CN101465633B

CN101465633B - 信号产生装置

Info

Publication number: CN101465633B
Application number: CN2007101621678A
Authority: CN
Inventors: 邱舒业; 吴柏强
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: CN101465633A

Abstract

本发明是揭露一种信号产生装置，其包含有信号调制单元、选择信号产生单元与相位调整单元。该信号调制单元是用来对输入信号进行调制操作以产生调制信号。该选择信号产生单元是用来产生至少一第一选择信号，以及该相位调整单元是耦接于该信号调制单元与该选择信号产生单元，并用来接收该调制信号以及依据该第一选择信号来调整该调制信号的脉宽以产生输出信号。

Description

信号产生装置

技术领域

本发明是有关于一种信号产生装置，尤指对脉宽调制信号进行相位调制的信号产生装置与其相关方法。

背景技术

数字功率放大器，或称为D类功率放大器(class-D power amplifier)，因具有高效率的优点而被广泛地应用在许多音频处理设备中。数字音频功率放大器是利用脉宽调制电路(PWM circuit)依据数字输入信号产生脉宽调制信号，以控制功率输出级(power stage)的运作。

请参考图1。图1所示是已知脉宽调制电路所输出的脉宽调制信号S_pulse的频域图。在时域上，脉宽调制信号S_pulse的周期是1/f_t，其中f_t是脉宽调制信号S_pulse的载波频率。该脉宽调制电路会对每个周期的脉冲进行脉宽调制，因此每一个脉宽均可能不一样。然而，脉宽调制信号S_pulse在频谱上会包含有三个成分：第一个成分是原数据信号脉冲11，原数据信号脉冲11是出现在基频的部分；第二个成分是载波频率(Carrier frequency)12，亦即频率f_t、2*f_t、3*f_t；第三个成分则是噪声成分13(亦即斜线部分)，如图1所示。因此，从图1中可以观察到，噪声成分13和载波频率12的部分皆会发生严重的电磁干扰(Electro Magnetic Inteference)的问题。

发明内容

因此，本发明的一目的在于提供对脉宽调制信号进行相位调制的信号产生装置与其相关方法，以解决上述问题。

依据本发明的实施例，其是揭露一种信号产生装置。该信号产生装置包含有信号调制单元、选择信号产生单元与相位调整单元。该信号调制单元是用来对输入信号进行调制操作以产生调制信号。该选择信号产生单元是用来产生至少一第一选择信号，以及该相位调整单元是耦接于该信号调制单元与该选择信号产生单元，并用来接收该调制信号以及依据该第一选择信号来调整该调制信号的脉宽以产生输出信号。

依据本发明的实施例，其还揭露一种信号产生方法。该方法包含有：对输入信号进行调制操作以产生调制信号；产生至少一第一选择信号；以及根据该调制信号及该第一选择信号来调整该调制信号的脉宽以产生输出信号。

附图说明

图1所示是已知脉宽调制电路所输出的脉宽调制信号的频域图。

图2所示是本发明一种信号产生装置的一实施例示意图。

图3所示是图2所示的信号产生装置的调制信号、延迟信号、脉冲信号以及输出信号的时钟图。

图4所示是图2所示的信号产生装置的输出信号的脉宽变化图。

图5所示是图2所示的信号产生装置的输入信号和输出信号的频谱图。

图6所示是本发明一种信号产生方法的一实施例流程图。

[主要元件标号说明]

11	原数据信号脉冲
		12	载波频率
13、501	噪声成分
		100	信号产生装置
101	信号调制单元
		102	选择信号产生单元
103	相位调整单元
		1031	相位延迟器
1032	选择电路
		1031a～1031n	延迟电路
1032a、1032c	多工器
		1032b	逻辑电路

