CN102299688A - 一种音频功率放大器及音频功放模式切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音频功率放大器及音频功放模式切换方法，以实现功放模式的切换，满足电子产品在不同的功能模式下对功耗、EMI的要求。该方法包括：音频功率放大器所在设备判断设备当前所处的功能模式对应的功耗低于功耗阈值时，通过S_MOD指示开关阵列单元接通Class AB驱动单元的控制信号；判断功耗大于或等于功耗阈值时，且开启对EMI敏感程度较大的功能单元时，向开关阵列单元发送用于指示接通Class AB驱动单元的控制信号；判断功耗大于或等于功耗阈值且不开启对EMI敏感程度较大的功能单元时，指示开关阵列单元接通Class D调制单元，从而实现根据电子产品不同功能对功耗、EMI的要求进行功放模式的切换。

Description

一种音频功率放大器及音频功放模式切换方法

技术领域

本发明涉及电子电路设计领域，尤其涉及一种集成电路音频功率放大器以及采用该音频功率进行音频功放模式切换的方法。

背景技术

音频功率放大器是音频后端处理必不可少的设备，其主要功能是将音频信号放大之后输出给终端接收器，如耳机，扬声器等。目前，音频功率放大器根据工作模式划分为两大类：一类是Class AB功率放大器，另一类是Class D功率放大器。

Class D功率放大器，如图1所示，输出的是离散信号，该Class D功率放大器的功率管工作在开关状态，采用该Class D功率放大器来进行音频功放具有很高的输出效率，但是由于其输出信号具有瞬态的大幅度电位变化，如切换频率在200kHz以上，因此，采用Class D功率放大器进行音频功放具有较大的高频能量，即EMI(Electro Magnetic Interference，电磁干扰)较大，不适用于对EMI较敏感的便携式音频电子系统中。

Class AB功率放大器，如图1所示，输出的是连续信号，该Class AB功率放大器的功率管工作在连续状态，输出的音频带内的连续信号，无高频能量，因此EMI很小；但是由于功率管工作在连续状态下，所以很大部分能量耗散在功率管上，因此，采用Class AB功率放大器进行音频功放的输出效率较低。

综上，该两类功率放大器的工作状态不同，目前该两类功率放大器采取独立设计，分别设计成独立的集成电路。在便携式音频电子系统中，音频后端设备根据需要要么选取Class AB功率放大器来进行音频功放，要么选取Class D功率放大器进行音频功放。采用该种方式的缺陷是，针对某一音频电子产品可能具有多种功能，不同的功能对功耗、EMI的要求都不同。如，便携式多媒体音频系统中，对存储介质(如Flash)上的音频数据文件解码后，音乐播放要求尽量低功耗、时间长，此时对EMI要求不严格；而该多媒体音频系统进行FM(Frequency Modulation，调频)收音时，为获得较为清晰的音频信号，需要较低的EMI，以避免高频干扰影响FM接收的灵敏度；因此，若在该便携式多媒体音频系统中设置Class D功率放大器进行音频功放，虽可以满足音乐播放模式下对功耗、EMI的要求，但是由于Class D功率放大器的EMI较大，因此并不能满足FM模式下对功耗、EMI的要求；同理，若在该便携式多媒体音频系统中设置Class AB功率放大器，虽然能够满足FM模式下对功耗、EMI的要求，但是由于Class AB功率放大器的输出效率较低，因此并不能满足音乐播放模式下对功耗、EMI的要求。

目前，在实际的音频产品具备有种类繁多且较为复杂的功能(如便携式多媒体音箱、便携式MP3等)，在不同的功能下对EMI、功耗的要求都不一样，若针对该类电子产品，选择Class AB功率放大器或Class D功率放大器进行音频功放处理，可能会满足部分功能对EMI、功耗的要求，而对于其他功能对EMI、功耗的要求则不满足。

发明内容

本发明提供一种音频功率放大器及音频功放模式切换的方法，以实现功放模式切换，满足电子产品在不同的功能模式下对功耗、EMI的要求。

一种音频功率放大器，包括：

前置放大单元，用于对接收到的单端音频电压信号进行差分放大处理，得到两路双端差分信号并输出；

外部逻辑控制端口，与开关阵列单元连接，用于根据所述音频功率放大器所在的设备当前所处的功能模式对功耗、电磁干扰EMI的要求，输出控制信号，以指示所述开关阵列单元接通Class AB驱动单元或Class D调制单元；

开关阵列单元，分别与所述前置放大单元、外部逻辑控制端口连接，用于根据所述外部逻辑控制端口输出的控制信号，接通Class AB驱动单元或Class D调制单元；并将所述前置放大单元输出的差分信号转换成与接通的Class AB驱动单元或Class D调制单元对应的第一差分信号或第二差分信号；

Class AB驱动单元，与所述开关阵列单元连接，用于在所述开关阵列单元接通该Class AB驱动单元时，对所述开关阵列单元输出的第一差分信号进行音频功放处理，并输出音频功放处理之后的第一差分信号；

