CN107666295B - 增益校准控制器 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种用于校准D类音频放大器的增益的增益校准控制器和增益校准方法，所述D类音频放大器包括可调整增益级和耦合到重建滤波器的输出的反馈路径。所述增益校准控制器检测在第一频率范围中的第一输出噪声电平和在第二较高频率范围中的第二输出噪声电平，使所述可调整增益级的所述增益变化，响应于使所述可调整增益级的所述增益变化而从所述第一输出噪声电平和所述第二输出噪声电平中的至少一者的改变确定稳定增益范围的最小稳定增益值，且响应于使所述可调整增益级的所述增益变化而从所述第一输出噪声电平和所述第二输出噪声电平中的至少一者的改变确定所述稳定增益范围的最大稳定增益值。

Description

增益校准控制器

技术领域

本公开涉及一种用于D类放大器系统的增益校准控制器。

背景技术

D类放大器用作具有相对低功率转换的高效功率放大器。对于音频放大器，D类放大器放大数字音频输入信号且在输出处需要(例如)重建滤波器以产生模拟音频输出，模拟音频输出用以驱动扬声器。可将D类音频放大器实施为集成电路。可使用由电感器和电容器构成的无源滤波器电路而在D类放大器外部实施重建滤波器。音频D类放大器用于汽车、其它机动车和移动装置(例如笔记本电脑、移动电话、个人数字助理)以及可穿戴式装置、助听器的音频系统中。

发明内容

在所附权利要求书中限定本公开的各个方面。在第一方面中，限定一种用于D类放大器的增益校准控制器，所述D类放大器包括可调整增益级和耦合到重建滤波器的输出的反馈路径，所述增益校准控制器包括：增益校准输入，所述增益校准输入以可操作方式耦合到所述D类放大器输出；以及增益校准输出，所述增益校准输出以可操作方式耦合到所述可调整增益级；其中所述增益校准控制器被配置成进行以下操作：检测在第一频率范围中的D类音频放大器的第一输出噪声电平和在第二较高频率范围中的D类音频放大器的第二输出噪声电平；从所述第一输出噪声电平和所述第二输出噪声电平中的至少一者确定初始增益值；响应于使所述可调整增益级的所述增益变化而从所述第一输出噪声电平和所述第二输出噪声电平中的至少一者的改变确定稳定增益范围的最小稳定增益值；以及响应于使所述可调整增益级的所述增益变化而从所述第一输出噪声电平和所述第二输出噪声电平中的至少一者的改变确定所述稳定增益范围的最大稳定增益值。

在实施例中，所述增益校准控制器可被另外配置成减小所述增益，响应于减小所述增益而检测所述第一输出噪声电平和所述第二输出噪声电平中的至少一者的增大，以及从所述减小的增益值确定所述最小稳定增益值。

在实施例中，所述增益校准控制器可被另外配置成增大所述增益，响应于增大所述增益而检测所述第一输出噪声电平和所述第二输出噪声电平中的至少一者的增大，以及从所述增大的增益值确定所述最大稳定增益值。

在实施例中，所述增益校准控制器可另外包括存储所述稳定增益范围和具有在所述稳定增益范围内的值的优选增益设置，以及将所述优选增益设置应用于所述D类放大器。

在实施例中，所述增益校准控制器可被另外配置成通过响应于所述第一噪声电平高于第一预定噪声阈值而增大所述增益且响应于所述第二噪声电平高于第二预定噪声阈值而缩减所述增益来确定初始增益值。

在实施例中，所述增益校准控制器可被另外配置成将所述增益设置为对应于所述稳定增益范围的中间的值。

在实施例中，所述增益校准控制器可另外包括：具有第一通带的第一滤波器与具有第二通带的第二滤波器的并联布置，其中所述第二通带相比于所述第一通带具有较高频率范围；具有耦合到所述第一滤波器和所述第二滤波器的第一输入和第二输入以及以可操作方式耦合到所述可调整增益级的输出的稳定性控制器，其中所述稳定性控制器被配置成从所述第一噪声电平与所述第二噪声电平的总和确定总噪声电平，以及从所述总噪声电平确定所述最小稳定增益值和所述最大稳定增益值。

