CN101632225B - 用于产生具有低音频频段噪声成分的三角波形的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

一种三角波形发生器，包括矩形波形时钟电路和主动积分器。主动积分器接收来自矩形波形时钟电路的输入，并产生三角波形输出。将主动反馈网络有效地添加至主动积分器，以减少三角波形输出中的音频频段噪声成分。反馈网络起DC平衡作用而不显著牺牲三角波形输出的线性特性。

Description

用于产生具有低音频频段噪声成分的三角波形的方法及设备
相关申请的交叉引用 
本申请要求于2007年1月25日提交的序号为60/886,643的美国临时专利申请的优先权，其全部内容一并在此作为参考。 
技术领域
本发明涉及D类放大器电路。更具体地，本发明涉及用于产生具有低音频频段噪声成分的三角波形的设备及方法。 
背景技术
D类音频放大器是输出级中的有源器件以开/关模式工作(即，作为切换)电子放大器。将音频输入信号转换成平均值与信号的幅度成正比的脉冲序列。这些类型的放大器可以使用PWM(脉冲宽度调制)、脉冲频率调制或积分三角(sigma delta)调制。优选地，脉冲的频率比输入信号中所关心的最高频率要高得多。切换输出包括脉冲串，所述脉冲串的宽度是正被放大的信号的幅度和频率的函数。然而，典型地，输出包含可能引起失真的、不良谱分量(脉冲频率及其谐波)。 
典型的D类音频放大器通过向比较器10(图1)馈送模拟音频输入12(图1)以及来自三角波发生器(未示出)的振荡器斜坡输入(rampinput)14来产生PWM输出信号。在矩形波形PWM输出信号16(图1)中，再现了三角波中存在的音频频段噪声。传统负反馈技术试图降低在此级引入的噪声。然而，在音频带宽的高端，D类放大器的环路增益通常是很低的，因而限制了这些技术的效果。本发明通过取而代之地降低存在于振荡器斜坡输入14(图1)上的音频噪声来克服现有技术的缺陷。 
发明内容
此处所公开的一些实施例总体涉及一种设备和方法，用于产生具有低音频频段噪声成分的三角波形，以供在D类放大器电路中和其他应用使用。
在本发明的一个或更多个实施例中，三角波形产生设备包括矩形波形时钟电路以及主动积分器。主动积分器接收来自矩形波形时钟电路的输入，并产生三角波形输出。将主动反馈网络有效地添加至主动积分器，以减少三角波形输出中的音频频段噪声成分。反馈网络起DC平衡作用而不显著牺牲三角波形输出的线性特性。
在一个或更多个实施例中，本发明的三角波形产生方法包括以及步骤：
(a)使用矩形波形时钟电路；
(b)提供主动积分器，所述主动积分器接收来自矩形波形时钟电路的输入；
(d)有效地将主动反馈网络耦合至主动积分器；以及
(e)调节有效耦合的主动反馈网络，以帮助减少三角波形输出中的音频频段噪声成分。
根据附图和以下对本发明的详细描述，本发明的这些和其他方面将变得显而易见。
附图说明
图1是现有技术的典型D类放大器设计的示意图。
图2是现有技术的传统三角波形发生器的示意图。
图3是由图2的三角波形发生器产生的输出信号的图形表示。
图4描述了图2的三角波形发生器的主动积分器增益的波特(Bode)幅度图。
图5是根据本发明实施例构造的三角波形发生器的示意图。
图6是根据本发明备选实施例构造的三角波形发生器的示意图。
图7是图5的三角波形发生器的主动积分器增益的波特幅度图。
具体实施方式
以下结合附图所记载的详细描述旨在描述举例说明的示例实施例，而并非旨在表示可以构造和/或使用这些实施例的仅有形式。所述描述结合实施例阐述了用于构造和操作本发明的功能以及步骤序列。然而，应当理解的是，可以利用也旨在包含于本发明的精神和范围之内的不同实施例来实现相同或等效的功能和/或步骤序列。
如参考图5-7一般性描述的，将参考用于产生具有低音频频段噪声成分的三角波形的设备和方法来详细描述本发明的一些实施例。通过以下描述，本发明的附加实施例、特征和/或优点将变得明显，或者通过实践本发明了解到本发明的附加实施例、特征和/或优点。在附图中，各个附图不是按实际比例绘制的，其中，在附图和说明书中相同的附图标记表示相同的特征。
图2示出了具有有限DC增益的传统三角波形发生器18，该三角波形发生器18接收来自矩形波时钟20的输入，并输出三角波形22。本领域技术人员将容易意识到，三角波形发生器18的一个缺点是，DC增益极限必须足够低才能为三角波形输出22提供可接受的DC偏置。然而，如参考图3一般性描述的，这损害了三角波形发生器18所产生的三角波的线性特性。如图4的波特图所示，使用这种设计的另一缺点是音频带宽中的高增益，这导致矩形波时钟20上存在的任何噪声都将被放大。
图5示意性地示出了根据本发明实施例构造的三角波形发生器24。具体地，三角波形发生器24并入了主动反馈网络26(图5)，以有利地产生具有低音频频段噪声的三角波形输出28(图5)。三角波形发生器24接收来自矩形波时钟25(图5)的输入，所述矩形波时钟25向系统中引入噪声。三角波形发生器24还包括主动积分器27，所述主动积分器27有效地耦合至反馈网络26。
主动反馈网络26(图5)被配置为：在音频频率下具有高增益，在转换频率下具有低增益，以避免图3的输出非线性。反馈信号包括具有近似平坦增益的区域，以满足系统稳定性需要。在图7中描述了分别示出了正向增益和反馈增益的波特图。
图6示意性地示出了根据本发明的备选实施例构造的三角波形发生器30。具体地，三角波形发生器30并入了主动反馈网络32(图6)，所述主动反馈网络32有助于降低三角波形输出34(图6)中的音频频段噪声。三角波形发生器30接收来自矩形波时钟36(图6)的输入，所述矩形波时钟36向系统中引入噪声。三角波形发生器30还包括主动积分器31，所述主动积分器有效地耦合至反馈网络32。
主动反馈网络32被配置为在音频频率下具有高增益，在转换频率下具有低增益，以避免图3的输出非线性。反馈信号包括具有近似平坦增益的区域，以满足系统稳定性需要。
本领域技术人员将认识到，将带有分频频率(crossover frequency)以下的一个或更多个极点以及分频频率以上的一个或更多个极点的主动反馈网络(如图5或图6所示的主动反馈网络)添加至三角波形发生器，使得实质上降低了输出信号的音频频段噪声。这继而降低了脉冲宽度调制器的音频频段噪声，从而降低了整个D类放大器的音频频段噪声。
本领域技术人员还将认识到，根据本发明的一般原理并入主动反馈网络还具有以下附加的优点：即，起DC(直流)平衡的作用而不显著牺牲三角波形输出线性特性。
本发明的低音频三角波形发生器适于用作D类放大器的比较器输入，以及适于需要低音频噪声三角波形的其他应用。
上述示例实施例仅说明了本发明的一般原理。在本发明的范围之内可以采用各种设计变型。例如，本领域技术将意识到，可以利用具有成品组件的各种其他配置来实现本发明的三角波形发生器。因此，举例而言但并非限制性地，可以根据此处的启示使用各种备选配置。相应地，附图和说明书仅仅是说明性的而并非是限制性的。因此，本发明意在覆盖其所有实施例和变体，只要这样的实施例和变体在所附权利要求及其等价物的范围之内。

