CN101771386B - 具有抗饱和失真电路的d类音频功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有抗饱和失真电路的D类音频功率放大器，包含依次连接的增益控制电路、积分器，以及PWM电路，PWM电路连接驱动电路和喇叭，另外，本发明的具有抗饱和失真电路的D类音频功率放大器还包含相互连接的饱和检测电路和时钟选择电路，并且该饱和检测电路和时钟选择电路耦接于所述PWM电路和所述增益控制电路之间，所述时钟选择电路连接所述增益控制电路。本发明能将电路稳定在一固定增益间，实现D类音频功率放大器的抗饱和失真。

Description

具有抗饱和失真电路的D类音频功率放大器

技术领域

本发明涉及一种D类音频功率放大器，特别是涉及一种具有抗饱和失真电路的D类音频功率放大器。

背景技术

目前，实现音频放大的音频系统放大器有A类放大器，AB类放大器、B类放大器，以及D类放大器，其中，D类放大器相对于其他类的放大器而言，功耗最小，因此产生的热量也较少，能节省印制电路板(PCB)的面积和成本，并且能够延长便携式系统的电池寿命。基于上述优点，D类放大器的应用前景十分广泛。

但现有的D类音频功率放大器，在一定输入条件下，随着增益的增加，输出功率也会随之增大，从而会使得电路进入饱和状态。在音频应用中，体现出的特征是失真加大，波形产生削波现象。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种能改善电路饱和失真现象，具有抗饱和失真电路的D类音频功率放大器。

本发明采用如下技术方案：

一种具有抗饱和失真电路的D类音频功率放大器，包含依次连接的增益控制电路、积分器，以及PWM电路，该PWM电路连接驱动电路和喇叭，所述具有抗饱和失真电路的D类音频功率放大器还包含相互连接的饱和检测电路和时钟选择电路，并且该饱和检测电路和时钟选择电路耦接于所述PWM电路和所述增益控制电路之间，所述时钟选择电路连接所述增益控制电路。

所述饱和检测电路还单独耦接于所述PWM电路与所述增益控制电路之间。

所述增益控制电路包含差分放大器和电阻/开关阵列。

所述电阻开关阵列由饱和检测电路和时钟选择电路控制。

所述时钟选择电路输出两个时钟控制信号：用于控制增益降低的短时钟信号，和用于控制增益增加的长时钟信号。

所述长时钟信号和短时钟信号通过控制所述电阻/开关阵列来控制增益的增加和降低。

以下将结合附图，对本发明的其他方面和本发明的优点给予详细阐释。

附图说明

图1是本发明的具有抗饱和失真电路的D类音频功率放大器的方块示意图；

图2是本发明的增益控制电路的电路原理示意图；

图3是本发明的电阻/开关阵列的结构示意图；

图4是本发明的时钟选择电路的电路原理示意图；

图5是本发明的饱和检测电路的电路原理示意图；

图6是本发明的PWM电路的电路原理示意图；

图7A是未采用本发明技术方案时D类音频功率放大器输出的信号波形示意图；

图7B是采用本发明技术方案后D类音频功率放大器输出的信号波形示意图。

图中主要元件符号说明

1、增益控制电路，11、电阻/开关阵列，12、差分放大器，121、差分放大器的正输入端，122、差分放大器的负输入端，123、差分放大器的输出端，2、积分器，3、PWM电路，4、驱动电路，5、饱和检测电路，6、时钟选择电路，7、喇叭；

S1、音频信号，S2、基准电压信号，S3～S6、信号，S7、短时钟信号，S8、长时钟信号，S9、系统时钟信号，S13、三角波信号。

具体实施方式

请参阅图1，本发明的具有抗饱和失真电路的D类音频功率放大器包含：依次连接的增益控制电路1、积分器2，以及PWM电路3，该PWM电路3连接驱动电路4和喇叭7；该PWM电路3和所述增益控制电路1之间耦接有相互连接的饱和检测电路5和时钟选择电路6，所述时钟选择电路6连接所述增益控制电路1，并且该饱和检测电路5还单独耦接于所述PWM电路3和所述增益控制电路1之间。请进一步参阅图中所示的箭头及其指向，增益控制电路1用于接收音频信号S1和基准电压信号S2，以改变电路的增益；积分器2用于对来自增益控制电路1的信号S3进行积分，并输出信号S4至PWM电路3；PWM电路3用来生成脉冲调制信号S5，并将其输入至驱动电路4，驱动喇叭7；饱和检测电路5用以根据来自PWM电路3的脉冲调制信号S5，检测电路是否达到饱和状态；时钟选择电路6用以根据来自饱和检测电路5的信号S6，产生短时钟信号S7或长时钟信号S8，以逐级减小或增大增益。