在实施例中，所述增益校准控制器可被另外配置成将所述增益设置为在所述稳定增益范围内的值，以及可切换地将低通滤波器耦合到D类放大器的所述反馈路径中。

在实施例中，所述增益校准控制器可被另外配置成响应于所述第一噪声电平和所述第二噪声电平中的一者在低通滤波器耦合于所述反馈路径中时增大而另外使所述增益变化。

在实施例中，所述增益校准控制器可包括于一种D类音频放大器系统中，所述D类音频放大器系统包括比较器、回路滤波器、可调整增益级、功率放大器级与重建滤波器的串联布置，以及布置于所述重建滤波器的输出与所述D类音频放大器系统的输入之间的反馈路径；其中所述增益校准控制器输入耦合到所述重建滤波器输出，且所述增益校准控制器输出耦合到所述可调整增益级。

在实施例中，所述D类音频放大器系统可另外包括耦合到另外的增益校准控制器输出的低通滤波器，且其中所述增益校准控制器被另外配置成可切换地将所述低通滤波器耦合到所述反馈路径中。

在第二方面中，描述一种用于D类音频放大器的增益校准方法，所述D类音频放大器包括可调整增益级和耦合到重建滤波器的输出的反馈路径，所述方法包括：检测在第一频率范围中的第一输出噪声电平和在第二较高频率范围中的第二输出噪声电平；使所述可调整增益级的所述增益变化；响应于使所述可调整增益级的所述增益变化而从所述第一输出噪声电平和所述第二输出噪声电平中的至少一者的改变确定稳定增益范围的最小稳定增益值；以及响应于使所述可调整增益级的所述增益变化而从所述第一输出噪声电平和所述第二输出噪声电平中的至少一者的改变确定所述稳定增益范围的最大稳定增益值。

在实施例中，使所述可调整增益级变化另外包括缩减所述增益，且其中确定所述最小稳定增益值另外包括响应于缩减所述增益而检测所述第一输出噪声电平和所述第二输出噪声电平中的至少一者的增大，以及从所述缩减的增益值确定所述最小稳定增益值。

在实施例中，使所述可调整增益级变化可另外包括增大所述增益，且其中确定所述最大稳定增益值另外包括响应于增大所述增益而检测所述第一输出噪声电平和所述第二输出噪声电平中的至少一者的增大，以及从所述增大的增益值确定所述最大稳定增益值。

在实施例中，所述方法可另外包括存储所述所确定的稳定增益范围和具有在所述稳定增益范围内的值的优选增益设置，以及将所述所存储的优选增益设置应用于所述D类音频放大器。

在第三方面中，描述一种包括指令的计算机程序产品，所述指令在由处理单元执行时致使所述处理单元通过执行以下步骤来校准包括可调整增益级的D类音频放大器的增益：检测在第一频率范围中的第一输出噪声电平和在第二较高频率范围中的第二输出噪声电平；响应于使所述可调整增益级的所述增益变化而从所述第一输出噪声电平和所述第二输出噪声电平中的至少一者的改变确定稳定增益范围的最小稳定增益值；以及响应于使所述可调整增益级的所述增益变化而从所述第一输出噪声电平和所述第二输出噪声电平中的至少一者的改变确定所述稳定增益范围的最大稳定增益值。

附图说明

在附图和描述中，相同的附图标记指代相同的特征。现在仅借助于通过附图示出的例子来详细地描述本发明的实施例，在附图中：

图1示出包括LC重建滤波器的D类音频放大器系统的例子。

图2示出说明取决于重建滤波器的电感器和电容器变化的回路增益改变的图形。

图3示出根据实施例的包括增益校准控制器的D类音频放大器。

图4示出根据实施例的包括增益校准控制器的D类放大器。

图5示出根据实施例的校准D类放大器的增益的方法。

图6示出根据实施例的校准D类放大器的增益的方法。

具体实施方式

图1示出D类音频放大器系统100的典型例子。D类放大器系统100包括具有比较器104、回路滤波器106、脉宽调制器(PWM)108和D类功率级110(例如桥接式负载(BTL)功率级)的串联布置的D类放大器140。D类放大器140另外包括用于反馈信号的模/数转换器(ADC)120。D类功率级的是D类放大器输出的差分输出112、112′连接到外部重建滤波器114。重建滤波器114包括由连接于第一放大器输出112与第一重建滤波器输出116之间的电感器L1和连接于第一重建滤波器输出116与接地电位之间的电容器C1组成的第一LC电路。

