CN103151995B - 数字三态d类放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字三态D类放大器。该发明包括两个信号通道，通道1输出脉宽调制信号，通道2输出基频方波信号，两路分别经过功率放大器件放大，合成为三态脉宽调制信号，再通过带通滤波电路后得到基频正弦信号。本发明中的三态脉宽调制信号是根据三角函数形式的傅里叶级数组合原理，计算出9次以下谐波分量最低的脉宽调制方式，将传统D类放大器的两路差分基频方波信号的两态变化设计成三态脉宽调制信号的三态变化，同时比普通三态D类放大器的空闲态时间更长，从而使功率开关上的损耗更低，输出功率效率更高，结合带通滤波电路和合理板图布线，在调制频率低很多的情况下更有效解决了目前D类放大器的EMI问题。同时结合系统供电电压检测电路，则只需调整通道1的调制脉宽，即可得到不同供电电压下的相同功率输出，保证了系统运行的可靠性和稳定性。

Description

数字三态D类放大器
技术领域
本发明涉及通信系统和其他电子系统中的放大器领域，具体是指一种数字三态D类放大器及其应用方法。
背景技术
传统D类放大器通常基于脉宽调制(PWM)原理设计，通道1和通道2是由变压器获得两路反向的方波基频信号输入给功率放大器件，因为其快速的切换时间和接近轨至轨的摆幅使得这类放大器具有非常高的效率。然而这种特性又使这类放大器具有宽的输出频谱，实际应用时外接滤波器由于带宽限制，对于9次以下谐波的谐波分量很难抑制，使得EMI影响巨大，在低中频应用时影响更加明显。因此，急需一种保证传统D类放大器高效率的优势，又能改善EMI问题的新型放大器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种新型放大器，以解决目前既能保证传统D类放大器高效率的优势，又能改善EMI问题的需求，进一步推动通信系统和其它电子系统的发展。
本发明提供了一种数字三态D类放大器。该发明包括两个信号通道，通道1输出脉宽调制信号，通道2输出基频方波信号，两路分别经过功率放大器件放大，合成为三态脉宽调制信号，再通过带通滤波电路后得到基频正弦信号。
其中，三态脉宽调制信号是根据三角函数形式的傅里叶级数组合原理，计算出9次以下谐波分量最低且空闲态最长的脉宽调制方式。并分解成脉宽调制信号和基频方波信号，由通道1和通道2分别输出，周期等于基频，三种状态分别为低，高和空闲。
通道1的脉宽调制信号由多个独立脉冲信号组成，每个脉冲的周期等于基频，脉宽根据系统供电电压和抑制谐波分量程度来设置；通道2的方波信号，周期等于基频。两路通道的脉宽调制频率都较低，不仅有效降低了D类放大器实现对功率放大器件的要求，同型的晶体管或者专用功率放大器芯片均可选择。同时通道1传输的脉宽调制信号，其脉宽调制速率又远高于通道2传输的基频方波信号，则只需在通道1连接滤波器件，有效减少滤波器件数量，降低产品成本。并且通道1输出连接功率放大器件的板图布线尽可能短，在调制频率低很多的情况下有效抑制脉宽调制信号引起的EMI问题。最终三态脉宽调制信号经过带通滤波器则将基频分量保留，得到基频分量放大的正弦信号。
而且系统应用时若结合系统供电电压检测电路，只需调整通道1的调制脉宽，即可得到不同供电电压下的相同功率输出，保证了系统运行的可靠性和稳定性。
本发明在放大器技术改进时降低了功率开关上的损耗，得到更高的输出功率效率，结合带通滤波电路和合理板图布线，在调制频率低很多的情况下更有效解决了目前D类放大器的EMI问题。并且只是将三态D类放大器用数字化方式实现，避免了产品成本的提升，更相对降低了对滤波器件选型和需求的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为数字三态D类放大器的示意图；
图2为三态脉宽调制信号的示意图；
图3为不同三态脉宽调制信号的谐波分量示意图；
图4为不同供电电压时的脉宽调制示意图。
