CN102811039B - 脉冲宽度调制装置及调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种脉冲宽度调制装置。所述脉冲宽度调制装置包括载波信号发生器，用于根据接收到的调制模式控制信号，选择性地输出音频调制载波信号和超声调制载波信号，其中所述音频调制载波信号和所述超声调制载波信号的频率不同；音频调制模块，连接到所述载波信号发生器，用于根据所述载波信号发生器输出的音频调制载波信号，对音频输入信号进行脉冲宽度调制并输出音频调制信号；超声调制模块，连接到所述载波信号发生器，用于根据所述载波信号发生器输出的超声调制载波信号，对音频输入信号进行脉冲宽度调制并输出超声调制信号。本发明还提供一种利用上述脉冲宽度调制装置的脉冲宽度调制方法。

Description

脉冲宽度调制装置及调制方法

技术领域

本发明涉及功率方法技术，特别地，涉及一种脉冲宽度调制（PulseWidthModulation,PWM）装置以及利用所述脉冲宽度调制装置的脉冲宽度调制方法。

背景技术

脉冲宽度调制装置是数字功率放大器的核心部分。一般来说，数字功率放大器主要包括脉冲宽度调制装置和放大装置等，在具体工作中，音频信号首先输入到脉冲宽度调制装置进行信号调制从而得到脉冲宽度调制(PWM)信号，所述PWM信号可以进一步经过放大装置进行放大之后，输出到负载（比如扬声器）。

现有的脉冲宽度调制装置一般只能使用单一调制模式实现信号调制，然而，对于不同频段的信号（普通音频段信号和超声频段信号）调制通常需要不同的载波频率，且调制方法可能也并不相同，因此需要采用不同的载波信号来进行驱动。现有的脉冲宽度调制装置只使用单一的调制方式来同时实现普通音频段信号和超声频段信号的信号调制，如果载波频率较低，则可能会导致音频信号的失真；如果载波频率较高，则将降低功率放大器的效率。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种可以在不降低音频信号失真的同时提高功率放大器效率的脉冲宽度调制装置。

并且，本发明还提供一种利用上述脉冲宽度调制装置的功率放大器。

本发明提供的脉冲宽度调制装置包括：载波信号发生器，用于根据从外部硬件模块接收到的调制模式控制信号，选择性地输出音频调制载波信号和超声调制载波信号，其中所述音频调制载波信号和所述超声调制载波信号的频率不同；音频调制模块，连接到所述载波信号发生器，用于根据所述载波信号发生器输出的音频调制载波信号，对音频输入信号进行脉冲宽度调制并输出音频调制信号；超声调制模块，连接到所述载波信号发生器，用于根据所述载波信号发生器输出的超声调制载波信号，对音频输入信号进行脉冲宽度调制并输出超声调制信号。

本发明提供的脉冲宽度调制方法包括：接收外部硬件模块提供的调制模式控制信号；根据所述调制模式控制信号，选择性地生成音频调制载波信号和超声调制载波信号，其中所述音频调制载波信号和所述超声调制载波信号的频率不同；根据所述选择性地生成的音频调制载波信号和超声调制载波信号，对音频输入信号进行脉冲宽度调制，并相应地输出音频调制信号和超声调制信号。

本发明提供的脉冲宽度调制装置及调制方法通过载波信号发生器输出频率不同的在载波信号分别提供给音频调制模块和超声调制模块进行脉冲宽度调制处理，可以同时支持两种不同调制模式的信号调制，从而避免载波频率较低而导致音频信号调制失真的问题，且另一方面，还可以有效降低超声信号调制的载波频率，从而提高功率放大器的效率。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本发明一种实施例提供的脉冲宽度调制装置的结构示意图。

图2为图1所示的脉冲宽度调制装置的音频调制模块的结构示意图。

图3为图1所示的脉冲宽度调制装置的超声调制模块的结构示意图。

图4为本发明一种实施例提供的功率放大器的脉冲宽度调制方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明的脉冲宽度调制装置利用了载波信号发生器，通过控制载波输出来间接对音频调制模块和超声调制模块进行控制，实现同时支持两种不同调制模式的信号调制，从而可以适用于基于超声的具有指向性的受话器系统。

请参阅图1，其为本发明一种实施例提供的脉冲宽度调制装置的结构示意图。所述脉冲宽度调制装置包括音频输入端100、载波信号发生器110、音频调制模块120、超声调制模块130和信号合并模块140。

所述音频输入端100连接到所述音频调制模块120和所述超声调制模块130，用于接收音频输入信号，并分别将所述音频输入信号提供给所述音频调制模块120和所述超声调制模块130。