重建滤波器114包括由连接于第二放大器输出112′与第二重建滤波器输出116′之间的电感器L2和连接于第二重建滤波器输出116′与接地电位之间的电容器C2组成的第二LC电路。第一重建滤波器输出116和第二重建滤波器输出116′可连接到扬声器118。应了解，重建滤波器114的LC电路布置是一个可能例子配置，且其它LC电路配置可用于D类放大器的重建滤波。D类放大器功率级110具有用于驱动扬声器118的差分输出。在其它例子D类放大器中，可使用单端配置，借此一D类功率级驱动器一个输出。

ADC 120可具有连接到相应重建滤波器输出116、116′的一对输入。ADC输出122连接到比较器104的第二输入。用于接收数字音频信号的放大器输入102连接到比较器104的第一输入。

在操作中，D类放大器系统100具有由ADC 120、比较器104、回路滤波器106、PWM调制器108、BTL功率级110和外部重建滤波器114形成的数字控制回路。可以是积分三角ADC的ADC 120可在重建滤波器输出116、116′上对所检测到的输出信号进行过取样，且应用噪声整形以在音频频带中给出低本底噪声。比较器104比较来自ADC 118的噪声整形信号与放大器输入102上的数字音频输入信号之间的差，且将所述差输出到回路滤波器106。PWM调制器108通常具有500KHz的切换频率，且产生PWM信号以控制桥接式负载功率级110。

通过将重建滤波器216包括于控制回路内部，音频放大器系统100可具有较好的音频性能。这是因为滤波器216的阻抗在滤波器216包括于回路中时随着回路增益而缩减。当驱动在低频率下具有较低输出阻抗的扬声器时，可改善扬声器的低音性能。然而，回路稳定性准则变得较复杂，这是因为控制回路和因此D类放大器140的稳定性现在将取决于重建滤波器114的滤波器特性。重建滤波器114的特性取决于所使用的组件的电容值和电感值。

图2中示出重建滤波器114中的电容的变化值对回路增益的影响。图形150示出在y轴152上以dB为单位而标绘的回路增益相对于在x轴154上以Hz为单位而标绘的频率的变化。图形线156示出具有包括于重建滤波器114中的电容器C1、C2的标称外部电容器值的回路增益。图形线156在低于由第一虚线160指示的频率的较低频率下具有相对高的恒定增益。图形线156示出第一虚线160与由虚线162指示的第一频率(频率A)之间的增益的急剧线性减小。频率A 162与由虚线164指示的第二较高频率(频率B)之间的增益则较逐渐地减小。在高于第二频率164的情况下，增益较急剧地减小。第一频率162可在介于50KHz与150KHz之间的第一频率范围中。第二频率164可在介于150KHz至250KHz之间的第二频率范围中。

与相较于由线156示出的标称增益而指示第一频率162与第二频率164之间的回路增益的相对增大的标称值相比较，图形线158示出具有电容器C1和C2的相对较小值的回路增益改变。与相较于由线156示出的标称增益而指示第一频率162与第二频率164之间的回路增益的相对减小的标称值相比较，图形线166示出具有电容器C1和C2的相对较大值的回路增益改变。当回路增益低于某一值时，则在第一频率162周围将存在由具有0DB回路增益的180度相移造成的噪声峰化。而且，当回路增益高于某一值时，在第二频率164周围将存在噪声峰化。不同频率和/或总噪声电平下的噪声峰化可用以检测回路增益过高还是过低。

图3示出根据实施例的包括增益校准控制器230的D类音频放大器系统200。D类放大器系统200包括D类放大器240，D类放大器240可被实施为集成电路。D类放大器240包括比较器或误差放大器204、回路滤波器206、增益调整器或增益调整级208、脉宽调制器210和D类功率级212(例如桥接式负载(BTL)功率级)的串联布置。D类放大器240另外包括可以是积分三角ADC的ADC 220和增益校准控制器230。D类功率级的是D类放大器输出的差分输出214、214′连接到外部重建滤波器216。在其它例子中，D类功率级可在单端操作模式下被配置有用于连接到重建滤波器的一个输出。可(例如)使用为本领域的技术人员所知的各种LC电路配置来实施重建滤波器216。重建滤波器输出218、218′可连接到ADC 220的相应输入。ADC输出222可连接到比较器204。ADC输出222可连接到增益校准控制器230的输入。增益校准控制器输出224可连接到增益调整器208。重建滤波器输出218、218′与ADC 220之间的连接和ADC输出222与比较器204之间的连接可被视为音频放大器系统200的反馈路径。

