CN101741325B - 带载波可调模块的d类音频功放及其载波调制方法 - Google Patents

Abstract

一种带载波可调模块的D类音频功放及其载波调制方法，属于D类音频功放技术领域。D类音频功放包括前置放大模块、比较器，其特征在于所述D类音频功放还包括载波可调模块，载波可调模块接收前置放大模块输出的音频信号、并根据输入的不同频率的音频信号输出的不同频率的载波信号；所述载波输入至放大器的第二端，所述载波信号与放大器第一端当前输入的音频信号进行比较，放大器输出脉宽调制波形。该D类音频功放在高音频和低音频的情况下均具有良好的性能。

Description

带载波可调模块的D类音频功放及其载波调制方法

技术领域

本发明涉及D类音频功放技术领域，具体涉及一种带载波可调模块的D类音频功放及其载波调制方法。

背景技术

D类功放(功率放大器)的输出信号为大电流且高频率的脉宽调制(PWM)开关信号，此PWM开关信号传递至喇叭时生成电磁波辐射而产生电磁干扰(EMI)。所述EMI含有宽广的频谱，不同的频段干扰不同的接收器。当前，降低EMI对接收器(喇叭等)干扰的方法有两种，第一种是降低干扰信号的强度，第二种是改变干扰频率。

降低干扰信号的强度的方法有：(1)缩短D类功放的喇叭线可以降低喇叭线的发射效率，以降低干扰辐射波的强度。(2)使用电感电容滤波器(LCFilter)将D类功放的开关信号滤波而取出其音频信号，再经喇叭线传至喇叭。如此喇叭线的传递信号为音频信号而高频的开关信号已被大幅衰减；由于D类功放在便携式电子产品的应用上其喇叭线的长度相对的短，故可使用磁珠(Bead)针对某些特别高次谐波作滤波，无须使用电感电容滤波器即可达到降低EMI的技术效果。

改变干扰频率的方法主要有：(1)扩谱(展频)的方法；展频的方式是将D类功放的高频载波频率随着时间做变更，如此则干扰信号即被分布在某几个频率区而非全部集中在一个频率区。如果高频载波频率平均轮换于10个频率则理论上EMI即可降低10db。(2)跳频的方法；除了降低高频的辐射信号之外，还有一个方法可以避免干扰的是使用跳频的方式；如果接收机在接收某个频率时被D类功放的高频开关信号所干扰，则可将D类功放的高频开关频率跳至另一频率；只要此开关频率不在接收机的带通滤波器(BandpassFilter)范围内，接收机即可有效的抑制干扰信号。

当前的扩谱方法中，通过D类功放脉宽调制可以使EMI信号的频率分布展宽。在其D类功放脉宽调制方法主要有(1)固定载波频率来调制的方法；(2)随机产生载波频率的调制方法。美国专利申请号为US20040232978、US20040232979的专利公布了一种随机产生载波频率的调制方法，它主要通过利用载波频率生产一个伪随机逻辑，因为其载波频率的改变也是随机的，这样，载波频率在频谱上表现为分散的而非集中的类似白噪声分布(功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声)，调制产生的脉宽调制开关波形(含音频信号)的EMI大幅度降低。该方案的载波频率与输入音频信号无关，在输入音频的高次谐波处，可能会因为载波频率不够高而对其干扰。因此高频性能会受到随机载波变化方式的影响。如果提高总体载波频率变化范围，则会带来EMI和功耗的上升。本发明提供另一种通过载波频率变化来调制的扩谱方法，来降低EMI。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种通过载波频率随音频信号频率变化来实现调制的D类音频功放及其调制方法，提高其高频性能和低频性能。

为解决上述技术问题，本发明提供的带载波可调模块的D类音频功放，包括前置放大模块、比较器，所述前置放大模块接收音频信号后经放大输出至比较器的第一端，所述比较器用于实现音频信号的脉冲宽度调制，其特征在于，所述D类音频功放还包括载波可调模块，所述载波可调模块接收前置放大模块输出的音频信号、并根据输入的不同频率的音频信号输出的不同频率的载波信号，所述载波信号输入至比较器的第二端。

根据本发明提供的带载波可调模块的D类音频功放，其中，所述载波可调模块包括接收前置放大模块输出音频信号的频率检测器和用于产生载波的载波发生器，所述频率检测器取样音频信号的谐波频率、并向载波发生器发出频率变化控制信号。

作为较佳技术方案，所述载波可调模块包括接收前置放大模块输出音频信号的频率检测器、用于产生载波的载波发生器和波形转换器，所述波形转换器用于取样载波发生器输出的载波信号并转换为方波信号输入至频率检测器，所述频率检测器利用波形转换器输出的方波取样音频信号的谐波频率、并向载波发生器发出频率变化控制信号。

