回路，用于连接输出级作为对误差放大器的输入端的输入，所述误差放大器的输出连接到所述比较器的输出；以及耦合到所述误差放大器的电路，用于防止与误差放大器连接的电容过充电，从而阻止在关闭信号撤销时在输出级的噪声。

Description

具有启动“卡搭”噪声消除的D级放大器
相关申请
本申请是基于在2005年12月21日提交的、申请号为60/753237、名称为“CLASS D AMPLIFIER WITH START-UP CLICK NOISE ELIMINATION”的美国临时专利申请，并据此要求优先权，本申请的全部内容结合在此作为参考。
技术领域
本发明是关于D级音频功率放大器ICs，更具体地说，是用于使D级音频功率放大器启动时可听见的“卡搭”噪声(click noise)最小化。
背景技术
在具有反馈回路的D级音频放大器的关闭状态(shutdown)期间，在反馈回路中的误差放大器的输出节点由于其高增益和偏移量会达到极高值。误差放大器的积分元件被充电至该最高值。
当D级放大器解除关闭试图恢复振荡时，误差放大器的输出需要时间用来使跨过电容的电压回到稳定状态值。这个用于使跨过电容的电压恢复到正常电压的额外时间，造成在PWM比较器的输出端的工作循环(duty cycle)的不平衡，这导致非预期的输出电压(噪声)被提供给扩音器。因此听到了来自扩音器来的“卡搭”噪声。
为了纠正这种有害的特性，即“卡搭”噪声，在放大器和扩音器之间已经插入了扬声器断电继电器，这是一种体积大、花费高、浪费空间的机电设备。
图1显示了具有由反馈回路形成自振荡PWM模块的D级音频放大器20的示例。该D级音频放大器20包括半桥驱动器9，所述半桥驱动器9在SD引脚处接收关闭输入信号，并且在PWM引脚处接收COMPOUT PWM信号。所述半桥路驱动器9驱动连接在半桥路中的一对高低端MOSFET开关10、11。
包括电感12和电容13的低通LC滤波器耦合在与高低开关10、11连接的输出级VS处，以滤除PWM高频切换信号。电感12的第一终端与输出级VS连接，同时电感12的第二终端被用来提供D级音频放大器的输出信号OUT。电容13被连接于电感12的公共终端和第二终端之间。扩音器负载耦合于OUT和接地之间。
COMPOUT信号由比较器8产生，该比较器将误差放大器7的信号OPOUT与参考电势，这里是接地，进行比较。在所示的具体实施方式中，误差放大器7的正终端与公共终端相连接，并且负终端通过电阻15与音频信号源VIN 16相连接并通过电阻14连接到来自输出级VS的反馈信号。积分电容6耦合了负终端和误差放大器7的输出。
图2显示了D级音频放大器20随时间变化的性能。如图所示，在关闭状态期间，即，当关闭信号被提供给桥路驱动器9的SD引脚时，积分电容6上的电压被充至误差放大器7的供电电压VSS的级别。VAA和VSS是对误差放大器7的浮置输入的正、负供电电压。此时输出VS为高阻抗状态(高Z)。
当半桥驱动器9的SD引脚的关闭信号终止时，所述低端开关10闭合。然而，由于电压被充于积分电容6上，对PWM比较器8的输出的充电需要时间t2，这样导致不平衡的PWM工作循环。该不平衡的PWM工作循环在t2和t3时间段内在扬声器的输出中产生了非预期的噪声。这样，在误差放大器7的电容元件(即积分电容6)上的充电电压引起了问题。
发明内容
本发明的目的是为D级音频放大器提供无噪声启动，从而去除了对扬声器断电开关的需要。
本发明的另一目的是去除体积大、昂贵、不可靠的扬声器断电继电器，提供系统成本和空间的节省。
本发明包括用于使D级音频功率放大器启动时可听到的“卡搭”噪声最小化的电路。所述电路用于D级音频放大器，该放大器具有功率切换输出级；用于驱动输出级以接收用于驱动输出级的切换的驱动信号和关闭信号的驱动器；所述关闭信号用于阻止输出级的切换；所述电路包括比较器，该比较器与驱动器连接，用于产生驱动信号；误差放大器，用于接收音频输入信号；第一反馈回路，用于连接输出级作为对误差放大器的输入端的输入，误差放大器得输出连接到所述比较器的输入；以及耦合到所述误差放大器的电路，用于防止与误差放大器连接的电容过充电，从而当关闭信号撤销时阻止在输出级的噪声。所述耦合到误差放大器的电路作为第二反馈回路，所述第二反馈回路将比较器的输出耦合到误差放大器的输入。更具体地说，当所述关闭信号存在时，第二反馈回路使得误差放大器振荡，以阻止与误差放大器连接的积分电容器过充电，因此当关闭信号撤销时，阻止在输出级的噪声。