在D类音频放大器系统200的操作中，重建滤波器输出218、218′可连接到扬声器(未示出)。D类放大器系统200具有由ADC 220、比较器204、回路滤波器206、增益调整器208、PWM调制器210、BTL功率级212和外部重建滤波器216形成的数字控制回路。可以是积分三角ADC的ADC 220可在重建滤波器输出218、218′上对所检测到的输出信号进行过取样，且应用噪声整形以在音频频带中给出低本底噪声。比较器204比较来自ADC 220的噪声整形信号与放大器输入202上的数字音频输入信号之间的差，且将所述差输出到回路滤波器204。PWM调制器210通常具有500KHz的切换频率，且产生PWM信号以驱动桥接式负载功率级212。

D类放大器240可具有两种操作模式。在正常模式下，可将增益调整器208设置为固定预定增益值，且D类音频放大器系统200以类似于音频放大器系统100的方式而操作。当D类放大器240如下在校准模式下时，可由增益校准控制器230确定预定增益值。增益校准控制器230检测在第一频率范围(例如，50KHz到150KHz)和第二较高频率范围(其可(例如)包括介于150KHz到250KHz之间的频率)中的噪声信号电平。增益控制器230可将增益调整器208设置为初始标称预定增益值。

增益控制器230可检查由第一频率范围与第二频率范围的组合噪声电平组成的噪声电平是否高于预定阈值。如果噪声电平高于预定阈值，那么增益控制器230可如下调整初始增益值。如果在第一频率范围中的噪声信号电平高于预定阈值电平，那么增益控制器230可将增益值设置为预定较高增益值。否则，增益控制器230可将增益值设置为预定较低增益值。可替换的是，如果在第二频率范围中的噪声信号电平高于预定阈值电平，那么增益控制器230可将增益值设置为预定较低增益值。否则，增益控制器230可将增益值设置为预定较高增益值。可(例如)通过仿真或其它电路分析来确定预定标称增益值、较低增益值和较高增益值。通过以此方式设置初始或起始增益值，D类放大器系统可具有无爆出启动，即，不具有可听的音频伪影。

一旦已设置初始增益值，增益控制器230就可缩减增益直到总噪声电平增大或噪声电平在第一频率范围内的第一频率下增大。这指示稳定回路增益范围的下限。增益控制器230可接着增大增益直到总噪声电平增大或噪声电平在第二较高频率范围内的频率下增大。噪声电平增大的增益可指示稳定回路增益的上限。增益校准控制器230可接着从由上限增益值和下限增益值限定的稳定增益范围确定回路增益的优选值。通常，这可以是在稳定增益范围的中间的增益值。此优选增益值可接着在正常操作中用作预定增益值。优选增益值可对应于D类放大器系统200的最佳回路增益。

增益校准控制器230可针对电感器和电容器的每一特定值校准控制回路的稳定增益范围，且可使用现有组件和负载来确定最佳稳定增益范围。在用于重建滤波器216中的滤波器组件中允许更多公差可允许使用更便宜的滤波器组件。所确定的稳定增益范围和所述稳定增益范围的中间或标称增益值还可指示是否已在制造期间使用不正确的滤波器组件。不正确的滤波器组件可造成经校准的稳定增益范围的中间值显著地不同于预期标称值。

可以硬件或硬件与软件的组合来实施增益调整器208。可使用状态机和数字滤波器而以硬件来实施增益校准控制器230。在其它例子中，可通过硬件与软件的组合来实施增益校准控制器。在一些例子中，增益校准控制器可通过(例如)I2C接口而连接到微控制器(未示出)。在其它例子中，增益校准控制器可包括微控制器。微控制器可读取回路增益的所确定的稳定增益范围和所述回路增益范围的中间值，所述中间值可接着用作滤波器诊断，即，正确的滤波器被连接，以及组件的公差在控制回路可处置的范围内。因此，在生产D类放大器系统期间，增益校准控制器可用以验证已正确地装配重建滤波器216。

增益校准控制器230可基于所使用的实际组件值来确定特定重建滤波器216的最佳回路增益。增益校准控制器230可(例如)在装配D类放大器240和重建滤波器216之后制造放大器系统期间确定最佳回路增益。当在放大器启动期间使用此最佳回路增益时，这可保证具有较宽滤波器组件值公差的稳定放大器操作，较宽滤波器组件值公差可允许使用更便宜的组件。