具体实施方式

请参考图2，图2所示是本发明一种信号产生装置100的一实施例示意图。信号产生装置100包含有信号调制单元101、选择信号产生单元102以及相位调整单元103。信号调制单元101用来对输入信号S_data进行调制操作以产生调制信号S_PWM。选择信号产生单元102用来产生第一选择信号S_R1以及第二选择信号S_R2。相位调整单元103耦接于信号调制单元101与选择信号产生单元102，用来接收调制信号S_PWM并依据第一选择信号S_R1以及第二选择信号S_R2来调整调制信号S_PWM的脉宽以产生输出信号S_out。相位调整单元103包含有相位延迟器1031以及选择电路1032。相位延迟器1031用来依据调制信号S_PWM来产生多个延迟信号S_d1～S_dn，其中多个延迟信号S_d1～S_dn是分别对应不同相位。选择电路1032包含有第一多工器1032a耦接于相位延迟器1031与选择信号产生单元102，用来依据第一选择信号S_R1以自该多个延迟信号S_d1～S_dn中选择并输出特定延迟信号S_d；逻辑电路1032b耦接于第一多工器1032a与信号调制单元101用来将调制信号S_PWM与特定延迟信号S_d进行逻辑运算以产生第一、第二脉冲信号S_pulse1、S_pulse2；以及第二多工器1032c耦接于逻辑电路1032b与选择信号产生单元102，用来依据第二选择信号S_R2以从第一、第二脉冲信号S_pulse1、S_pulse2中选择一特定脉冲信号来作为输出信号S_out。请注意，依据本发明的实施例信号产生装置100，逻辑电路1032b包含有与门AND(ANDGate)耦接于调制信号S_PWM与特定延迟信号S_d，用来产生第一脉冲信号S_pulse1，以及或门OR(OR Gate)耦接于调制信号S_PWM与特定延迟信号S_d，用来产生第二脉冲信号S_pulse2；其中第二多工器1032c是依据第二选择信号S_R2以从第一、第二脉冲信号S_pulse1、S_pulse2择一作为输出信号S_out。另一方面，为了更清楚描述本发明的精神所在，在本发明的一实施例中，信号调制单元101是脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)单元，例如，具有取样频率为f_s的输入信号S_data在经由信号调制单元101处理之后，将会产生具有取样频率f_s1的调制信号S_PWM；选择信号产生单元102产生脉冲信号，其中脉冲信号的周期是假设为1/f_t，则f_s1＝Nf_t，其中N为任意整数。例如，若取样频率f_s1为384KHz且数值N为128，则调制信号S_PWM的取样频率f_s1为49.152MHz。然而此并不为本发明所限。换句话说，任何数字式的脉宽调制单元均为本发明的范畴所在。

在一实施例中，选择信号产生单元102可为随机数产生单元，选择信号产生单元102所产生的第一选择信号S_R1以及第二选择信号S_R2是该随机数产生单元所随机产生的随机控制信号，但此仅为一实施例，本发明的范围不限于此。

请参考图3，图3所示是本发明实施例信号产生装置100的调制信号S_PWM、延迟信号S_d1～S_dn、脉冲信号S_pulse1、S_pulse2以及输出信号S_out的时钟图。为了更清楚描述本发明的精神所在，在本实施例中，信号产生装置100的调制信号S_PWM的输出信号的相位调整方法是以选择信号产生单元102所产生的脉冲信号中的其中一周期来加以说明，其中脉冲信号的周期是假设为1/f_t，意即选择信号产生单元102是以f_t的频率来调整信号调制单元101所产生的调制信号S_PWM的输出相位以产生输出信号S_out。信号调制单元101所产生的调制信号S_PWM会经由相位延迟器1031内多个延迟电路1031a～1031n分别延迟d1～dn时间以产生多个延迟信号S_d1～S_dn。请注意，在本发明中，延迟时间d1～dn是可以经由设计需求而作适当地调整，换句话说，各个延迟时间d1～dn时间是可以是都相同或是互不相同的。为了方便起见，在本实施例中，延迟电路1031a～1031n所产生的延迟信号S_d1～S_dn分别具有2^N种相位，其中N为任意整数，而且在所有的延迟信号S_d1～S_dn中，各个相邻的延迟信号之间的时间差t_d(亦即相位差)均是一样的，如图3所示，亦即，延迟信号S_d1与延迟信号S_d2的时间差是t_d，而延迟信号S_d2与延迟信号S_d3的时间差亦是t_d，如此类推。在本实施例中，各个相邻的延迟信号之间的时间差t_d为1/(f_t*(2^N))，其中N为任意整数。请注意，此仅为一实施例，而非局限相位延迟器1031的延迟时间d1～dn的实际设定方式。当该2^N个延迟信号S_d1～S_dn传送到第一多工器1032a时，第一多工器1032a会依据第一选择信号S_R1来选择该2^N个延迟信号S_d1～S_dn中其中一个当作延迟信号S_d。换句话说，当第一选择信号S_R1为随机信号时，则第一多工器1032a的输出是随机的。接着，逻辑电路1032b会对延迟信号S_d与调制信号S_PWM进行逻辑及运算(AND operation)与逻辑或运算(OR operation)以分别产生第一脉冲信号S_pulse1与第二脉冲信号S_pulse2。由此可知，第一脉冲信号S_pulse1具有2^N个可能输出，分别为S_PWM与S_d1、S_PWM与S_d2、...、S_PWM与S_dn的逻辑及运算结果；而第二脉冲信号S_pulse2亦具有2^N个可能输出，分别为S_PWM与S_d1、S_PWM与S_d2、...、S_PWM与S_dn的逻辑或运算结果。第二多工器1032c会依据第二选择信号S_R2来输出第一脉冲信号S_pulse1或第二脉冲信号S_pulse2以产生输出信号S_out，因此输出信号S_out具有2*2^N种可能输出。