本发明的其它特征和优点将通过以下参考附图对本发明进行的描述变得更加明显。
附图说明
图1是现有技术中使用的具有反馈回路的D级音频放大器的框图；
图2显示图1的D级音频放大器中呈现的波形；
图3是根据具有第二反馈回路的本发明的D级音频放大器的框图；
图4显示图3的D级音频放大器的波形；
图5a和图5b分别是图1的现有技术的电路和图3的本发明电路的启动波形图；以及
图6是包括本发明的IC的典型应用的框图。
具体实施方式
图3显示了根据本发明实施的D类音频放大器30。除了参考图1示出的D类音频放大器20描述的上述所有元件之外，D类音频放大器30包括局部附加的反馈通路1，位于比较器的输出和误差放大器的输入之间。在给出的实施方式中，反馈通路1将比较器8的输出耦合到误差放大器7的反向输入端。附加的反馈通路1包括开关5，由提供给半桥驱动器9的SD引脚的关闭信号控制。开关5优选地为半导体开关，例如MOSFET。附加的反馈通路1，当闭合的时，形成了工作频率高于半桥驱动器9的切换的常态工作频率的振荡器。但是，这个频率不必很高。
在关闭期间，即当关闭信号为ON，附加的反馈通路1闭合，形成了输出级为截止状态的振荡的局部振荡环路。该操作保持通过电容元件即误差放大器7的积分电容6接近稳态值。换句话说，误差放大器7的输出电压被保持与PWM比较器8的阈值接近，以防止其过充电。局部振荡环路通路不考虑反馈输入，使得误差放大器7的输出与输出级的状态无关。当撤销关闭信号时，开关5断开并且放大器返回正常操作。
因此，当关闭信号为OFF或者终止时，放大器立即开始转换，而没有导致输出中偏移的额外延时。另外，D类音频放大器30提供补偿PWM比较器8的阈值的变化的能力。
图3中的元件3为，当关闭信号出现时，任何可以想到的能够在反馈通路中被提供用于获取期望的振荡频率的反馈元件。
图4示出了D类音频放大器30的波形。如图所示，在关闭时段t1期间，误差放大器7保持局部振荡并且积分电容6不充电到供电电压VSS。
当关闭信号在时段t2的开始时被设置为OFF，低端开关10根据驱动PWM信号转换为闭合。因为电容器6未被充电，那么没有由于它带来的延时，并且因而误差放大器将响应。因此，没有产生PWM信号的工作循环中的不均衡并且在t2或者t3时段期间不存在由扬声器产生的非预期的噪声。因此在误差放大器中电容元件6上的充电电压的问题得到了解决。
图5a和5b分别显示了D类音频放大器电路20和30在关闭期间、关闭解除期间和刚关闭之后不同点的电压。曲线图A显示了在输出级OUT随着时间的电压变化；曲线图B显示了输出电感中的电流；曲线图C显示了在输出级节点VS的电压变化；曲线图D显示了在误差放大器7的输出OPOUT的电压变化；而曲线图E显示了COMPOUT。二组波形被基于不同时间基准画出，所以图5a的信号更宽。
图6显示了根据本发明的典型应用电路40的图。IC1是高电压、高性能的D类音频放大器驱动器，具有以16引脚封装的PWM调制器和过流保护器。
如图6所示，IC1被设计为在VAA引脚具有浮置输入正向供电；在IN引脚具有模拟同向输入；在GND引脚具有浮置输入供电返回；在COMP引脚具有相位补偿输入；在CSD引脚具有关闭定时电容42；在VSS引脚具有浮置输入反向供电；在VREF引脚具有用于可编程的OCSET引脚的5V参考电压；在OCSET引脚具有用于保护控制接口特别用于半桥拓扑的低端过流阈值设置；在DT引脚具有空截时间(dead time)程序输入；在COM引脚具有低端供电返回；在LO引脚具有低端输出；在VCC引脚具有低端逻辑补给；在VS引脚具有高端浮置补给返回；在HO引脚具有高端输出；在VB引脚具有高端浮置供电；以及在CSH引脚具有高端过流感测输入。