根据本发明提供的带载波可调模块的D类音频功放，其中，所述载波发生器为三角波发生器，所述载波为三角波。所述载波发生器通过电流源对电容充电产生一定周期的三角波。所述载波信号的频率随音频信号频率的增大而增大，所述载波信号的频率随音频信号频率的减小而减小。

根据本发明提供的带载波可调模块的D类音频功放，其中，所述频率检测器包括采样器、微分器、编码器；采样器利用波形转换器提供的载波频率对音频信号采样，微分器用于对相邻采样点作微分并侦测频率大小，编码器根据微分器输出结果转化为可以控制三角波发生器频率的信号。

根据本发明提供的带载波可调模块的D类音频功放，其中，D类音频功放还包括信号放大模块、驱动模块以及反馈回路模块，所述信号放大模块接收放大器输出的信号并输出至驱动模块，所述反馈回路模块将驱动模块输出信号反馈至音频信号的输入端。

本发明还提供带载波可调模块的D类音频功放的载波调制方法，特征在于，载波可调模块产生频率大小随着当前音频信号的频率大小同步变化的载波信号，输入至放大器的第二端，所述载波信号与放大器第一端当前输入的音频信号进行比较，放大器输出脉宽调制波形。

根据本发明提供的载波调制方法，其中，所述载波可调模块对当前音频信号的采样频率随载波信号的频率同步变化。

本发明的技术效果是：由于一般情况下音频信号谐波频率是千变万化的，随输入的音频信号频率变化的载波频率也同样是千变万化的，从而使D类音频功放输出的脉宽调制开关信号在频谱上有一个比较宽的分布，达到展频降低EMI的技术效果。同时，对于谐波频率较高的音频信号，通过载波可调模块产生相对较高的载波信号进行调制，因而比较器输出的高频性能得以改善；对于谐波频率较低的音频信号，通过载波可调模块产生相对较低的载波信号进行调制，因此其EMI抑制效果更好、功耗也降低。

附图说明

图1是本发明提供的一种带载波可调模块的D类音频功放的实施例示意图；

图2是本发明提供的一种带载波可调模块的D类音频功放的又一实施例示意图；

图3是图2所示实施例的EMI频谱分布示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

图1所示为本发明提供的一种带载波可调模块的D类音频功放的实施例示意图。如图1所示，D类音频功放包括：前级放大模块20、载波可调模块30、比较器40、信号放大模块50、驱动模块60以及反馈回路70。其中，载波可调模块30包括频率检测器31、载波发生器32，在本发明实施例中，载波发生器优选为三角波发生器，产生三角波载波。前级放大模块20用于音频信号的初级放大，音频信号经过初级放大模块后，其频率不发生变化；前级放大模块20和载波可调模块30的输出信号分别输入至比较器40的第一端和第二端，用于实现脉宽调制作用；比较器40输出的信号是经过脉宽调制的高频方波信号并载有输入音频信号；信号放大模块50用于对所述高频方波信号进行信号放大并输入驱动模块60，驱动模块60用于驱动D类音频功放的外部功放设备，外部功放设备可以是喇叭等。反馈回路70一端接驱动模块60的输出端，另一端D类音频功放的输入端，用于控制增益、提高电源抑制比。本发明实施例的主要发明点在于，载波可调模块是一种其产生的载波频率能根据输入的信号频率可调，因此称之为载波可调模块。该载波可调模块30中，频率检测器31用于采样当前前级放大模块20输出的音频信号，频率检测器31根据采样的音频信号的频率变化，发出控制信号。载波发生器32接收频率检测器31的控制信号，产生一定频率的三角波形载波。当输入音频信号变大时，频率检测器31发出控制信号控制载波发生器32产生的波形的频率变化，使波发生器32产生的载波频率增大；反之，当输入音频信号变小时，通过调制波发生器32产生的载波频率变小。

载波可调模块30中的频率检测器31由采样器、微分器、编码器；其中，采样器利用波形转换器提供的载波频率对音频信号采样，微分器对相邻采样点作微分并侦测谐波频率大小，编码器根据微分器的结果转化为可以控制三角波发生器频率的信号。载波发生器32通过电流源对电容充电(设置上下阈值电压)产生固定周期的三角波；频率检测器输出信号控制，既可以控制电流源的充电电流，也可以控制电容大小(通常控制电流源较为方便)。这样，三角波发生器输出的载波频率就可以根据音频信号的谐波频率即时的变化。