请进一步参阅图2和图3。如图2所示，增益控制电路1包含差分放大器12和电阻/开关阵列11，差分放大器12的正输入端121接收基准电压信号S2，负输入端122和输出端123均连接电阻/开关阵列11，且输出端123输出信号S3。请进一步参阅图3，差分放大器12的负输入端122连接所有开关112的公共端、输出端123连接电阻111。电阻/开关阵列11的另外一个端子接收音频信号S1，开关112连接时钟选择电路6，该时钟选择电路6能产生短时钟信号S7和长时钟信号S8。请继续参阅图4，其显示时钟选择电路6的电路原理图。如图所示，本发明的时钟选择电路6可以由若干个连接在一起的D触发器构成，该若干个连接在一起的D触发器接收系统时钟信号S9，并通过开关SW1输出短时钟信号S7，通过开关SW2输出长时钟信号S8，开关SW1和SW2由来自饱和检测电路5的信号S6控制。

请继续参阅图5，其显示饱和检测电路5的电路原理示意图，如图所示，相互连接的若干个D触发器接收系统时钟信号S9和PWM电路3输出的信号S5，并输出信号S6至时钟选择电路6。当PWM电路3输出的信号S5饱和时，每个D触发器接收到的PWM电路3输出的信号S5均为高电平，经过N个时钟后(N由D触发器个数控制)，饱和检测电路5输出的信号S6为高电平，并使得时钟选择电路6产生一短时钟信号S7；当PWM电路3输出的信号S5退出饱和后，S5为高电平的时间无法维持N个时钟，饱和检测电路5输出的信号S6为低电平，使时钟选择电路6产生一长时钟信号S8。

请继续参阅图6，其显示PWM电路3的电路原理示意图，如图所示，PWM电路3包含一比较器，该比较器31的正输入端接收来自积分器2的信号S4，负输入端接收另外输入的三角波信号S13，输出端输出信号S5。请再次参阅图1，工作时，增益控制电路1接收音频信号S1和基准电压信号S2，并经差分放大器12放大后输出信号S3至积分器2，信号S3经积分器2处理后得到信号S4，该信号S4与PWM电路3的另外输入的三角波信号S13进行比较，获得信号S5，并以此经驱动电路4驱动喇叭7发出声音。PWM电路3同时将发出的信号S5反馈至饱和检测电路5，若饱和检测电路5检测到的信号过饱和，则输出的信号S6启动时钟选择电路6和增益控制电路1的电阻/开关阵列11，并调整时钟选择电路6发出一短时钟信号S7，使开关112组成的开关阵列中的导通开关的比例减小，增益控制电路1的增益减小，PWM电路3的输出信号的占空比降低；反之，若饱和检测电路5检测到的信号较弱，则输出的信号S6启动时钟选择电路6和增益控制电路1的电阻/开关阵列11后，会控制时钟选择电路6产生一长时钟信号S8，使开关112组成的开关阵列中的导通开关的比例增大，增益控制电路1的增益增大，PWM电路3的输出信号的占空比升高。

图7A和图7B示意性显示了采用本发明技术方案前后的D类音频功率放大器输出波形的变化。在图7A中，当增益较大时，功率放大器产生削波现象；采用本发明技术方案后，如图7B所示，波形完整。

本发明通过在D类音频功率放大器中设置一饱和检测电路，并巧妙的利用时钟选择电路，使电路稳定在一固定增益间，避免输出信号饱和失真，实现D类音频功率放大器的抗饱和失真。

综上所述，虽然本发明已揭露了较佳的实施例，但该些较佳实施例并非用以限制本发明，该领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可以用其它具体形式来体现本发明的精神，因此本发明的保护范围应以权利要求界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种具有抗饱和失真电路的D类音频功率放大器，包含依次连接的增益控制电路、积分器，以及PWM电路，该PWM电路连接驱动电路和喇叭，其特征在于，所述具有抗饱和失真电路的D类音频功率放大器还包含相互连接的饱和检测电路和时钟选择电路，并且该饱和检测电路和时钟选择电路耦接于所述PWM电路和所述增益控制电路之间，所述时钟选择电路连接所述增益控制电路。

2.根据权利要求1所述的具有抗饱和失真电路的D类音频功率放大器，其特征在于，所述饱和检测电路还单独耦接于所述PWM电路与所述增益控制电路之间。

3.根据权利要求1所述的具有抗饱和失真电路的D类音频功率放大器，其特征在于，所述增益控制电路包含差分放大器和电阻/开关阵列。

4.根据权利要求3所述的具有抗饱和失真电路的D类音频功率放大器，其特征在于，所述电阻/开关阵列由饱和检测电路和时钟选择电路控制。

5.根据权利要求1或4所述的具有抗饱和失真电路的D类音频功率放大器，其特征在于，所述时钟选择电路输出两个时钟控制信号：用于控制增益降低的短时钟信号，和用于控制增益增加的长时钟信号。

6.根据权利要求5所述的具有抗饱和失真电路的D类音频功率放大器，其特征在于，所述长时钟信号和短时钟信号通过控制所述电阻/开关阵列来控制增益的增加和降低。

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