所述载波信号发生器110可以采用具有两路输出的直接数字式频率合成器（DirectDigitalSynthesizer，DDS)，与传统的频率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，其可以输出两路频率不同的载波信号，所述载波信号可以为三角波、锯齿波或正弦波信号。在一种实施例中，所述调制模式控制信号可以是由外部硬件模块(比如调制模式控制模块，图未示)根据所述音频输入信号的频段生成并提供至所述调制模式输入端111；可替代地，所述调制模式控制信号也可以是由外部硬件模块根据使用者手工输入指令生成并提供至所述调制模式输入端111。所述调制模式控制信号可以是指示所述脉冲宽度调制装置需要采用的调制模式的指示信号，其具体可以为以下指示信号之一：不调制指示信号、频调制指示信号、超声调制指示信号、音频调制和超声调制同时工作的指示信号。

所述载波信号发生器110包括调制模式输入端111、第一载波输出端112和第二载波输出端113，所述调制模式输入端111可以采用串行输入端，其可以接收调制模式控制信号，所述调制模式控制信号可以采用单线串行数字信号来表示多种调制模式。

所述第一载波输出端112和所述第二载波输出端113分别连接到所述音频调制模块120和所述超声调制模块130。所述第一载波输出端112可以用于输出音频调制载波信号，其载波频率大约为300kHz，所述音频调制载波信号可以输出给所述音频调制模块120，以供所述音频调制模块120对普通音频段信号进行脉冲宽度调制；所述第二载波输出端113可以用于输出超声调制载波信号，所述超声调制载波信号的载波频率与系统内部的超声换能装置的谐振频率有关，比如，可以为40-60kHz，所述超声调制载波信号可以输出给所述超声调制模块130，以供所述超声调制模块130对超声频段信号进行脉冲宽度调制。

在具体实施例中，所述载波信号发生器110可以根据所述调制模式输入端111接收到的调制模式控制信号，控制所述第一载波输出端112和第二载波输出端113选择性地输出音频调制载波信号和超声调制载波信号。

比如，当所述调制模式输入端111接收到的调制模式控制信号为不调制指示信号时，所述载波信号发生器110的第一载波输出端112和第二载波输出端113都不输出任何载波信号。在这样的情形下，所述音频调制模块120和超声调制模块130便均没有任何载波信号输入，因此都没有进入工作状态，也就没有相应的调制信号输出，从而实现不调制的功能。

当所述调制模式输入端111接收到的调制模式控制信号为音频调制指示信号时，所述载波信号发生器110的第一载波输出端112输出音频调制载波信号，而所述第二载波输出端113不输出载波信号。在这样的情形下，仅是所述音频调制模块120接收到载波信号，所述超声调制模块130并没有接收到载波信号而不进入工作状态，因此，所述音频调节模块120便根据所述音频调制载波信号对所述音频输入信号进行脉冲宽度调制，并相应地输出音频调制信号。

当所述调制模式输入端111接收到的调制模式控制信号为超声调制指示信号时，所述载波信号发生器110的第二载波输出端113输出超声调制载波信号，而所述第一载波输出端112不输出载波信号。在这样的情形下，仅是所述超声调制模块130接收到载波信号，所述音频调制模块120并没有接收到载波信号而不进入工作状态，因此，所述超声调节模块130便根据所述超声调制载波信号对所述音频输入信号进行脉冲宽度调制，并相应地输出超声调制信号。

当所述调制模式输入端111接收到的调制模式控制信号为音频调制和超声调制同时工作的指示信号时，所述载波信号发生器110的第一载波输出端112和第二载波输出端113分别同时输出所述音频调制载波信号和所述超声调制载波信号。在这样的情形下，所述音频调制模块120和所述超声调制模块130同时接收到载波信号因此一起进入工作状态，并分别根据所述音频调制载波信号和所述超声调制载波信号对所述音频输入信号进行脉冲宽度调制，并且相应地分别输出所述音频调制信号和所述超声调制信号。在具体实施例中，所述音频调制信号和超声调制信号所占用的频率段并没有交叠，因此可以通过所述信号合并模块140将所述音频调制信号和超声调制信号合并成一路脉冲宽度调制(PWM)信号，并通过输出给其他装置。

所述信号合并模块140可以采用逻辑门电路（比如逻辑或门）来实现。具体地，所述信号合并模块140可以包括连接到所述音频调制模块120的第一输入端141和连接到所述超声调制模块130的第二输入端142。所述信号合并模块140可以对所述音频调制模块120和所述超声调制模块130分别输出的音频调制信号和超声调制信号进行合并处理，从而得到一路PWM信号，并通过其输出端输出所述PWM信号。

