CN103346745A

CN103346745A - 一种d类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器

Info

Publication number: CN103346745A
Application number: CN2013102765022A
Authority: CN
Inventors: 赵野; 周玉梅
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2013-10-09

Abstract

本发明公开了一种D类音频功率放大器输入级全差分运算放大器，包括第一输入电阻、第二输入电阻、第一反馈电阻、第二反馈电阻、放大电路、第一数字传输门、第二数字传输门、数字传输门控制比较器，其中，还包括单位增益负反馈电路、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、开关控制比较器和反相器。本发明的D类音频功率放大器输入级全差分运算放大器降低了静音时输出端的噪声，加快了放大器启动到正常所需的工作点的速度，同时大大放大器启动时的‘click and pop’噪声以及静音时吱吱的底噪声。

Description

一种D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器

技术领域

本发明涉及一种输入级全差分运算放大器，尤其涉及一种D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器。

背景技术

D类音频功率放大器最大的优势在于其转换效率很高，理论上可以达到100%，而实际效率也可以达到85%以上。D类音频功率放大器系统一般采用全差分运算放大器做为输入级。前置全差分运算放大器的功能是调节整个芯片的增益，要求能够得到尽可能大的线性度和尽可能低的噪声。D类音频功率放大器启动或静音时,输入级全差分运算放大器工作在关断状态。

如图1所示，现有技术中的D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器包含有放大电路、数字传输门控制比较器、数字传输门、输入电阻和反馈电阻。在D类音频功率放大器启动或静音时，数字传输门导通，运算放大器工作在关断状态。但是，数字传输门导通和关断时，运算放大器的输出端产生高频、大幅度的纹波，最终在D类功率放大器的输出端产生噪声，特别是放大器启动时的‘click and pop’噪声以及静音时吱吱的底噪声。

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输入级全差分运算放大器以克服上述缺陷。

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类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器，以降低现有技术中的D类音频功率放大器由于输入级全差分运算放大器中的数字传输门导通或关断而导致输出的噪声，同时加快放大器启动到正常所需的工作点的速度，大大降低放大器启动时的‘click and pop’噪声以及静音时吱吱的底噪声。

为实现上述目的，本发明提供了一种D类音频功率放大器输入级全差分运算放大器，包括第一输入电阻、第二输入电阻、第一反馈电阻、第二反馈电阻、放大电路、第一数字传输门、第二数字传输门、数字传输门控制比较器，其中，还包括单位增益负反馈电路、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、开关控制比较器和反相器；其中，输入信号INP和INN分别通过所述第一输入电阻和第二输入电阻连接到所述第一开关和第三开关的一端，所述第一开关和第三开关的另一端分别连接到所述放大电路的正负输入端，所述放大电路的正负输出端分别通过所述第二开关和第四开关连接到输出端VON和VOP；所述第一数字传输门和第二数字传输门的一端分别连接到所述放大电路的正负输入端，另一端分别通过所述第一反馈电阻和第二反馈电阻连接到所述第二开关和第四开关的一端；共模电平连接到所述放大电路，同时也连接到所述第五开关的一端，所述第五开关的另一端连接到所述单位增益负反馈电路的正输入端，所述单位增益负反馈电路的负输入端与输出端相连接后再连接到所述第六开关的一端，第六开关的另一端分别连接到输出信号VOP和VON；所述开关控制比较器和数字传输门控制比较器的正输入端均与控制信号Von相连接，负输入端分别连接所述开关控制比较器的输入参考电平和所述数字传输门比较器的输入参考电平；所述开关控制比较器的输出端连接到所述反相器的输入端；所述数字传输门控制比较器与所述第一数字传输门和第二数字传输门连接。

根据上述的D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器，其中，所述开关控制比较器和数字传输门控制比较器分别输出控制信号控制所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和所述第一数字传输门和第二数字传输门。

根据上述的D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器，其中，所述反相器输出控制信号控制所述第五开关和第六开关。

根据上述的D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器，其中，所述数字传输门控制比较器的输出信号输入所述第一数字传输门和第二数字传输门的控制端。

根据上述的D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器，其中，所述开关控制比较器的参考电平高于所述数字传输门控制比较器的参考电平。

根据上述的D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器，其中，在放大器启动或静音时，所述输入控制信号Von低于所述开关控制比较器的输入参考电平时，所述开关控制比较器输出低电平，所述第五开关和第六开关闭合，输入级运算放大器接为单位增益负反馈结构，输出信号VOP、VON逐渐上升到所述共模电平。