图2所示为本发明提供的一种带载波可调模块的D类音频功放的又一实施例示意图。如图2所示，与图1所示实施例的主要区别在于载波可调模块30包括频率检测器31、载波发生器32和波形转换器33。波形转换器33将采样载波发生器32产生的三角载波信号转换成频率相等的方波信号输出至频率检测器31。频率检测器31采样当前前级放大模块20输出的音频信号，频率检测器31的采样频率由波形转换器33输出的波形的频率决定。当波形转换器输出的波形的频率增大(也即载波的频率增大)，频率检测器31对音频信号的采样频率增大，当波形转换器输出的波形的频率变小(也即载波的频率变小)，频率检测器31对音频信号的采样频率变小。频率检测器31根据采样的音频信号的频率变化，发出控制信号。载波发生器32接收频率检测器31的控制信号，产生一定频率的三角波形载波。当输入音频信号变大时，频率检测器31发出控制信号控制载波发生器32产生的波形的频率变化，使波发生器32产生的载波频率增大；反之，当输入音频信号变小时，通过调制波发生器32产生的载波频率变小。

同时，提供图2所示D类音频功放实施例的载波调制方法。

如图1所示，当频率检测器31检测到音频信号频率变高时，输出控制信号将控制载波发生器32的电流源电流增加，输出频率由此增大。同时，输出的载波通过波形转化器33转换成与输出载波等频率的方波，到达频率检测器，频率检测器根据输出载波频率的采样频率更快，从而实现在频率变高的谐波点以频率变高的载波输入至放大器40的第二端；频率检测器31检测到的音频信号同时输入至比较器的第二端；比较器第一端的信号与比较器第二端的信号进行比较，放大器输出脉宽调制波形。同理，当频率检测器31检测到音频信号频率变低时，输出控制信号将控制载波发生器32的电流源电流减小，输出频率由此减小。同时，输出的载波通过波形转化器33转换成与输出载波等频率的方波，到达频率检测器，频率检测器根据输出载波频率的采样频率变缓，从而实现在频率变低的谐波点以频率变低的载波输入至放大器40的第二端；频率检测器31检测到的音频信号同时输入至比较器的第二端；比较器第一端的信号与比较器第二端的信号进行比较，放大器输出脉宽调制波形。

由于一般情况下音频信号谐波频率是千变万化的，随输入的音频信号频率变化的载波频率也同样是千变万化的，从而使D类音频功放输出的脉宽调制开关信号在频谱上有一个比较宽的分布，达到展频降低EMI的技术效果。图3所示为图2所示实施例的EMI频谱分布示意图。同时，对于谐波频率较高的音频信号，通过载波可调模块产生相对较高的载波信号进行调制，因而比较器输出的高频性能得以改善；对于谐波频率较低的音频信号，通过载波可调模块产生相对较低的载波信号进行调制，因此其EMI抑制效果更好、功耗也降低。

在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。

Claims (9)

1.一种带载波可调模块的D类音频功放，包括前置放大模块、比较器，所述前置放大模块接收音频信号后经放大输出至比较器的第一端，所述比较器用于实现音频信号的脉冲宽度调制，其特征在于，所述D类音频功放还包括载波可调模块，所述载波可调模块接收前置放大模块输出的音频信号、并根据输入的不同频率的音频信号输出的不同频率的载波信号，所述载波信号的频率随音频信号频率的增大而增大，所述载波信号的频率随音频信号频率的减小而减小，所述载波信号输入至比较器的第二端。

2.根据权利要求1所述的D类音频功放，其特征在于，所述载波可调模块包括接收前置放大模块输出音频信号的频率检测器和用于产生载波的载波发生器，所述频率检测器利用波形转换器输出的方波来取样音频信号的谐波频率、并向载波发生器发出频率变化控制信号。

3.根据权利要求2所述的D类音频功放，其特征在于，所述载波可调模块还包括波形转换器，所述波形转换器用于取样载波发生器输出的载波信号并转换为方波信号输入至频率检测器。

4.根据权利要求2或3所述的D类音频功放，其特征在于，所述载波发生器为三角波发生器，所述载波为三角波。

5.根据权利要求2所述的D类音频功放，其特征在于，所述频率检测器包括采样器、微分器、编码器；采样器利用波形转换器提供的载波频率对音频信号采样，微分器用于对相邻采样点作微分并侦测频率大小，编码器根据微分器输出结果转化为可以控制三角波发生器频率的信号。

6.根据权利要求2或3所述的D类音频功放，其特征在于，所述载波发生器通过电流源对电容充电产生一定周期的三角波。

7.根据权利要求1所述的D类音频功放，其特征在于，所述D类音频功放还包括信号放大模块、驱动模块以及反馈回路模块，所述信号放大模块接收放大器输出的信号并输出至驱动模块，所述反馈回路模块将驱动模块输出信号反馈至音频信号的输入端。

8.一种如权利要求1所述的D类音频功放的载波调制方法，其特征在于，载波可调模块产生频率大小随着音频信号的频率大小同步变化的载波信号，输入至放大器的第二端，所述载波信号与放大器第一端当前输入的音频信号进行比较，放大器输出脉宽调制波形。

9.根据权利要求8所述的D类音频功放的载波调制方法，其特征在于，所述载波可调模块对音频信号的采样频率随载波信号的频率同步变化。

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