Claims (12)

1.一种用于产生具有低音频频段噪声成分的三角波形的电路，包括：
矩形波形发生器，具有比音频频率高得多的脉冲频率；
主动积分器，接收来自所述矩形波形发生器的输入，所述主动积分器被配置为产生三角波形输出；
主动反馈网络，在音频频率下呈现高增益并且在所述脉冲频率下呈现低增益，被有效地耦合至所述主动积分器，所述主动反馈网络被配置为具有在DC处的最高增益、在一个分频频率以下的第一极点、在所述分频频率以上的第二极点以及在所述第一极点和第二极点之间的平坦增益区域，从而降低所述三角波形输出中的音频频段噪声。
2.根据权利要求1所述的电路，还包括：比较器，接收所述三角波形输出以及音频输入信号。
3.根据权利要求1所述的电路，其中，所述主动反馈网络具有多于一个在分频频率以下的极点。
4.根据权利要求1所述的电路，其中，所述主动反馈网络具有多于一个在分频频率以上的极点。
5.根据权利要求3所述的电路，其中，所述主动反馈网络具有多于一个在所述分频频率以上的极点。
6.根据权利要求2所述的电路，其中，所述比较器基于所述音频输入信号的幅度和频率提供包括脉冲的输出信号。
7.一种产生具有低音频频段噪声成分的三角波形的方法，包括以下步骤：
产生具有比音频频率高得多的脉冲频率的矩形波形；
对所述矩形波形进行积分以产生三角波形；
由所述三角波形产生反馈信号；
通过应用传递函数来修正所述反馈信号，所述传递函数具有在DC处的最高增益、在一个分频频率以下的第一极点、在所述分频频率以上的第二极点以及在所述第一极点和第二极点之间的平坦增益区域，从而在音频频率下具有高增益并在所述脉冲频率下具有低增益；
将所述修正后的反馈信号与所述矩形波形加以组合，以降低所述三角波形中的音频频段噪声。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括步骤：将所述三角波形与音频输入信号进行比较。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述传递函数具有多于一个在分频频率以下的极点。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述传递函数具有多于一个在分频频率以上的极点。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述传递函数具有多于一个在所述分频频率以上的极点。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括步骤：基于所述音频输入信号的幅度和频率产生包括脉冲的输出信号。
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