Class D调制单元，与所述开关阵列单元相连接，用于在所述开关阵列单元接通该Class D调制单元时，对所述开关阵列单元输出的第二差分信号进行音频功放处理，并输出音频功放处理之后的第二差分信号；

输出选择单元，分别与所述Class AB驱动单元、Class D调制单元连接，用于对所述Class AB驱动单元第一差分信号进行放大处理并输出；用于对所述Class D调制单元输出第二差分信号进行处理并输出；

功率输出单元，与所述输出选择单元相连接，用于对所述输出选择单元输出的信号进行处理并输出给负载。

一种采用上述音频功率放大器进行音频功放切换的方法，包括：

所述音频功率放大器所在的设备判断设备当前所处的功能模式对应的功耗是否低于设定的功耗阈值，若低于所述功耗阈值，则向通过外部逻辑控制端口开关阵列单元发送用于指示接通Class AB驱动单元的控制信号；若高于或等于所述功耗阈值，则判断所述功能模式是否开启电磁干扰EMI敏感程度大于设定的敏感程度的功能单元，若开启，则通过外部逻辑控制端口向开关阵列单元发送用于指示接通Class AB驱动单元的控制信号，若不开启，则通过外部逻辑控制端口向开关阵列单元发送接通Class D调制单元的控制信号；

开关阵列单元根据所述外部逻辑控制端口发送的控制信号，接通Class AB驱动单元或Class D调制单元。

本发明实施例中，音频功率放大器所在设备判断设备当前所处的功能模式对应的低于功耗阈值时，向开关阵列单元发送用于指示接通Class AB驱动单元的控制信号；判断功耗高于或等于功耗阈值且开启对EMI敏感程度较大的功能单元时，向开关阵列单元发送用于指示接通Class AB驱动单元的控制信号；判断功耗高于或等于功耗阈值且不开启对EMI敏感程度较大的功能单元时，向开关阵列单元发送接通Class D调制单元的控制信号，从而实现根据电子产品不同功能对功耗、EMI的要求进行功放模式的切换。

附图说明

图1为现有技术中功率放大器对音频信号进行处理的示意图；

图2为本发明实施例中音频功率放大器的结构示意图；

图3为本发明实施例中音频功率放大器的前置放大电路和开关阵列单元相连接的电路结构图；

图4-1、图4-2、图4-3、图4-4、图4-5、图4-6为本发明实施例中音频信号处理电路图；

图5为本发明实施例中采用音频功率放大器进行音频功放模式切换的流程图。

具体实施方式

为满足电子产品在不同的功能模式下对功耗、EMI的要求，本发明实施例提供一种音频功率放大器，该音频功率放大器包括：前置放大单元、开关阵列单元、Class AB驱动单元、Class D调制单元、选择输出单元以及功率输出单元；外部逻辑控制端口(即S_MOD)根据电子产品当前所处的功能模式对功耗、EMI的指标来控制开关阵列单元、输出选择单元选择Class AB驱动单元或Class D调制单元来进行音频功放处理。采用本发明实施例提供的音频功率放大器，可根据电子产品在不同功能模式下对EMI、功耗的要求选择该音频放大器中不同的音频功放模式来进行音频功放处理。

下面结合说明书附图对本发明技术方案进行详细的描述。

参见图2，为本发明实施例中音频功率放大器的结构示意图，该音频放大器包括：

前置放大单元1，用于对接收到的单端音频电压信号进行差分放大处理，得到两路双端差分信号并输出。

外部逻辑控制端口，与开关阵列单元2连接，用于根据音频功率放大器所在的设备当前所处的功能模式对功耗、EMI的要求，输出控制信号，以指示开关阵列单元2接通Class AB驱动单元3或Class D调制单元4。

开关阵列单元2，分别与前置放大单元1、外部逻辑控制端口连接，用于根据外部逻辑控制端口输出的控制信号，接通Class AB驱动单元3或Class D调制单元4；并将前置放大单元1输出的差分信号转换成与接通的Class AB驱动单元3或Class D调制单元4对应的第一差分信号或第二差分信号。

Class AB驱动单元3，与开关阵列单元2连接，用于在开关阵列单元2接通该Class AB驱动单元3时，对开关阵列单元2输出的与该Class AB驱动单元3对应第一差分信号进行音频功放处理，并输出音频功放处理之后的第一差分信号。

Class D调制单元4，与开关阵列单元2连接，用于在开关阵列单元2接通该Class D调制单元4时，对关阵列单元2输出的与该Class D调制单元4对应的第二差分信号进行音频功放处理，并输出音频功放处理之后的第二差分信号。

输出选择单元5，分别与Class AB驱动单元3、Class D调制单元4连接，用于对Class AB驱动单元3输出的第一差分信号进行放大处理并输出；用于对Class D调制单元4输出第二差分信号进行处理并输出。