该电路40还包括电阻R1，连接到开关11；电阻R2，连接到VSS引脚；电阻R3，连接到IN和COMP引脚之间串连的电容6a和6b之间；串联的电阻R4和R5，分别连接到VREF和OCSET引脚；电阻R6，连接到CSH引脚和二极管D1；电阻R7，连接在CSH和VS引脚之间；电阻R8，连接在二极管D1的正极和二极管D2的负极之间；串联的电阻R12和R13，连接到二极管D2的正极；电阻R9，连接在二极管D2的负极和开关11之间；电阻R10和R11，分别连接LO和HO引脚与开关10和11的栅极；反馈环路电阻14a和14b，连接输出级VS与IN引脚。电容C1耦合在VAA和GND引脚之间；电容C2串联在音频输入16和电阻15之间；电容C3连接到VSS引脚；电容C4连接在VB和VS引脚之间；电容C5连接在VCC和COM引脚之间。
另外，电路40显示了与电感12和电容13的LC滤波器耦合的扬声器，位于音频放大器的输出，并且可选择的外部时钟能通过用于外部同步的电阻R0连接到该电路。
所述高性能的D类音频放大器驱动2092保护电路40的高低端MOSFET 10和11，避免可编程双向电流感测带来的过流现象。参考图1如上所述的放大器方案，是基于模拟输入自振荡PWM。
尽管参考本发明的特定实施例对本发明进行了描述，本领域技术人员可以很容易做出各种变化、修改以及其他应用。因此，优选的，本发明不能局限于此处特定公开。

Claims (13)

1.一种用于使D类音频功率放大器启动时可听到的“卡搭”噪声最小化的电路，该放大器包括功率切换输出级和用于驱动输出级以接收驱动信号和关闭信号的驱动器，所述关闭信号用于阻止输出级的切换，所述电路包括：
比较器，连接到驱动器用于产生驱动信号；
误差放大器，用于接收音频输入信号；
第一反馈回路，用于连接输出级作为对误差放大器的输入端的输入，误差放大器的输出连接到所述比较器的输入；以及
耦合到所述误差放大器的电路，用于防止与所述误差放大器连接的电容过充电，从而当关闭信号撤销时，阻止在所述输出级的噪声。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述第一反馈回路形成自激振荡PWM调制器。
3.根据权利要求1所述的电路，其中，所述耦合到误差放大器的电路是第二反馈回路。
4.根据权利要求3所述的电路，其中，当所述关闭信号存在时，所述第二反馈回路引起所述误差放大器振荡，以防止与所述误差放大器连接的电容过充电；从而当关闭信号撤销时，阻止在所述输出级的噪声。
5.根据权利要求4所述的电路，其中，所述第二反馈回路还包括反馈元件，用于当所述关闭信号存在时，设置所述误差放大器的振荡频率。
6.根据权利要求5所述的电路，其中，所述振荡频率高于所述功率切换输出级的切换频率。
7.根据权利要求3所述的电路，其中，所述第二反馈回路包括由关闭信号控制的开关，由此，当所述关闭信号存在时，所述第二反馈回路连接到所述电路，并且当所述关闭信号不存在时，所述第二反馈回路断开连接，当所述关闭信号存在时，所述第二反馈回路引起所述误差放大器振荡，以防止与所述误差放大器连接的电容过充电，从而当关闭信号撤销时，阻止在所述输出级的噪声。
8.根据权利要求7所述的电路，其中，所述第二反馈回路中的开关包括由所述关闭信号控制的晶体管。
9.根据权利要求3所述的电路，其中，所述第二反馈回路将比较器的输出耦合到所述误差放大器的输入。
10.根据权利要求9所述的电路，其中，所述比较器的输出包括PWM信号，并且当撤销关闭信号时，PWM信号的工作循环是平衡的并且在所述音频功率放大器的输出不产生非预期的噪声。
11.根据权利要求3所述的电路，其中，所述误差放大器的输出为所述第二反馈回路的输入。
12.根据权利要求1所述的电路，其中，所述连接到所述误差放大器的比较器是积分比较器。
13.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电路与所述驱动器封装成集成电路封装。
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