请参阅图2，在一种实施例中，所述音频调制模块120可以包括放大器121和比较器122，其中所述放大器121的一输入端可以从所述音频接收端100接收所述音频输入信号，另一输入端可以接收参考电压信号，所述放大器121可以通过对输入信号进行处理得到输出误差，并提供给所述比较器122的其中一个输入端，所述比较器122的另一个输入端可以接收所述载波信号发生器110的第一载波输出端112输出的音频调制载波信号。所述比较器122可以对所述输入误差和所述音频调制载波信号进行比较处理，从而得到音频调制信号，并输出给所述信号合并模块140。

请参阅图3，在一种实施例中，所述超声调制模块130可以包括放大器131、第一比较器132、第二比较器133和减法器134，其中所述第一比较器131的一输入端可以从所述音频接收端100接收所述音频输入信号，另一输入端可以接收所述载波信号发生器110的第二载波输出端113输出的超声调制载波信号，所述第一比较器131可以对输入信号进行比较处理，得到第一输出信号并提供给所述减法器134；所述第二比较器132可以通过所述放大器131接收所述音频输入信号，另一输入端可以接收所述载波信号发生器110的第二载波输出端113输出的超声调制载波信号，并对经过所述放大器131放大的音频输入信号和所述超声调制载波信号进行比较处理，得到第二输出信号并提供给所述减法器134。所述减法器134可以对所述第一输出信号和第二输出信号进行减法处理，从而得到超声调制信号，并输出给所述信号合并模块140。

本发明提供的脉冲宽度调制装置通过载波信号发生器110输出频率不同的在载波信号分别提供给音频调制模块120和超声调制模块130进行脉冲宽度调制处理，可以同时支持两种不同调制模式的信号调制，从而避免载波频率较低而导致音频信号调制失真的问题，且另一方面，还可以有效降低超声信号调制的载波频率，从而提高功率放大器的效率。另外，所述脉冲宽度调制装置具有多种工作模式，其可以不输出脉冲宽度调制信号、只输出任意一种脉冲宽度调制信号或者同时输出两种脉冲宽度调制信号，因此可以进行灵活使用。

基于上述脉冲宽度调制装置，本发明还进一步提供一种脉冲宽度调制方法。请参阅图4，其为本发明一种实施例提供的脉冲宽度调制方法的流程图。所述脉冲宽度调制方法可以包括：

步骤S1，接收外部硬件模块提供的调制模式控制信号；

步骤S2，根据所述调制模式控制信号，选择性地生成音频调制载波信号和超声调制载波信号，其中所述音频调制载波信号和所述超声调制载波信号的频率不同；

步骤S3，根据所述音频调制载波信号和超声调制载波信号，对音频输入信号进行脉冲宽度调制，并相应地输出音频调制信号和超声调制信号。

步骤S4，将所述音频调制信号和所述超声调制信号合并成一路脉冲宽度调制信号并输出。

在具体实施例中，所述脉冲宽度调制方法可以采用图2所示的脉冲宽度调制装置来实现。

具体而言，在步骤S1中，可利用所述载波信号发生器110的调制模式输入端111从外部硬件模块(比如调制模式控制模块)接收所述调制模式控制信号。所述调制模式控制信号可以是指示所述脉冲宽度调制装置需要采用的调制模式的指示信号，其具体可以为以下指示信号之一：不调制指示信号、频调制指示信号、超声调制指示信号、音频调制和超声调制同时工作的指示信号。

在步骤S2中，可利用所述载波信号发生器110根据所述调制模式控制信号选择性地生成音频调制载波信号和超声调制载波信号，并通过所述载波信号发生器的第一载波输出端111和第二载波输出端112分别输出所述音频调制载波信号和超声调制载波信号。比如，当所述调制模式控制信号为不调制指示信号时，所述载波信号发生器110不生成任何载波信号，因此所述第一载波输出端112和第二载波输出端113都不输出载波信号。当所述调制模式控制信号为音频调制指示信号时，所述载波信号发生器110生成所述音频载波调制信号并通过所述第一载波输出端112输出。当所述调制模式控制信号为超声调制指示信号时，所述载波信号发生器110生成超声调制载波信号并通过所述第二载波输出端113输出。当所述调制模式输入端111接收到的调制模式控制信号为音频调制和超声调制同时工作的指示信号时，所述载波信号发生器110同时生成所述音频调制载波信号和所述超声调制载波信号并分别通过所述第一载波输出端112和第二载波输出端113输出。

在步骤S3中，可利用所述音频调制模块120和所述超声调制模块130，根据所述所述载波信号发生器110选择性生成并输出的音频调制载波信号和超声调制载波信号，对所述音频输入端100接收到的音频输入信号进行脉冲宽度调制。当所述载波信号发生器110输出的载波信号是音频调制载波信号时，利用所述音频调制模块120对所述音频输入信号进行脉冲宽度调制并输出音频调制信号；当所述载波信号发生器110输出的载波信号是超声调制载波信号时，利用所述超声调制模块130对所述音频输入信号进行脉冲宽度调制并输出超声调制信号；当所述载波信号发生器110同时输出音频调制载波信号和超声调制载波信号时，分别利用所述音频调制模块120和所述超声调制模块130对所述音频输入信号进行脉冲宽度调制并同时输出音频调制信号和超声调制信号。具体调制方式可以参阅上述实施例的描述。