由前述可知，当第二多工器1032c选择第一脉冲信号S_pulse1作为输出信号S_out时，则输出信号S_out的脉宽(Pulse width)会比输入信号S_data的脉宽来得大。反之当第二多工器1032c选择第二脉冲信号S_pulse2作为输出信号S_out时，则输出信号S_out的脉宽(Pulse width)会比输入信号S_data的脉宽来得小，如图4所示。图4所示是本发明实施例信号产生装置100的输出信号S_out的脉宽变化图。可以得知，经由本发明实施例信号产生装置100的脉宽调整后，输出信号S_out的脉宽在每一周期的单位时间(1/f_t)内，会在最大脉宽P_max和最小脉宽P_min之间随机变动，其中最大脉宽P_max是由S_PWM与S_dn的逻辑或运算所产生，而最小脉宽P_min是由S_PWM与S_dn的逻辑及运算所产生。由图中可知，输出信号S_out的相邻周期之间的脉宽的最小差异为d，而其相邻周期之间脉宽的最大差异则是最大脉宽P_max减去最小宽P_min后的宽度。每一周期的脉宽会随机变动的原因是因为输出信号S_out的脉宽是由选择信号产生单元102所产生的第一选择信号S_R1以及第二选择信号S_R2所随机决定，而本实施例中与门AND与或门OR的目的则是分别依据逻辑及运算与逻辑或运算的特性来减少或增加输出信号S_out的脉宽，以及最小差异d是应小于1/f_s1(f_s1为调制信号S_PWM的取样频率)；当然，上述延迟信号S_d1～S_dn的个数亦可以是任意的。

因此，输出信号S_out的能量就不会集中在频率f_t、2*f_t以及3*f_t处，而是分散于频率f_t、2*f_t以及3*f_t附近，如图5所示，其中频率f_t是输入信号S_data的载波频率(Carrier frequency)。图5所示是本发明实施例信号产生装置100的输入信号S_data和输出信号S_out的频谱图，其中曲线501代表噪声成分的频域分布图(亦即斜线部分)。请注意，本领域技术人员必可了解当输出信号S_out的能量不集中在频率f_t、2*f_t以及3*f_t处时，输出信号S_out受到噪声(Electro magnetic interference，EMI)(曲线501)干扰(Electro MagneticInterference，EMI)的程度就会减少。换句话说，在已知技术上，输出信号S_out的能量是集中在频率f_t、2*f_t以及3*f_t处，其所受到噪声(曲线501)干扰的程度就会非常严重。由于噪声(曲线501)对输出信号S_out的干扰为已知技术，因此其原理在此不另赘述。另一方面，本发明实施例信号产生装置100的输出信号S_out是用来驱动功率输出级(未显示)。由于利用脉宽调制信号来控制功率输出级的运作方式为已知技术，因此其操作原理不另赘述。

请参考图6，图6所示是本发明一种信号产生方法的一实施例流程图。为了更清楚描述本发明的精神所在，该信号产生方法可以实施例信号产生装置100实作，其包含有下列步骤：

步骤601：利用信号调制单元101来对输入信号S_data进行脉宽调制操作以产生调制信号S_PWM；

步骤602：将调制信号S_PWM分别延迟d1～dn时间以产生多个延迟信号S_d1～S_dn，其中多个延迟信号S_d1～S_dn是分别对应不同相位；

步骤603：依据第一选择信号S_R1来选取多个延迟信号S_d1～S_dn中之一来对调制信号S_PWM进行逻辑运作以产生第一、第二脉冲信号S_pulse1、S_pulse2；