功率输出单元6，与输出选择单元5相连接，用于对输出选择单元5输出的信号进行处理并输出给负载。

Class AB驱动单元3，具体应用为：对开关阵列单元2输出的差分信号进行音频功放处理，得到第一音频信号、第二音频信号并输出。

所述Class D调制单元4，具体应用为：对开关阵列单元2输出的差分信号进行音频功放处理，得到第三音频信号、第四音频信号并输出。

输出选择单元5，具体应用为：对Class AB驱动单元3输出的第一音频信号进行复制，并对其中一路第一音频信号进行放大处理得到第五音频信号，并输出第五音频信号和另一路第一音频信号；用于对Class AB驱动单元3输出的第二音频信号进行复制，并对其中一路第二音频信号进行放大处理得到第六音频信号，并输出第六音频信号和另一路第二音频信号；以及，用于对Class D调制单元4输出的第三音频信号、第四音频信号分别进行复制，输出两路第三音频信号、两路第四音频信号。

功率输出单元6，具体应用为：对第一音频信号、第五音频信号进行反相、叠加处理，得到第七音频信号并输出给负载；用于对第二音频信号、第六音频信号进行反相、叠加处理，得到第八音频信号并输出给负载；用于对两路第三音频信号进行反相、叠加处理，得到第九音频信号并输出给负载；用于对两路第四音频信号进行反相、叠加处理，得到第十音频信号并输出给负载。

在本发明实施例中，单端音频电压信号，用IN信号表示；两路差分信号分别为INP(Input-Positive，同相输入)信号和INN(Input-Negative，反相输入)；与Class AB驱动单元3对应的差分信号为INP1信号和INN1信号；与Class D调制单元4对应的差分信号为INP2信号和INN2信号；第一音频信号为VOP1信号；第二音频信号为VON1信号；第三音频信号为VOP2信号；第四音频信号为VON2信号；第五音频信号为VPG_P1信号；第六音频信号为VPG_N1信号；第七音频信号为OUTP1信号；第八音频信号为OUTN1信号；第九音频信号为OUTP2信号；第十音频信号为OUTN2信号。

采用上述音频功率放大器进行音频功放处理的原理，如下：

步骤1、前置放大单元1接收单端输入的音频电压信号IN信号，并对该IN信号进行差分放大处理，得到差分信号INP信号和INN信号，并将该两路差分信号发送给开关阵列单元2。

步骤2、开关阵列单元2根据S_MOD输入的控制信号，接通Class AB驱动单元3或Class D调制单元4；在接通Class AB驱动单元3时，将接收到的两路差分转换为INP1信号和INN1信号，并输出给Class AB驱动单元3；在接通Class D调制单元4时，将接收到的两路差分转换为INP2信号和INN2信号，并输出给Class D调制单元4。

该步骤中，音频功率放大器所在的设备根据当前所处的功能模式对功耗、EMI的要求指标，通过S_MOD向开关阵列单元2发送控制信号；控制信号可用高、低电平信号来表示，如，当电子产品当前所处的功能模式对EMI比较敏感，通过S_MOD向开关阵列单元2发送高电平控制信号时，以指示开关阵列单元2接通Class AB驱动单元3；当电子产品当前所处的功能模式要求较低的功耗，对EMI不敏感，通过S_MOD向开关阵列单元2发送低电平的控制信号，则指示开关阵列单元2接通Class D调制单元4。

步骤3、Class AB驱动单元3对接收到的INP1信号和INN1信号进行功放处理，得到VOP1信号和VON1信号，并输出给输出选择单元5；或者，ClassD调制单元4对接收到的INP2信号和INN2信号进行功放处理，得到VOP2信号和VON2信号，并输出给输出选择单元5。

VOP1信号、VON1信号为连续电压信号；VOP2信号、VON2信号为离散电压信号，该VOP2信号、VON2信号可根据调制方式分为PWM(Pulse-WidthModulation，脉冲调制)信号、SDM(Sigma-Delta Modulation)信号。

步骤4、输出选择单元5在开关阵列单元2接通Class AB驱动单元3时，对接收到的VOP1信号和VON1信号进行处理，得到VPG_P1信号、VNG_P1信号、VPG_N1信号和VNG_N1信号，并输出给功率输出单元6；在开关阵列单元2接通Class D调制单元4时，对接收到的VOP2信号和VON2信号进行处理，得到VPG_P2信号、VNG_P2信号、VPG_N2信号以及VNG_N2信号，并输出给功率输出单元6。

步骤5、功率输出单元6对接收到的VPG_P1信号、VNG_P1信号、VPG_N1信号以及VNG_N1信号进行处理，得到OUTP1信号和OUTN1并输出给负载；功率输出单元6对接收到的VPG_P2信号、VNG_P2信号、VPG_N2信号以及VNG_N2信号进行处理，得到OUTP2信号和OUTN2并输出给负载。