根据上述的D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器，其中，当放大器启动进入正常工作状态时，所述输入控制信号Von高于所述数字传输门比较器的输入参考电平时，所述数字传输门比较器输出高电平，所述第一数字传输门和第二数字传输门导通；当所述输入控制信号Von高于所述开关控制比较器的输入参考电平时，所述开关控制比较器输出高电平，所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关闭合，所述第五开关和第六开关关断，输入级运算放大器接为全差分运算放大器，分别输出放大信号VOP、VON，进入放大工作状态。

因此，在本发明的D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器中，当放大器在开机启动过程中时，输入控制信号到开关控制比较器和数字传输门比较器，当输入控制信号低于开关控制比较器的参考电平时，开关控制比较器输出低电平，输入级运算放大器接为单位增益负反馈结构，数字传输门关断，放大器输出电压逐渐上升到需要的共模电平。当输入控制信号高于数字传输门比较器的参考电平时，数字传输门比较器输出高电平，数字传输门导通。当输入控制信号高于开关控制比较器参考电平时，开光控制比较器输出高电平，数字传输门导通，单位增益负反馈结构失效，输入级运算放大器进入正常工作，接为全差分运算放大器结构。由于开关控制比较器参考电平高于数字传输门控制比较器参考电平，当数字传输门导通或关断时，运算放大器仍接为单位增益负反馈结构，放大器正负端输出会被慢慢充电到所需的共模电平VCM，建立到所需的工作点，放大器差分输出极小，抑制了在芯片开机瞬间大的‘click and pop’噪声，同时在芯片静音时，放大器接成差分输出为零的单位增益结构，不会对输入端的噪声进行放大，从而抑制了静音时的吱吱噪声。

附图说明

图1是现有技术中D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器的电路结构图；

图2是本发明的D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器的电路结构图。

具体实施方式

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。

如图2所示，本发明的D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器包括放大电路10、数字传输门控制比较器20、数字传输门TG20和TG30、输入电阻R_in和反馈电阻R_f，单位增益负反馈电路40，开关K1、K2、K3、K4、K5、K6，开关控制比较器30和反相器50。

输入信号INP和INN分别通过电阻Rin连接到开关K1和K3，开关K1和K3分别连接到放大电路10的正负输入端，放大电路10的正负输出端分别通过开关K2和K4连接到输出端VON和VOP。传输门TG20和TG30一端分别连接到放大电路10的正负输入端，另一端分别通过电阻R_f连接到开关K2和K4的一端。共模电平Vcm连接到放大电路10，同时也连接到开关K5一端，开关K5的另一端连接到单位增益负反馈电路40正输入端，单位增益负反馈电路40负输入端与输出端相连接成为单位增益放大器，单位增益负反馈电路40的输出端连接到开关K6的一端，开关K6的另一端分别连接到输出信号VOP和VON。控制信号Von输入到开关控制比较器30和数字传输门控制比较器20的正输入端，开关控制比较器30和数字传输门控制比较器20负输入端分别连接开关控制比较器30的输入参考电平Vref1和数字传输门比较器20的输入参考电平Vref2，开关控制比较器30的输出端经由ctrl连接到反相器50输入端，反相器50输出控制信号ctr去控制开关K5、K6。开关控制比较器30和数字传输门控制比较器20分别输出控制信号ctr和OE去控制开关K1、K2、K3、K4和数字传输门TG20、TG30。

其中，控制信号Von输入数字传输门控制比较器20和开关控制比较器30，分别与数字传输门参考电平Vref2和开关控制比较器参考电平Vref1进行比较。数字传输门控制比较器20与数字传输门TG20、TG30连接，数字传输门控制比较器20的输出信号输入数字传输门TG20、TG30控制端，当数字传输门控制比较器20输出高电平时，数字传输门TG20、TG30导通；开关控制比较器30与反相器50和开关K1、K2、K3、K4的开关控制端连接，开关控制比较器30的输出信号输入反相器50和开关K1、K2、K3、K4控制端ctrl，当开关控制比较器30输出高电平时，开关K1、K2、K3、K4导通；反相器50与开关K5、K6连接，反相器50的输出信号输入开关K5、K6控制端，当反相器50输出高电平时，开关K5、K6闭合。

开关K1与输入电阻R_in、放大电路10输入端、数字传输门TG20连接；开关K3与输入电阻R_in、放大电路10输入端、数字传输门TG30连接；开关K2、K4与反馈电阻R_f、放大电路10输出端连接。

开关K5与单位增益负反馈电路40输入端连接，输入共模电平Vcm通过开关K5输入单位增益负反馈电路40输入端，开关K6与单位增益负反馈电路40输出端连接，单位增益负反馈电路40输出共模电平通过开关K6分别输出到运算放大器的两个输出端VON和VOP。