步骤604：依据第二选择信号S_R2来选取第一、第二脉冲信号S_pulse1、S_pulse2中之一来产生输出信号S_out。

在步骤602中，延迟信号S_d1～S_dn分别具有2^N种相位，其中N在此实施例中为任意整数，而且在所有的延迟信号S_d1～S_dn中，各个相邻的延迟信号之间的时间差t_d(亦即相位差)在此实施例中均是一样的，如图3所示。此外，各个相邻的延迟信号之间的时间差t_d为1/(f_t*(2^N))。在步骤603中，第一脉冲信号S_pulse1具有2^N个可能输出，分别为S_PWM及S_d1、S_PWM及S_d2、...、S_PWM及S_dn；而第二脉冲信号S_pulse2亦具有2^N个可能输出，分别为S_PWM或S_d1、S_PWM或S_d2、...、S_PWM或S_dn。因此，在步骤604中，输出信号S_out的能量就不会集中在频率f_t、2*f_t以及3*f_t处，而是分散于频率f_t、2*f_t以及3*f_t附近，如图5所示，其中频率f_t是输入信号S_data的载波频率(Carrier frequency)。

以上所述仅为本发明的实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种信号产生装置，包含有：

信号调制单元，用来对输入信号进行脉宽调制操作以产生脉宽调制信号；

选择信号产生单元，用来产生至少一第一选择信号；以及

相位调整单元，耦接于该信号调制单元与该选择信号产生单元，用来接收该调制信号并依据该第一选择信号来调整该调制信号的脉宽以产生输出信号，

其中，该相位调整单元包含有：

相位延迟器，用来依据该调制信号来产生多个延迟信号，该多个延迟信号是分别对应不同相位；以及

选择电路，耦接于该相位延迟器与该选择信号产生单元，用来依据该多个延迟信号与该第一选择信号来产生该输出信号。

2.根据权利要求1所述的信号产生装置，其中该选择电路包含有第一多工器，用来依据该第一选择信号自该多个延迟信号中选取一特定延迟信号，且该输出信号是依据该特定延迟信号来被产生。

3.根据权利要求2所述的信号产生装置，其中该选择电路包含有：

逻辑电路，用来将该调制信号与该特定延迟信号进行逻辑运算以产生该输出信号。

4.根据权利要求3所述的信号产生装置，其中该选择信号产生单元还产生第二选择信号，且该逻辑电路将该调制信号与该特定延迟信号进行逻辑运算以产生多个脉冲信号，以及该选择电路包含有：

第二多工器，用来依据该第二选择信号以从该多个脉冲信号中选择一特定脉冲信号来作为该输出信号。

5.根据权利要求1所述的信号产生装置，其中该选择信号产生单元包含随机数产生器，用来产生至少一随机控制信号。

6.一种信号产生方法，包含有：

对输入信号进行脉宽调制操作以产生脉宽调制信号；

产生至少一第一选择信号；以及

根据该调制信号及该第一选择信号来调整该调制信号的脉宽以产生输出信号；

其中该第一选择信号为随机控制信号，

其中，产生该输出信号的该步骤包含有：

依据该调制信号来产生多个延迟信号，其中该多个延迟信号是分别对应不同相位；以及

依据该多个延迟信号与该第一选择信号来产生该输出信号。

7.根据权利要求6所述的信号产生方法，

其中产生该输出信号的该步骤还包含有：

依据该第一选择信号自该多个延迟信号中选取一特定延迟信号，且该输出信号是依据该特定延迟信号来被产生。

8.根据权利要求7所述的信号产生方法，还包含有：

将该调制信号与该特定延迟信号进行逻辑运算以产生该输出信号。

9.根据权利要求7所述的信号产生方法，还包含有：

产生第二选择信号；

将该调制信号与该特定延迟信号进行逻辑运算以产生多个脉冲信号；以及

依据该第二选择信号以从该多个脉冲信号中选择一特定脉冲信号来作为该输出信号；

其中该第二选择信号为随机控制信号。