上述流程步骤4中，输出选择单元5得到VPG_P1信号、VNG_P1信号、VPG_N1信号和VNG_N1信号，具体为：将接收到的VOP1信号分成两路，对其中一路VOP1信号进行放大处理得到VPG_P1信号，对另一路VOP1信号不作处理，即VNG_P1信号跟VOP1信号相同；将接收到的VON1信号分成两路，对其中一路VON1信号进行放大处理得到VPG_N1信号，对另一路VON1信号不作处理，即VNG_N1信号跟VON1信号相同。

输出选择单元5得到VPG_P2信号、VNG_P2信号、VPG_N2信号和VNG_N2信号，具体为：输出选择单元5将接收到的VOP2信号分成两路，对该两路VOP2信号不作处理，分别得到VPG_P2信号、VNG_P2信号；输出选择单元5将接收到的VON2信号分成两路，对该两路VON2信号不作处理，分别得到VPG_N2信号、VNG_N2信号。

步骤5中，功率输出单元6得到OUTP1信号和OUTN1，具体为：

功率输出单元6分别对接收到的VPG_P1信号、VNG_P1信号进行反相处理，得到反相VPG_P1信号、反相VNG_P1信号，并将该反相VPG_P1信号和反相VNG_P1信号进行叠加，得到OUTP1信号；功率输出单元6分别对接收到的VPG_N1信号、VNG_N1信号进行反相处理，得到反相VPG_N1信号、反相VNG_N1信号，并将该反相VPG_N1信号和反相VNG_N1信号进行叠加，得到OUTN1信号。

功率输出单元6分别对接收到的VPG_P2信号、VNG_P2信号进行反相处理，得到反相VPG_P2信号、反相VNG_P2信号，并将该反相VPG_P2信号和反相VNG_P2信号进行叠加，得到OUTP2信号；功率输出单元6分别对接收到的VPG_N2信号、VNG_N2信号进行反相处理，得到反相VPG_N2信号、反相VNG_N2信号，并将该反相VPG_N2信号和反相VNG_N2信号进行叠加，得到OUTN2信号。

下面结合实际的具体应用，对本发明上述音频功率放大器的具体实现进行详细的说明。

如图3所示，为本发明实施例中音频功率放大器中的前置放大单元1与开关阵列单元2相连接的电路结构图，该前置放大单元1包括运算放大器11、电阻R1、电阻R2、电阻R3，开关阵列单元2包括开关S1和开关S0，其中：

IN信号通过外部耦合电容Cin、电阻R1输入到运算放大器11的正极，该运算放大器11采用全差分架构，实现将单端输入信号IN信号进行差分放大处理得到差分双端音频信号，该运算器11的开环增益一般为80dB，音频带内噪声较低，一般低于10uVrms。

直流偏置电压Bias通过电阻R1输入到运算放大器11的负极，直流偏置电压Bias是由系统内部提供的直流偏置电压，一般取值为系统电源值的一半。

前置放大单元1中的电阻R2和开关阵列单元2中的开关S0串联，构成第一反馈电路，该第一反馈电路连接在运算放大器11的输入端与运算放大器11的输出端之间，该第一反馈电路的反馈增益AF₁＝R2/R1。

前置放大单元1中的电阻R2、R3和开关阵列单元2中的开关S1串联，构成第二反馈电路，该第二反馈电路连接在运算放大器11的输入端与功率输出单元6的输出端之间；该第二反馈电路的反馈增益AF₂＝(R2+R3)/R1；当开关阵列单元2接通Class D调制单元4时，S_MOD控制开关S0接通、开关S1断开；当开关阵列单元2接通Class AB驱动单元3时，S_MOD控制开关S0断开、开关S1接通。

运算放大器11的正极输出端分别连接有开关S0、开关S1，构成第一输出端与第二输出端，第一输出端用于为Class D调制单元4输出INP2信号，第二输出端用于为Class AB驱动单元3输出INP1信号；运算放大器11的负极输出端分别连接有开关S0、开关S1，构成第三输出端与第四输出端，第三输出端用于为Class D调制单元4输出INN2信号，第四输出端用于为Class AB驱动单元3输出INN1信号；当开关阵列单元2需要接通Class AB驱动单元3时，控制开关S0断开、开关S1接通；当开关阵列单元2需要接通Class D调制单元4时，控制开关S0接通、开关S1断开。

参见图4-1，为本发明实施例中音频功率放大器中输出选择单元5、功率输出单元6的电路结构示意图之一：

功率输出单元6由H桥功率管构成，该H桥功率管包括：两个NMOS管(分别用PN1、PN2表示)和两个PMOS管(分别用PP1、PP2表示)，其中PN1的漏端与PP1的漏端相连构成H桥功率管的正相输出端，PN2的漏端与PP2的漏端相连构成该H桥功率管的反相输出端。VPG_P信号和VNG_P信号分别为H桥功率管正相输出端的PN1、PP1的栅端电压，VPG_N信号和VNG_N信号分别为H桥功率管反相输出端的PN2、PP2的栅端电压。