图4示出根据实施例的包括增益校准控制器330的D类音频放大器系统300。D类放大器系统300包括D类放大器350。D类放大器包括比较器或误差放大器304、回路滤波器306、增益调整器308、脉宽调制器310和D类功率级312(例如桥接式负载(BTL)功率级)的串联布置。D类放大器350可另外包括可以是积分三角ADC的ADC 320、增益校准控制器330、低通滤波器336和开关模块或多路复用器340。D类功率级的是D类放大器输出的差分输出314、314′连接到外部重建滤波器316。

重建滤波器316包括由连接于第一放大器输出314与第一重建滤波器输出318之间的电感器L1′和连接于第一重建滤波器输出318与接地电位之间的电容器C1′组成的第一LC电路。

重建滤波器316包括由连接于第二放大器输出314′与第二重建滤波器输出318′之间的电感器L2′和连接于第二重建滤波器输出318′与接地电位之间的电容器C2′组成的第二LC电路。第一重建滤波器输出318和第二重建滤波器输出318′可连接到扬声器344。应了解，重建滤波器316的LC电路布置是一个可能例子配置，且其它LC电路配置可用于D类放大器的重建滤波。

在其它例子中，D类功率级312可在单端操作模式下被配置有用于连接到重建滤波器的一个输出。

重建滤波器输出318、318′可连接到ADC 320的相应输入。ADC输出322可连接到开关模块或多路复用器340的第一输入。ADC输出322可连接到低通滤波器336的输入。低通滤波器输出338可连接到开关模块340的第二输入。开关模块342的输出可连接到比较器304的输入。数字音频输入302可连接到比较器304的第二输入。

增益校准控制器330可包括第一带通滤波器326、第二带通滤波器328和稳定性增益控制电路324。第一带通滤波器326具有在第一频率范围中的通带，且第二带通滤波器328具有在第二较高频率范围中的通带。ADC输出322可连接到第一带通滤波器326的输入。ADC输出322可连接到第二带通滤波器328的输入。第一稳定性增益控制电路输出332可连接到增益调整器308。第二稳定性增益控制电路输出334可连接到开关模块340的控制输入。第一带通滤波器326的输出344可连接到稳定性增益控制电路324。第二带通滤波器328的输出346可连接到稳定性增益控制电路324。

重建滤波器输出318、318′与比较器304之间的连接路径可被视为音频放大器系统300的反馈路径。

在操作中，D类放大器系统300具有由ADC 320、视情况为低通滤波器336、开关模块或多路复用器340、比较器304、回路滤波器306、增益调整器308、PWM调制器310、BTL功率级310和外部重建滤波器316形成的数字控制回路。可以是积分三角ADC的ADC 320可在重建滤波器输出318、318′上对所检测到的输出信号进行过取样，且应用噪声整形以在音频频带中给出低本底噪声。比较器304比较来自ADC 320的噪声整形信号与放大器输入302上的数字音频输入信号之间的差，且将所述差输出到回路滤波器304。PWM调制器310通常具有500KHz的切换频率，且产生PWM信号以驱动桥接式负载功率级312。

D类放大器350可具有两种操作模式。在正常模式下，可将增益调整器308设置为固定预定增益值，且D类音频放大器系统300以类似于音频放大器系统200的方式而操作。当D类放大器如下在校准模式下时，可由增益校准控制器330确定预定增益值。

最初，稳定性增益控制电路324可控制开关模块340以将ADC 320的输出直接连接到比较器304，使得绕过低通滤波器336。

稳定性增益控制电路324可检测在从第一带通滤波器326输出的第一频率范围和从第二带通滤波器328输出的第二较高频率范围中的噪声信号电平。稳定性增益控制电路324可将所检测到的噪声信号电平求和以确定总噪声电平。可(例如)在放大器的初始加电之后完成此检测。增益校准控制器330可(例如)通过与预定阈值电平的比较来检测到初始噪声电平过高。这可通过与总噪声电平、第一频率范围噪声电平或第二频率范围噪声电平的比较而确定。

如果初始噪声电平过高，那么稳定性增益控制电路324可通过在第一带通滤波器326的输出处测量高于预定阈值的噪声电平的情况下增大增益且否则缩减增益值来调整初始增益值。可替换的是，如果初始噪声电平过高，那么稳定性增益控制电路324可通过在第二带通滤波器326的输出处测量高噪声电平的情况下缩减增益来调整增益。稳定性增益控制电路324可调整增益直到所测量的噪声电平是低噪声电平，即，低于预定阈值电平。例子低噪声阀值可以是：44dB低于满刻度(-44dBFS)。在一些例子中，满刻度可以是16伏。