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明白，下面结合本发明实施例附图，对本发明实施例中的技术方案做进一步清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明实施例的一种，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种数字三态D类放大器。该发明包括两个信号通道，通道1输出脉宽调制信号，通道2输出基频方波信号，两路分别经过功率放大器件放大，合成为三态脉宽调制信号，再通过带通滤波电路后得到基频正弦信号，如图1。
以生成500kHz基频正弦波为例，其中通道1的脉宽调制信号由多个独立脉冲信号组成，每个脉冲的周期等于基频，脉宽可根据系统供电电压抑制谐波分量程度来设置。通道2的方波信号的周期等于基频。二者将合成三态脉宽调制信号，如图2。周期等于基频，若用500MHz频率设置通道1的7个周期脉冲信号，对应基频500kHz，将有1000个可变化位置，为使9次以下谐波的谐波分量非常低，则7个周期脉冲波相应起始位置和脉宽宽度分别为63/42，130/240，395/42，500/63，605/25，870/25，937/63；通道2即为基频500kHz的方波信号，二者叠加而成的三态脉宽调制信号与普通三态D类放大器输出和方波对比频谱分量，如图3。从图3可看出按最佳脉宽选择的数字三态D类放大器Fig1其频谱示意Fig5中的9次以下谐波几乎没有，而普通三态D类放大器Fig2输出要得到相同谐波抑制效果，就需大幅度提高脉宽调制频率，对后续功率放大器件的要求更加严格，并且难于实现。传统三态D类放大器Fig3抑制谐波效果较好，但输出功率效率降低，并且较易引入偶次谐波。
其经过功率放大器件，如同型的晶体管或者专用功率放大器芯片。再配合带通滤波器则将三态脉宽调制信号的基频分量保留，最终得到基频分量的正弦信号，如图4。由于三态脉宽调制信号本身的9次以下谐波已经很小，带通滤波器的带宽无需严格要求很窄，对滤波器器件的选择成本将大大降低。两路通道的脉宽调制频率都较低，不仅有效降低了D类放大器实现对功率放大器件的要求，同型的晶体管或者专用功率放大器芯片均可选择。同时通道1传输的脉宽调制信号，其脉宽调制速率又远高于通道2传输的基频方波信号，则只需在通道1连接滤波器件，有效减少滤波器件数量，降低产品成本。并且通道1输出连接功率放大器件的板图布线尽可能短，还可有效抑制脉宽调制信号引起的EMI问题。
由于传统D类放大器接近轨至轨的摆幅特性使其具有非常高的效率，而数字三态D类放大器的空闲状态相对于普通三态D类放大器更长，更降低了功率开关上的损耗，输出功率效率更高。再结合系统供电电压检测电路，只需调整通道1的各脉冲信号的脉宽，即可得到不同脉宽的三态脉宽调制信号，经过滤波后输出功率仍保持相等，保证了系统运行的可靠性和稳定性，如图4。
本发明在放大器技术改进时降低了功率开关上的损耗，得到更高的输出功率效率，结合带通滤波电路和合理板图布线，在调制频率低很多的情况下更有效解决了目前D类放大器的EMI问题。并且只是将三态D类放大器用数字化方式实现，避免了产品成本的提升，更相对降低了对滤波器件选型和需求的成本，最终可进一步推动通信系统和其它电子系统的发展。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种数字三态D类放大器，其特征在于，根据三角函数形式的傅里叶级数组合原理，计算出9次以下谐波分量最低且空闲态最长的三态脉宽调制方式，利用两路信号通道中的通道1输出脉宽可变的调制信号，通道2输出基频方波信号，两路分别经过功率放大器件放大，合成为带内谐波分量最小的三态脉宽调制信号，最后通过带通滤波电路抑制带外谐波分量后得到基频正弦信号。
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