输出选择单元5包括8条支路：

第一条支路和第二支路结构相同，第一条支路连接在Class AB驱动单元3和PP1之间，第二条支路连接在Class AB驱动单元3和PP2之间；第一条支路和第二条支路均包括偏置放大单元51和开关S2，该偏置放大单元51包括偏置管M1和偏置管M2，偏置管M1、M2为H桥功率管的PP(包括PP1、PP2)、PN(包括PN1、PN2)提供栅端偏置，以保证PP、PN在启动Class AB驱动单元3进行音频功放处理的情况下具有静态工作电流，以防止交越失真；VB为偏置管M1、M2的偏置电压，通过电流源I1为偏置放大单元51提供工作电流，通过电流源I2来避免VON1信号或VOP1信号流入到大地；

第三条支路和第四条支路结构相同，第三条支路连接在Class AB驱动单元3和PN1之间，第四条支路连接在Class AB驱动单元3和PN2之间；第三条支路和第四条支路均包括开关S2；

第五条支路和第六条支路结构相同，第五条支路连接在Class D调制单元4和PP1之间，第六条支路连接在Class D调制单元4和PP2之间；第五条支路和第六条支路均包括开关S3；

第七条支路和第八条支路的结构相同，第七条支路连接在Class D调制单元4和PN1之间，第八条支路连接在Class D调制单元4和PN2之间；第七条支路和第八条支路均包括开关S3。

当开关阵列单元2接通Class AB驱动单元3时，S_MOD控制开关S2接通、S3断开；当开关阵列单元2接通Class D调制单元4时，S_MOD控制开关S2断开、S3接通。

当接通开关阵列单元2接通Class AB驱动单元3时，输出选择单元5对Class AB驱动单元3输出的VON1信号、VOP1信号进行处理的原理如下：

输出选择单元5将Class AB驱动单元3输出的VON1信号分成两路输出，一路VON1信号通过第一支路的偏置放大单元51进行放大，得到较大增益的VPG_N1信号，并将该VPG_N1信号输出给功率输出单元6H桥功率管的反相输出端的PP2；另一路VON1信号(即VNG_N1信号)通过第二支路输出给功率输出单元6H桥功率管的反相输出端的PN2；上述PP2将接收到的VPG_N1信号进行反相得到反相VPG_N1信号，上述PN2将接收到的VNG_N1信号进行反相得到反相VNG_N1信号；功率输出单元6将反相VPG_N1信号和反相VNG_N1信号进行叠加，得到OUTN1信号。

同理，输出选择单元5将Class AB驱动单元3输出的VOP1信号分成两路输出，一路VOP1信号通过第一支路的偏置放大单元51的放大处理，得到较大增益设为VPG_P1信号，并将该VPG_P1信号输出给功率输出单元6H桥功率管的正相输出端的PP1；另一路VOP1信号(即VNG_P1信号)通过第二支路输出给功率输出单元6H桥功率管的正相输出端的PN1；第上述PP1将接收到的VPG_P1信号进行反相得到反相VPG_P1信号，上述PN1将接收到的VNG_P1信号进行反相得到反相VNG_P1信号；功率输出单元6将反相VPG_P1信号和反相VNG_P1信号进行叠加，得到OUTP1信号。

当接通开关阵列单元2接通Class D调制单元4时，输出选择单元5对ClassD调制单元4输出的VON2信号、VOP2信号进行处理的原理如下：

输出选择单元5将Class D调制单元4输出的VON2信号分成两路输出，一路VON2信号通过第三支路得到VPG_N2信号，该VPG_N2信号输出给功率输出单元6H桥功率管的反相输出端的PP2；另一路VON2信号(即VNG_N2信号)通过第二支路输出给功率输出单元6H桥功率管的反相输出端的PN2；上述PP2将接收到的VPG_N2信号进行反相得到反相VPG_N2信号，上述PN2将接收到的VNG_N2信号进行反相得到反相VNG_N2信号；功率输出单元6将反相VPG_N2信号和反相VNG_N2信号进行叠加，得到OUTN2信号。

同理，输出选择单元5将Class D调制单元4输出的VOP2信号分成两路输出，一路VOP2信号通过第三支路得到VPG_P2信号，该VPG_P2信号输出给功率输出单元6H桥功率管的正相输出端的PP1；另一路VOP2信号(即VNG_P2信号)通过第二支路输出给功率输出单元6H桥功率管的正相输出端的PN1；上述PP1将接收到的VPG_P2信号进行反相得到反相VPG_P2信号，上述PN1将接收到的VNG_P2信号进行反相得到反相VNG_P2信号；功率输出单元6将反相VPG_P2信号和反相VNG_P2信号进行叠加，得到OUTP2信号。

较佳地，由于Class D调制单元4输出的VON2信号或VOP2信号为离散信号，若将该离散信号直接输出给H桥功率管，由于H桥功率管中的PN和PP均具有较大的寄生电容，因此，为保证足够的响应速度，在第三支路设置有由多个反相器单元组成的驱动电路B1，在第四支路设置有由多个反相器单元组成的驱动电路B2，如图4-2所示，驱动电路B1、B2所包含的反相器单元的数量可根据响应速度要求来确定。

