CN102215029B

CN102215029B - D类音频功率放大器及其音频信号处理方法

Info

Publication number: CN102215029B
Application number: CN201110121855.6A
Authority: CN
Inventors: 沈世龙; 黄武康; 代军; 杨志飞; 赵玉月; 马琳; 张伟; 周长胜; 殷明
Original assignee: JIAXING HEROIC ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIAXING HEROIC ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2031-05-11
Also published as: CN102215029A

Abstract

本发明公开了一种D类音频功率放大器及其音频信号处理方法。该D类音频功率放大器包括前级放大模块、三角波发生器、积分器、反馈回路、比较器和驱动模块；还包括幅值检测器，用于检测输入音频信号的幅值，幅值检测器的输入电压幅值在0V～2V范围内。由于增设了幅值检测器，本发明的D类音频功率放大器降低了还原的音频信号的饱和失真。PWM信号通过功率开关来驱动扬声器，而扬声器将音频信号还原，由于PWM信号的脉冲宽度准确包含了输入音频信号的幅值信息，本发明的D类音频功率放大器也提高了输出音质。

Description

D类音频功率放大器及其音频信号处理方法

技术领域

本发明涉及音频功率放大技术领域，尤其涉及一种D类音频功率放大器及其音频信号处理方法。

背景技术

D类音频功率放大器以高效率，低功耗，产生热量较小等优点，在手机，MP3等便携式电子产品中得到越来越广泛的应用。其工作原理是：D类音频功率放大器将输入音频信号与载波信号(三角波输出信号)比较以产生包含有输入音频信号信息的PWM(脉冲宽度调制)信号，PWM信号通过功率开关来驱动扬声器，而扬声器将音频信号还原。或者也可以将PWM信号在输出端输出，在后端加滤波器将音频信号还原后再驱动扬声器。

如图1所示，现有技术中的D类音频功率放大器包含有前级放大模块10、积分器20、比较器30、驱动模块40、反馈回路50和固定峰峰值的三角波发生器60。现有技术中的D类音频功率放大器的三角波输出信号的频率和幅值是固定的，当输入音频信号的幅值过大时，输入音频信号与三角波输出信号比较产生的PWM信号的脉冲宽度将不能准确包含输入音频信号的幅值信息，此时会在还原的音频信号上产生饱和失真。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种D类音频功率放大器的系统以克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种D类音频功率放大器及其音频信号处理方法，以降低现有技术中的D类音频功率放大器会由于输入的音频信号的幅值过大而导致输出的音频信号产生饱和失真。

为实现上述目的，本发明提供了一种D类音频功率放大器，包括前级放大模块、三角波发生器、积分器、反馈回路、比较器和驱动模块；还包括幅值检测器，用于检测输入音频信号的电压幅值，所述幅值检测器的输入电压幅值在0V～2V范围内；所述前级放大模块的输出端与所述幅值检测器和所述积分器的输入端连接，所述输入音频信号从通过所述前置放大模块的输出端输出到所述幅值检测器和所述积分器的输入端；所述幅值检测器的输出端与所述三角波发生器的输入端连接，所述幅值检测器的检测输出信号通过所述幅值检测器的输出端输出到所述三角波发生器的输入端；所述比较器的输入端与所述积分器和所述三角波发生器的输出端连接；所述检测输出信号的电压幅值随着所述输入音频信号的电压幅值的增大而增大；所述三角波输出信号的电压峰峰值随着所述检测输出信号的电压幅值的增大而增大。

较佳地，所述幅值检测器的输入电压幅值在0V～1.5V范围内。

较佳地，所述三角波输出信号的电压峰峰值在2V～4V范围内。

可替换地，所述检测输出信号的电压幅值随着所述输入音频信号的电压幅值的增大而减小，所述三角波输出信号的电压峰峰值随着所述检测输出信号的电压幅值的减小而增大。

为实现上述目的，本发明也提供了一种D类音频功率放大器的音频信号处理方法，a)提供一种幅值检测器，用于检测输入音频信号的电压幅值，所述幅值检测器通过所述输入音频信号来控制检测输出信号，所述检测输出信号的电压幅值随着所述输入音频信号的电压幅值的增大而增大，所述幅值检测器的输入电压幅值在0V～2V范围内；b)所述幅值检测器的所述检测输出信号输入三角波发生器并控制所述三角波发生器的三角波输出信号的电压峰峰值，所述三角波输出信号的电压峰峰值随着所述检测输出信号的电压幅值的增大而增大；c)所述三角波输出信号与包含有输入音频信号的信息的积分器输出信号在比较器中比较，当所述三角波输出信号的电压峰峰值大于所述积分器的输出信号的电压幅值时，所述比较器输出所述三角波输出信号。