在步骤S4中，可利用所述信号合并模块140将所述音频调制模块120和所述超声调制模块130输出的音频调制信号和超声调制信号合并成一路脉冲宽度调制(PWM)信号，并通过输出给其他装置。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (12)

1.一种脉冲宽度调制装置，其特征在于，其包括：

载波信号发生器，用于根据从外部硬件模块接收到的调制模式控制信号，选择性地输出音频调制载波信号和超声调制载波信号，所述调制模式控制信号是由外部硬件模块根据使用者手工输入指令生成，其中所述音频调制载波信号和所述超声调制载波信号的频率不同；

音频调制模块，连接到所述载波信号发生器，用于根据所述载波信号发生器输出的音频调制载波信号，对音频输入信号进行脉冲宽度调制并输出音频调制信号；

超声调制模块，连接到所述载波信号发生器，用于根据所述载波信号发生器输出的超声调制载波信号，对音频输入信号进行脉冲宽度调制并输出超声调制信号。

2.如权利要求1所述的脉冲宽度调制装置，其特征在于，还包括：

信号合成模块，连接到所述音频调制模块和超声调制模块，用于将所述音频调制模块输出的音频调制信号和所述超声调制模块输出的超声调制信号合并成一路脉冲宽度调制信号并输出。

3.如权利要求1所述的脉冲宽度调制装置，其特征在于，所述载波信号发生器输出的音频调制载波信号和超声调制载波信号是三角波信号、锯齿波信号或正弦波信号。

4.如权利要求3所述的脉冲宽度调制装置，其特征在于，所述载波信号发生器为具有两路输出的直接数字式频率合成器，且所述调制模式控制信号采用单线串行数字信号来表示多种调制模式。

5.如权利要求1所述的脉冲宽度调制装置，其特征在于，所述载波信号发生器包括：

调制模式输入端，用于接收所述调制模式控制信号；

第一载波输出端，用于输出所述音频调制载波信号；

第二载波输出端，用于输出所述超声调制载波信号。

6.如权利要求5所述的脉冲宽度调制装置，其特征在于，当所述调制模式控制信号为不调制指示信号时，所述载波信号发生器的第一载波输出端和第二载波输出端均不输出任何载波信号。

7.如权利要求5所述的脉冲宽度调制装置，其特征在于，当所述调制模式控制信号为音频调制指示信号时，所述载波信号发生器的第一载波输出端输出所述音频调制载波信号，而所述第二载波输出端不输出载波信号。

8.如权利要求5所述的脉冲宽度调制装置，其特征在于，当所述调制模式控制信号为超声调制指示信号时，所述载波信号发生器的第二载波输出端输出所述超声调制载波信号，而所述第一载波输出端不输出载波信号。

9.如权利要求5所述的脉冲宽度调制装置，其特征在于，当所述调制模式控制信号为音频调制和超声调制同时工作的指示信号时，所述载波信号发生器的第一载波输出端和第二载波输出端分别同时输出所述音频调制载波信号和所述超声调制载波信号。

10.一种脉冲宽度调制方法，其特征在于，包括：

接收外部硬件模块提供的调制模式控制信号，所述调制模式控制信号是由外部硬件模块根据使用者手工输入指令生成；

根据所述调制模式控制信号，选择性地生成音频调制载波信号和超声调制载波信号，其中所述音频调制载波信号和所述超声调制载波信号的频率不同；

根据所述选择性地生成的音频调制载波信号和超声调制载波信号，对音频输入信号进行脉冲宽度调制，并相应地输出音频调制信号和超声调制信号。

11.如权利要求10所述的脉冲宽度调制方法，其特征在于，还包括：

将所述音频调制信号和所述超声调制信号合并成一路脉冲宽度调制信号并输出。

12.如权利要求10所述的脉冲宽度调制方法，其特征在于，所述根据调制模式控制信号，选择性地输出音频调制载波信号和超声调制载波信号包括：

当所述调制模式控制信号为不调制指示信号时，不生成任何载波信号；

当所述调制模式控制信号为音频调制指示信号时，生成所述音频调制载波信号；

当所述调制模式控制信号为超声调制指示信号时，生成所述超声调制载波信号；

当所述调制模式控制信号为音频调制和超声调制同时工作的指示信号时，同时生成所述音频调制载波信号和所述超声调制载波信号。