较佳地，为防止VPG_N2信号、VNG_N2信号从逻辑“低”电位向“高”电位转变时，由于H桥功率管的反相输出端的PP2与PN2同时导通而产生瞬间穿通大电流的问题，在第三支路中设置有死区，VON2信号或VOP2信号在通过死区之后发送至驱动电路B1，如图4-3所示；本发明实施例中的死区，可根据现有技术中实现死区的电路来实现。

本发明实施例，并不仅限于在第三支路设置死区，还可以是在第四支路设置死区，VON2信号或VOP2信号在通过死区之后发送至驱动电路B2。

较佳地，在选择音频功率放大器中的Class AB驱动单元3进行音频功放处理时，整个音频功放系统是一个连续的负反馈回路，相当于2～3级的放大器级联，H桥功率管的正相输出端的PP1与PN1构成共源放大器，或反相输出端的PP2与PN2构成共源放大器，并各自存在较大的寄生电容，在VPG_N1信号、VNG_N1信号、OUTP1信号端具有低频的左半平面极点(Left-Half panelpole)，该左半平面的极点会影响音频功放系统闭环的稳定性；因此，为保证整个音频功放系统闭环的稳定性，在上述图4-1、图4-2、图4-3的电路结构中的PP的栅端和漏端之间设置密勒电容CC1，在PN的栅端与漏端之间设置密勒电容CC2，分别得到如图4-4、图4-5、图4-6所示的电路结构；将VPG_N1信号、VNG_N1信号的极点推向更低频，从而提高功放开环相位裕度(Phase Margin)，继而保证功放系统闭环的稳定性。密勒电容CC1、CC2的容值根据Class AB驱动单元3来确定，一般情况下，密勒电容CC1的容值为PP栅端电容的0.1～0.2倍，CC2的容值为PN栅端电容的0.1～0.2倍。

参见图5，为本发明实施例中采用上述音频功率放大器在进行音频功放模式切换的流程图，该流程包括以下步骤：

步骤500、音频功率放大器所在便携式音频电子产品的电子系统，获取当前所处的功能模式的功耗参数。

步骤501、音频电子产品的电子系统根据该功耗参数判断当前所处的功能模式所需要的功耗是否高于或等于设定的功耗阈值(即该功能模式是否有低功耗要求)，若否则执行步骤502，若是则执行步骤504。

步骤502、通过S_MOD向开关阵列单元2输出用于指示接通Class AB驱动单元3的控制信号，如高电平信号或者逻辑位1。

步骤503、开关阵列单元2根据S_MOD发送的控制信号，开通Class AB驱动单元3。

步骤504、电子系统判断该便携式音频电子产品中是否具有对EMI较敏感的功能单元，该功能单元对EMI的敏感程度高于设定的敏感阈值，若有则执行步骤505，若否则执行步骤506。

步骤505、判断当前的功能模式是否需要开启对EMI较为敏感的功能单元，若需要则执行步骤502，若否则执行步骤506。

步骤506、通过S_MOD向开关阵列单元2输出用于指示开通Class D调制单元4的控制信号，如低电平信号或者逻辑位0。

步骤507、开关阵列单元2根据S_MOD发送的控制信号，开通Class D调制单元4。

本发明实施例中的音频功率放大器，集成有实现Class AB功放器的功能单元和实现Class D功放器的功能单元；音频功率放大器所在的音频电子产品的电子系统根据该电子产品当前所处的功能模式对EMI、功耗的要求，通过S_MOD向开关阵列单元发送控制信号，以指示开关阵列单元接通实现ClassAB功放器的功能单元或接通Class D功放器的功能单元；从而，实现了音频电子产品在不同的功能模式下选取相应的音频功放处理模式，满足音频电子产品不同功能对EMI、功耗的要求。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种音频功率放大器，包括Class AB驱动单元、Class D调制单元、功率输出单元，其特征在于，该音频功率放大器包括：

前置放大单元，用于对接收到的单端音频电压信号进行差分放大处理，得到两路双端差分信号并输出；

外部逻辑控制端口，与开关阵列单元连接，用于根据所述音频功率放大器所在的设备当前所处的功能模式对功耗、电磁干扰EMI的要求，输出控制信号，以指示所述开关阵列单元接通Class AB驱动单元或Class D调制单元；

开关阵列单元，分别与所述前置放大单元、外部逻辑控制端口连接，用于根据所述外部逻辑控制端口输出的控制信号，接通Class AB驱动单元或Class D调制单元；并将所述前置放大单元输出的差分信号转换成与接通的Class AB驱动单元或Class D调制单元对应的第一差分信号或第二差分信号；

Class AB驱动单元，与所述开关阵列单元连接，用于在所述开关阵列单元接通该Class AB驱动单元时，对所述开关阵列单元输出的第一差分信号进行音频功放处理，并输出音频功放处理之后的第一差分信号；