较佳地，当所述输入音频信号的电压幅值在0V～0.3V范围内时，所述幅值检测器将输出所述检测输出信号，所述检测输出信号将控制所述三角波发生器输出电压峰峰值为2V的所述三角波输出信号；当所述输入音频信号的电压幅值在0.3V～0.6V范围内时，所述幅值检测器将输出所述检测输出信号，所述检测输出信号将控制所述三角波发生器输出电压峰峰值为2.5V的所述三角波输出信号；当所述输入音频信号的电压幅值在0.6V～0.9V范围内时，所述幅值检测器将输出所述检测输出信号，所述检测输出信号将控制所述三角波发生器输出电压峰峰值为3V的所述三角波输出信号；当所述输入音频信号的电压幅值在0.9V～1.2V范围内时，所述幅值检测器将输出所述检测输出信号，所述检测输出信号将控制所述三角波发生器输出电压峰峰值为3.5V的所述三角波输出信号；当所述输入音频信号的电压幅值在1.2V～1.5V范围内时，所述幅值检测器将输出所述检测输出信号，所述检测输出信号将控制所述三角波发生器输出电压峰峰值为4V的所述三角波输出信号。

较佳地，所述幅值检测器的输入电压幅值在0V～1.5V范围内。

较佳地，所述三角波输出信号的电压峰峰值在2V～4V范围内。

较佳地，所述三角波输出信号的频率在200KHz以上。

本发明提供的一种D类音频功率放大器及其音频信号处理方法有如下技术效果：由于增设了幅值检测器，幅值检测器使得三角波输出信号的电压峰峰值随着输入音频信号的电压幅值的增大而增大。包含有输入音频信号的信息的积分器输出信号与三角波输出信号在比较器中比较，当三角波输出信号的电压峰峰值大于积分器的输出信号的电压幅值时，比较器将输出三角波输出信号。由于比较器输出的PWM信号的脉冲宽度准确包含了输入音频信号的幅值信息，本发明的D类音频功率放大器及其音频信号处理方法降低了还原的音频信号的饱和失真。PWM信号通过功率开关来驱动扬声器，而扬声器将音频信号还原，由于PWM信号的脉冲宽度准确包含了输入音频信号的幅值信息，本发明的D类音频功率放大器及其音频信号处理方法也提高了输出音质。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是现有技术的D类音频功率放大器的结构框图；

图2是本发明的D类音频功率放大器的一较佳实施例的结构框图。

具体实施方式

如图2所示，根据本发明的D类音频功率放大器的一具体实施例，该D类音频功率放大器包括前级放大模块100、三角波发生器300、积分器400、反馈回路700、比较器500和驱动模块600。

D类音频功率放大器还包括幅值检测器200，用于检测输入音频信号150的电压幅值，幅值检测器200通过输入音频信号150的电压幅值来控制检测输出信号250。在本实施例中，幅值检测器200的输入电压幅值在0V～1.5V范围内。

幅值检测器200的输入端与前级放大模块100的输出端连接，输入音频信号150通过幅值检测器200的输入端输入。幅值检测器200的输出端与三角波发生器300的输入端连接，幅值检测器200的检测输出信号250通过幅值检测器200的输出端输出。

比较器500的输入端与积分器400和三角波发生器300的输出端连接。输入音频信号150从前置放大模块的输出端输出，输入到幅值检测器200和积分器400中。幅值检测器200输出检测输出信号250，检测输出信号250输入三角波发生器300。

三角波发生器300根据检测输出信号250控制三角波发生器300的三角波输出信号350的电压峰峰值。检测输出信号250的电压幅值随着输入音频信号150的电压幅值的增大而增大；三角波输出信号300的电压峰峰值随着检测输出信号250的电压幅值的增大而增大。

其中，输入音频信号150的电压幅值与三角波输出信号350的电压峰峰值之间的对应关系如下：

当输入音频信号150的电压幅值在0V～0.3V范围内时，幅值检测器200将输出检测输出信号250，检测输出信号250将控制三角波发生器300输出电压峰峰值为2V的三角波输出信号350。

当输入音频信号150的电压幅值在0.3V～0.6V范围内时，幅值检测器200将输出检测输出信号250，检测输出信号250将控制三角波发生器300输出电压峰峰值为2.5V的三角波输出信号350。