在芯片启动或静音时，输入控制信号Von低于开关控制比较器30的输入参考电平Vref1时，开关控制比较器30输出低电平，开关K5、K6闭合，输入级运算放大器接为单位增益负反馈结构，输出信号VOP、VON会逐渐上升到共模电平Vcm，建立好工作点，放大器差分输出极小，抑制了在芯片开机瞬间大的‘click andpop’噪声，同时在芯片静音时，放大器接成差分输出为零的单位增益结构，放大器不会对输入端的噪声进行放大，抑制了静音时的吱吱噪声。

当芯片启动好，进入正常工作状态时，输入控制信号Von高于数字传输门比较器20的输入参考电平Vref2时，数字传输门比较器20输出高电平，数字传输门TG20、TG30导通；当输入控制信号Von高于开关控制比较器30的输入参考电平Vref1时，开关控制比较器30输出高电平，开关K1、K2、K3、K4闭合，开关K5、K6关断，输入级运算放大器接为全差分运算放大器，分别输出放大信号VOP、VON，进入放大工作状态。

开关控制比较器30的输入参考电平Vref1高于数字传输门控制比较器20的输入参考电平Vref2，当数字传输门TG20、TG30导通或关断时，运算放大器仍接为单位增益负反馈结构，输出信号VOP、VON会逐渐上升到共模电平Vcm，建立好工作点，放大器差分输出极小，抑制了在芯片开机瞬间大的‘click and pop’噪声，同时在芯片静音时，放大器接成差分输出为零的单位增益结构，放大器不会对输入端的噪声进行放大，抑制了静音时的吱吱噪声。抑制了输出端大幅度、高频纹波的产生，降低了D类音频功率放大器由于输入级全差分运放中数字传输门导通或关断而导致输出的噪声。

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输入级全差分运算放大器，包括第一输入电阻、第二输入电阻、第一反馈电阻、第二反馈电阻、放大电路、第一数字传输门、第二数字传输门、数字传输门控制比较器，其特征在于，还包括单位增益负反馈电路、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、开关控制比较器和反相器；其中，输入信号INP和INN分别通过所述第一输入电阻和第二输入电阻连接到所述第一开关和第三开关的一端，所述第一开关和第三开关的另一端分别连接到所述放大电路的正负输入端，所述放大电路的正负输出端分别通过所述第二开关和第四开关连接到输出端VON和VOP；所述第一数字传输门和第二数字传输门的一端分别连接到所述放大电路的正负输入端，另一端分别通过所述第一反馈电阻和第二反馈电阻连接到所述第二开关和第四开关的一端；共模电平连接到所述放大电路，同时也连接到所述第五开关的一端，所述第五开关的另一端连接到所述单位增益负反馈电路的正输入端，所述单位增益负反馈电路的负输入端与输出端相连接后再连接到所述第六开关的一端，第六开关的另一端分别连接到输出信号VOP和VON；所述开关控制比较器和数字传输门控制比较器的正输入端均与输入控制信号Von相连接，负输入端分别连接所述开关控制比较器的输入参考电平和所述数字传输门比较器的输入参考电平；所述开关控制比较器的输出端连接到所述反相器的输入端；所述数字传输门控制比较器与所述第一数字传输门和第二数字传输门连接。

2.根据权利要求1所述的D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器，其特征在于，所述开关控制比较器和数字传输门控制比较器分别输出控制信号控制所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和所述第一数字传输门和第二数字传输门。

3.根据权利要求1所述的D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器，其特征在于，所述反相器输出控制信号控制所述第五开关和第六开关。

4.根据权利要求1所述的D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器，其特征在于，所述数字传输门控制比较器的输出信号输入所述第一数字传输门和第二数字传输门的控制端。

5.根据权利要求1所述的D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器，其特征在于，所述开关控制比较器的参考电平高于所述数字传输门控制比较器的参考电平。

6.根据权利要求1所述的D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器，其特征在于，在放大器启动或静音时，所述输入控制信号Von低于所述开关控制比较器的输入参考电平时，所述开关控制比较器输出低电平，所述第五开关和第六开关闭合，输入级运算放大器接为单位增益负反馈结构，输出信号VOP、VON逐渐上升到所述共模电平。

7.根据权利要求1所述的D类音频功率放大器的输入级全差分运算放大器，其特征在于，当放大器启动进入正常工作状态时，所述输入控制信号Von高于所述数字传输门比较器的输入参考电平时，所述数字传输门比较器输出高电平，所述第一数字传输门和第二数字传输门导通；当所述输入控制信号Von高于所述开关控制比较器的输入参考电平时，所述开关控制比较器输出高电平，所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关闭合，所述第五开关和第六开关关断，输入级运算放大器接为全差分运算放大器，分别输出放大信号VOP、VON，进入放大工作状态。