Class D调制单元，与所述开关阵列单元相连接，用于在所述开关阵列单元接通该Class D调制单元时，对所述开关阵列单元输出的第二差分信号进行音频功放处理，并输出音频功放处理之后的第二差分信号；

输出选择单元，分别与所述Class AB驱动单元、Class D调制单元连接，用于对所述Class AB驱动单元输出的第一差分信号进行放大处理并输出；用于对所述Class D调制单元输出第二差分信号进行处理并输出；

功率输出单元，与所述输出选择单元相连接，用于对所述输出选择单元输出的信号进行处理并输出给负载。

2.如权利要求1所述的音频功率放大器，其特征在于，

所述Class AB驱动单元，具体应用为：对所述开关阵列单元输出的差分信号进行音频功放处理，得到第一音频信号、第二音频信号并输出；

所述Class D调制单元，具体应用为：对所述开关阵列单元输出的差分信号进行音频功放处理，得到第三音频信号、第四音频信号并输出；

所述输出选择单元，具体应用为：对所述Class AB驱动单元输出的第一音频信号进行复制，并对其中一路第一音频信号进行放大处理得到第五音频信号，并输出第五音频信号和另一路第一音频信号；用于对所述Class AB驱动单元输出的第二音频信号进行复制，并对其中一路第二音频信号进行放大处理得到第六音频信号，并输出第六音频信号和另一路第二音频信号；以及，用于对所述Class D调制单元输出的第三音频信号、第四音频信号分别进行复制，输出两路第三音频信号、两路第四音频信号；

所述功率输出单元，具体应用为：对所述第一音频信号、第五音频信号进行反相、叠加处理，得到第七音频信号并输出给负载；用于对所述第二音频信号、第六音频信号进行反相、叠加处理，得到第八音频信号并输出给负载；用于对所述两路第三音频信号进行反相、叠加处理，得到第九音频信号并输出给负载；用于对所述两路第四音频信号进行反相、叠加处理，得到第十音频信号并输出给负载。

3.如权利要求2所述的音频功率放大器，其特征在于，所述外部逻辑控制端口输出控制信号，具体为：

所述音频功率放大器所在的设备判断设备当前所处的功能模式所对应的功耗高于或等于设定的功耗阈值时；若EMI敏感程度低于设定的敏感阈值，则通过外部逻辑控制端口输出用于指示接通Class D调制单元的控制信号，若EMI敏感程度高于或等于设定的敏感阈值，则通过外部逻辑控制端口输出用于指示接通Class AB驱动单元的控制信号；

所述音频功率放大器所在的设备判断设备当前所处的功能模式所对应功耗低于所述功耗阈值时，通过外部逻辑控制端口输出用于指示接通Class AB驱动单元的控制信号。

4.如权利要求3所述的音频功率放大器，其特征在于，所述前置放大单元包括运算放大器、电阻R1、电阻R2和电阻R3，所述开关阵列单元包括第一开关S0、第二开关S0、第三开关S0、第一开关S1、第二开关S1和第三开关S1，其中：

运算放大器，用于对所述单端音频电压信号进行差分放大处理；

所述电阻R2和第一开关S0串联构成第一反馈电路，该第一反馈电路连接在所述运算放大器的输入端和输出端之间，用于为所述Class D调制单元进行音频功放处理提供反馈；

所述电阻R2、R3和第一开关S1串联构成第二反馈电路，该第二反馈电路连接在所述运算放大器的输入端与功率输出单元的输出端之间，用于为所述Class AB驱动单元进行音频功放处理提供反馈；

所述运算放大器的正极输出端分别连接第二开关S0、第二开关S1，构成对应的第一输出端、第二输出端；所述第一输出端用于为Class D调制单元输出所述差分信号中的同相输入信号；所述第二输出端用于为所述Class AB驱动单元输出所述差分信号中的同相输入信号；

所述运算放大器的负极输出端分别连接第三开关S0、第三开关S1，构成对应的第三输出端、第四输出端；所述第三输出端用于为Class D调制单元输出所述差分信号中的反相输入信号；所述第四输出端用于为所述Class AB驱动单元输出所述差分信号中的反相输入信号；

所述开关阵列单元通过接通第一开关S0、第二开关S0、第三开关S0，断开第一开关S1、第二开关S1、第三开关S1来接通所述Class D调制单元；所述开关阵列单元通过断开第一开关S0、第二开关S0、第三开关S0，接通第一开关S1、第二开关S1、第三开关S1来接通所述Class AB驱动单元。

5.如权利要求4所述的音频功率放大器，其特征在于，所述功率输出单元为H桥功率管，该H桥功率管的正相输出端包括第一PMOS管和第一NMOS管，且所述第一PMOS管的漏端和所述第一NMOS管的漏端相连；所述H桥功率管的反相输出端包括第二PMOS管和第二NMOS管，且所述第二PMOS管的漏端与所述第二NMOS管的漏端相连接；