一旦确定对应于低噪声电平的初始增益值，就在下一步骤中稳定性增益控制电路324可通过缩减增益调整器308的增益直到从第一带通滤波器326的输出所检测到的噪声电平增大来缩减回路增益。经由第一带通滤波器326所检测到的噪声增大的增益值指示回路增益在稳定性下限边界上且因此可用以确定最小稳定增益值。

一旦确定最小稳定增益值或下限，稳定性增益控制电路324就可通过增大增益调整器308的增益直到从第二带通滤波器328的输出所检测到的噪声电平增大来增大回路增益。经由第二带通滤波器328所检测到的噪声增大的增益值指示回路增益在稳定性上限边界上且因此可用以确定最大稳定增益值或上限。增益稳定性范围则对应于最大稳定增益值或上限与最小稳定增益值或下限之间的差。可接着将回路增益值设置为在增益稳定性范围内的优选值。优选回路增益值可(例如)在稳定增益范围的中间，即，最大稳定增益值与最小稳定增益值的平均值。上限和下限以及优选增益值可存储于存储器(未示出)中。上限和下限以及优选增益值可用于滤波器诊断中以确定正确的滤波器是否被连接且确定相对于标称值的公差。一旦稳定增益范围的中间被设置有优选回路增益值，稳定性增益控制电路324就可通过将低通滤波器输出338连接到开关模块340的输出342而将低通滤波器336切换到反馈路径中。一旦低通滤波器336被连接，稳定性增益控制电路324就可接着确定是否存在噪声增大。如果存在增大，那么稳定性增益控制电路324可断开低通滤波器336。在其它例子中，如果存在噪声电平增大，那么稳定性增益控制电路324可使用如先前所描述的将低通滤波器336包括于反馈路径中的过程来确定新最大稳定增益值和最小稳定增益值。如果在低通滤波器336接通的情况下不存在噪声电平增大，那么使增益调整器308固定，且结束校准过程。

在D类放大器350中，ADC 320通常被过取样，且使用噪声整形以在音频频带中具有低本底噪声，且因此噪声分量将移位到较高频带。然而，PWM调制器310可将具有PWM频率的倍数的噪声分量转换回为音频频带。通过将低通滤波器336包括于D类放大器350的反馈路径中，可在PWM调制器310之前滤除高频噪声分量，且因此可改善D类放大器350的信噪比。

可包括于控制回路中的额外低通滤波器336可使稳定性准则较复杂。通常，这意味着外部滤波器组件的值(即，电感器值和电容器值)中的设计公差将缩减需要更昂贵的组件。D类放大器350针对所使用的实际组件值校准稳定回路操作的稳定增益范围。因此，高得多的组件值散布可容许＞+/-50％。这与常规D类放大器中的＜+/-25％的组件值散布形成比较。

用以改善控制回路的稳定性的增益校准过程可在D类放大器350的接通之后花费若干毫秒。在可包括于车载音频系统中的一些例子D类放大器中，可在放置重建滤波器时装配应用板期间使用校准模式。这将在受控环境中，且不在汽车或其它车辆环境中。在汽车中，当车门关闭时，扬声器将移动且将在放大器的输出上产生信号。这可干扰可能的校准。而且，引擎启动可影响校准，这是因为放大器的供应电压可(例如)从12伏低到6伏且接着到14伏变化。增益控制稳定性改善电路324可在重建滤波器316装配于印刷电路板上时的生产期间确定最佳回路增益值。每当放大器系统在汽车环境中被加电而不另外运行校准过程时就可存储和使用此最佳回路增益值。以此方式，所使用的滤波器的最佳回路增益设置仅被校准一次，而在汽车环境中没有干扰的风险。在其它例子中，每当放大器系统300被加电时就可运行增益校准。

图5示出校准包括重建滤波器的D类放大器系统以改善控制回路稳定性的方法400。在步骤402中，应用起始初始标称增益值，且测量可以是由在第一低频率范围中的第一检测到的噪声电平与在第二较高频率范围中的第二检测到的噪声电平的总和组成的总噪声电平的噪声。在步骤404中，可取决于第一检测到的噪声电平或第二检测到的噪声电平而将起始增益值改变为较高值或较低值。举例来说，如果第一检测到的噪声电平高于预定噪声阀值，那么可增大起始增益值。可替换的是或另外，如果第二检测到的噪声电平高于预定噪声阀值，那么可缩减起始增益值。在步骤406中，可缩减D类放大器系统的增益直到总噪声电平增大。这可用以确定回路稳定性增益范围的最低增益。在步骤408中，可增大增益直到总噪声增大。这将确定回路稳定性范围的最高增益。对应于D类放大器的控制回路稳定的增益值的稳定增益范围可由最小稳定增益值与最大稳定增益值之间的差确定。