当输入音频信号150的电压幅值在0.6V～0.9V范围内时，幅值检测器200将输出检测输出信号250，检测输出信号250将控制三角波发生器300输出电压峰峰值为3V的三角波输出信号350。

当输入音频信号150的电压幅值在0.9V～1.2V范围内时，幅值检测器200将输出检测输出信号250，检测输出信号250将控制三角波发生器300输出电压峰峰值为3.5V的三角波输出信号350。

当输入音频信号150的电压幅值在1.2V～1.5V范围内时，幅值检测器200将输出检测输出信号250，检测输出信号250将控制三角波发生器300输出电压峰峰值为4V的三角波输出信号350。

由于增设了幅值检测器200，幅值检测器200使得三角波输出信号300的电压峰峰值随着输入音频信号150的电压幅值的增大而增大。包含有输入音频信号150的信息的积分器400输出信号与三角波输出信号350将输入比较器500并在比较器500中比较。当三角波输出信号350的电压峰峰值大于积分器400的输出信号的电压幅值时，比较器500将输出三角波输出信号350。

由于比较器输出的PWM信号的脉冲宽度准确包含了输入音频信号150的幅值信息，本发明的D类音频功率放大器及其音频信号处理方法降低了还原的音频信号的饱和失真。PWM信号通过功率开关来驱动扬声器，而扬声器将音频信号还原，由于PWM信号的脉冲宽度准确包含了输入音频信号150的幅值信息，本发明的D类音频功率放大器及其音频信号处理方法也提高了输出音质。

在本实施例中，三角波输出信号350的电压幅值在2V～4V范围内，三角波输出信号350的频率在200KHz以上。

在其他实施例中，检测输出信号250的电压幅值随着输入音频信号150的电压幅值的增大而减小；三角波输出信号300的电压峰峰值随着检测输出信号250的电压幅值的减小而增大。

在其他实施例中，幅值检测器200的输入电压幅值可根据输入的音频信号的最大幅值调整。一般的应用中，幅值检测器200的输入电压幅值在0V～2V范围内。

在其他实施例中，通过三角波发生器300，三角波输出信号350的峰峰值随着检测输出信号250的电压幅值的减小而增大。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种D类音频功率放大器的音频信号处理方法，包括以下步骤：

a)提供一种幅值检测器，用于检测输入音频信号的电压幅值，所述幅值检测器通过所述输入音频信号来控制检测输出信号，所述检测输出信号的电压幅值随着所述输入音频信号的电压幅值的增大而增大，所述幅值检测器的输入电压幅值在0V～2V范围内；

其特征在于，

b)所述幅值检测器的所述检测输出信号输入三角波发生器并控制所述三角波发生器的三角波输出信号的电压峰峰值，所述三角波输出信号的电压峰峰值随着所述检测输出信号的电压幅值的增大而增大；当所述输入音频信号的电压幅值在0V～0.3V范围内时，所述幅值检测器将输出所述检测输出信号，所述检测输出信号将控制所述三角波发生器输出电压峰峰值为2V的所述三角波输出信号；当所述输入音频信号的电压幅值在0.3V～0.6V范围内时，所述幅值检测器将输出所述检测输出信号，所述检测输出信号将控制所述三角波发生器输出电压峰峰值为2.5V的所述三角波输出信号；当所述输入音频信号的电压幅值在0.6V～0.9V范围内时，所述幅值检测器将输出所述检测输出信号，所述检测输出信号将控制所述三角波发生器输出电压峰峰值为3V的所述三角波输出信号；当所述输入音频信号的电压幅值在0.9V～1.2V范围内时，所述幅值检测器将输出所述检测输出信号，所述检测输出信号将控制所述三角波发生器输出电压峰峰值为3.5V的所述三角波输出信号；当所述输入音频信号的电压幅值在1.2V～1.5V范围内时，所述幅值检测器将输出所述检测输出信号，所述检测输出信号将控制所述三角波发生器输出电压峰峰值为4V的所述三角波输出信号；

c)所述三角波输出信号与包含有输入音频信号的信息的积分器输出信号在比较器中比较，当所述三角波输出信号的电压峰峰值大于所述积分器的输出信号的电压幅值时，所述比较器输出所述三角波输出信号。

2.根据权利要求1所述的D类音频功率放大器的音频信号处理方法，其特征在于：所述三角波输出信号的频率在200KHz以上。