所述输出选择单元包括八条支路，其中：

第一条支路和第二支路结构相同，第一条支路连接在Class AB驱动单元和第一PMOS管之间，第二条支路连接在Class AB驱动单元和第二PMOS管之间；第一条支路和第二条支路均包括偏置放大单元和第一开关S2，用于对所述第一音频信号进行放大处理得到第三音频信号；

第三条支路和第四条支路结构相同，第三条支路连接在Class AB驱动单元和第一NMOS管之间，第四条支路连接在Class AB驱动单元和第二NMOS管之间；第三条支路和第四条支路均包括第二开关S2；

第五条支路和第六条支路结构相同，第五条支路连接在Class D调制单元和第一PMOS管之间，第六条支路连接在Class D调制单元和第二PMOS管之间；第五条支路和第六条支路均包括第一开关S3；

第七条支路和第八条支路的结构相同，第七条支路连接在Class D调制单元和第一NMOS管之间，第八条支路连接在Class D调制单元和第二NMOS管之间；第七条支路和第八条支路均包括第二开关S3；

所述外部逻辑控制端口进一步用于，在所述开关阵列单元接通Class AB驱动单元时，控制所述第一开关S2、第二开关S2接通，控制第一开关S3、第二开关S3断开；在所述开关阵列单元接通Class D调制单元时，控制所述第一开关S2、第二开关S2断开，控制第一开关S3、第二开关S3接通。

6.如权利要求5所述的音频功率放大器，其特征在于，所述选择输出单元对所述其中一路第一音频信号进行放大处理，具体为：将所述第一音频信号通过第一条支路，经过第一条支路中的偏置放大单元进行放大处理，得到第五音频信号；所述选择输出单元对所述其中一路第二音频信号进行放大处理，具体为：将所述第二音频信号通过第二条支路，经过第二条支路中的偏置放大单元进行放大处理，得到第六音频信号；

所述功率输出单元得到第七音频信号，具体为：第一PMOS管对所述第五音频信号进行反相处理，得到反相第五音频信号；所述第一NMOS管对另一路第一音频信号进行反相处理，得到反相第一音频信号；将所述反相第五音频信号与反相第一音频信号进行叠加，得到所述第七音频信号；

所述功率输出单元得到第八音频信号，具体为：第二PMOS管对所述第六音频信号进行反相处理，得到反相第六音频信号；所述第二NMOS管对另一路第二音频信号进行反相处理，得到反相第二音频信号；将所述反相第六音频信号与反相第二音频信号进行叠加，得到所述第八音频信号；

所述功率输出单元得到第九音频信号，具体为：第一PMOS管对其中一路第三音频信号进行反相处理，得到反相第三音频信号；第一NMOS管对另一路第三音频信号进行反相处理，得到反相第三音频信号；将该两路反相第三音频信号进行叠加，得到所述第九音频信号；

所述功率输出单元得到第十音频信号，具体为：第二PMOS管对其中一路第四音频信号进行反相处理，得到反相第四音频信号；第二NMOS管对另一路第四音频信号进行反相处理，得到反相第四音频信号；将该两路反相第四音频信号进行叠加，得到所述第十音频信号。

7.如权利要求5所述的音频功率放大器，其特征在于，所述第五条支路、第六条支路均包括由多个反相器构成的第一驱动电路；

所述第七条支路、第八条支路均包括由多个反相器构成的第二驱动电路。

8.如权利要求7所述的音频功率放大器，其特征在于，所述第五条支路、第六条支路均包括死区，该死区连接在所述Class D调制单元输出端与所述第一驱动电路之间；

所述第七条支路、第八条支路均包括死区，该死区连接在所述Class D调制单元输出端与所述第二驱动电路之间。

9.如权利要求5～8任一项所述的音频功率放大器，其特征在于，所述第一PMOS管的栅端与漏端通过第一密勒电容连接；第二PMOS管的栅端与漏端通过第二密勒电容连接；所述第一密勒电容与所述第二密勒电容相同；

所述第一NMOS管的栅端与漏端通过第三密勒电容连接；第二NMOS管的栅端与漏端通过第四密勒电容连接；所述第三密勒电容与所述第四密勒电容相同。

10.一种应用权利要求1所述的音频功率放大器实现音频功放模式切换的方法，其特征在于，包括：

所述音频功率放大器所在的设备判断设备当前所处的功能模式对应的功耗是否低于设定的功耗阈值，若低于所述功耗阈值，则通过外部逻辑控制端口向开关阵列单元发送用于指示接通Class AB驱动单元的控制信号；若高于或等于所述功耗阈值，则判断所述功能模式是否开启电磁干扰EMI敏感程度大于设定的敏感程度的功能单元，若开启，则通过外部逻辑控制端口向开关阵列单元发送用于指示接通Class AB驱动单元的控制信号，若不开启，则通过外部逻辑控制端口向开关阵列单元发送接通Class D调制单元的控制信号；

开关阵列单元根据所述外部逻辑控制端口发送的控制信号，接通Class AB驱动单元或Class D调制单元。

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