图6示出校准包括重建滤波器的D类放大器系统以改善控制回路稳定性的方法500。在步骤502中，可将D类放大器的控制回路中的增益设置为初始标称增益值。假设D类放大器系统的重建滤波器中的组件值是用于滤波器的设计中的标称值，那么初始增益值对应于增益。在步骤504中，进行检查以确定总噪声电平相较于预定阈值是否过高。总噪声电平可由在第一频率范围(例如，50KHz到150KHz)中的第一噪声电平与在第二较高频率范围(例如，150KHz到250KHz)中的第二噪声电平的组合组成。如果噪声电平不过高，那么保持标称初始增益值，且方法移动到步骤512。如果噪声电平过高，那么在步骤506中对处于第一频率范围的噪声电平进行另外的检查。如果第一噪声电平过高，那么可在步骤508中以较高增益值替代起始增益值。否则，可在步骤510中以较低增益值替代起始增益值。通过建立从噪声电平确定的起始增益值，可使D类放大器系统无爆出地启动，即，不具有可听的音频伪影。

在步骤508和510之后，方法移动到步骤512。在步骤512中，将增益缩减一增益步长。在步骤514中，进行检查以确定总噪声电平是否已增大。如果噪声电平已增大，那么方法移动到步骤516，借此设置对应于当前增益值的下限增益值。此下限增益值可对应于D类放大器系统的控制回路稳定的最低增益。如果噪声电平尚未增大，那么方法返回到步骤512且另外缩减增益。

在步骤518中，可将增益增大一增益步长。在步骤520中，进行检查以确定噪声电平是否已增大。如果噪声电平尚未增大，那么方法返回到步骤518，且在重复步骤520的检查之前将增益增大另外的步长。如果噪声电平已增大，那么方法移动到步骤522，且将上限增益值设置为当前增益值。此上限增益值可对应于D类放大器系统的控制回路稳定的最高增益。

可在步骤524中存储对应于上限或最大增益值与下限或最小增益值之间的差的稳定增益范围值。在步骤526中，可存储对应于最大增益值与最小增益值的平均值或中点的优选增益值。可接着在后续正常操作中使用所存储的优选增益值以设置D类放大器系统的增益。方法接着在步骤522中结束。

在其它例子方法中，在步骤506中进行的检查可检查处于第二较高频率范围的噪声电平。应了解，在此状况下，如果第二噪声电平过高，那么缩减初始增益值，否则增大初始增益值。

所描述的增益稳定性校准方法和增益校准控制器的实施例可用于使用重建滤波器的D类放大器系统，其中进行从重建滤波器的输出返回朝向D类放大器的输入的反馈连接。实施例可允许基于用于重建滤波器中的组件的实际值来调谐D类放大器的增益。此允许将增益设置为在正常操作中改善D类放大器的控制回路的稳定性的值。因此，可使用重建滤波器组件(通常是电感器和电容器)，其具有较宽制造公差，例如，标称组件值的+/-50％。

可使用硬件、软件或硬件与软件的组合(例如，在微处理器上运行的软件)来实施实施例。在一些实施例中，可在生产D类放大器系统期间校准D类放大器增益。在其它例子中，每当D类放大器被通电时就可校准D类放大器增益。在一些例子中，可响应于用户输入而校准D类放大器。增益校准控制器和增益校准方法的实施例可包括于(例如)汽车音频系统、汽车娱乐或汽车信息娱乐系统、移动装置(例如移动电话、笔记本电脑、个人数字助理)、助听器和可穿戴式装置(例如智能手表)中。

本发明描述一种用于校准D类音频放大器的增益的增益校准控制器和增益校准方法，所述D类音频放大器包括可调整增益级和耦合到重建滤波器的输出的反馈路径。所述增益校准控制器检测在第一频率范围中的第一输出噪声电平和在第二较高频率范围中的第二输出噪声电平，使所述可调整增益级的所述增益变化，响应于使所述可调整增益级的所述增益变化而从所述第一输出噪声电平和所述第二输出噪声电平中的至少一者的改变确定稳定增益范围的最小稳定增益值，且响应于使所述可调整增益级的所述增益变化而从所述第一输出噪声电平和所述第二输出噪声电平中的至少一者的改变确定所述稳定增益范围的最大稳定增益值。通过在起始增益值处于初始稳定增益范围外部时将起始增益值直接改变为正确值来实现无爆出启动。可将额外滤波置于放大器回路中以允许低音频输出噪声。

尽管所附权利要求书涉及特定特征组合，但应理解，本发明的公开的范围还包括本文中明确地或隐含地公开的任何新颖特征或任何新颖特征组合或其任何一般化，而不管其是否涉及与当前在任何权利要求中主张的发明相同的发明且不管其是否缓解与本发明所缓解的技术问题相同的任一或全部技术问题。

在单独实施例的上下文中所描述的特征也可以组合地提供于单个实施例中。相反地，出于简洁起见，在单个实施例的上下文中所描述的各种特征也可以单独地被提供或以任何合适的子组合形式被提供。

本申请人特此提醒，在审查本申请案或从本申请案衍生的任何另外的申请案期间，可根据此类特征和/或此类特征的组合而制订新的权利要求。

出于完整起见，还规定，术语“包括”并不排除其它元件或步骤，术语“一”并不排除多个，单个处理器或其它单元可实现在权利要求中所叙述的若干构件的功能，且权利要求中的附图标记不应被认作限制权利要求的范围。

Claims (7)

1.一种用于D类放大器的增益校准控制器，所述D类放大器包括环路滤波器、可调整增益级、功率放大器级和重构滤波器的串联布置，所述增益校准控制器包括：

增益校准输入，所述增益校准输入耦合到重建滤波器输出，以及

增益校准输出，所述增益校准输出耦合到所述可调整增益级；

其中所述增益校准控制器被配置成进行以下操作：

检测在第一频率范围中的D类音频放大器的第一输出噪声电平和在第二较高频率范围中的D类音频放大器的第二输出噪声电平，

响应于所述第一输出噪声电平高于第一预定噪声阈值而增大所述增益且响应于所述第二输出噪声电平高于第二预定噪声阈值而缩减所述增益来确定初始增益值，

通过减小所述增益，响应于减小所述增益而检测所述第一输出噪声电平和第二输出噪声电平中的至少一者的增大，以及从所述减小的增益值确定最小稳定增益值，以及

通过增大所述增益，响应于增大所述增益而检测所述第一输出噪声电平和第二输出噪声电平中的至少一者的增大，以及从所述增大的增益值确定最大稳定增益值。

2.根据权利要求1所述的增益校准控制器，其特征在于，所述增益校准控制器进一步包括存储所述稳定增益范围和具有在所述稳定增益范围内的值的优选增益设置，以及将所述优选增益设置应用于所述D类放大器。

3.根据权利要求1或2所述的增益校准控制器，其特征在于，所述增益校准控制器被配置成将所述增益设置为对应于所述稳定增益范围的中间的值。

4.根据权利要求1或2所述的增益校准控制器，其特征在于，所述增益校准控制器进一步包括：具有第一通带的第一滤波器与具有第二通带的第二滤波器的并联布置，其中所述第二通带相比于所述第一通带具有较高频率范围；具有耦合到所述第一滤波器和所述第二滤波器的第一和第二输入以及以可操作方式耦合到所述可调整增益级的输出的稳定性控制器，其中所述稳定性控制器被配置成从所述第一输出噪声电平与所述第二输出噪声电平的总和确定总噪声电平，以及从所述总噪声电平确定所述最小稳定增益值和所述最大稳定增益值。

5.根据权利要求1或2所述的增益校准控制器，其特征在于，所述增益校准控制器被进一步配置成将所述增益设置为在所述稳定增益范围内的值，以及可切换地将低通滤波器耦合到D类放大器的反馈路径中。

6.一种D类音频放大器系统，其特征在于，所述D类音频放大器系统包括根据在前的任一项权利要求所述的增益校准控制器，且进一步包括比较器、回路滤波器、可调整增益级、功率放大器级与重建滤波器的串联布置，以及布置于所述D类音频放大器系统的所述重建滤波器的输出与所述比较器之间的反馈路径；其中所述增益校准控制器输入耦合到所述音频放大器输出，且所述增益校准控制器输出耦合到所述可调整增益级。

7.一种用于D类音频放大器的增益校准方法，所述D类音频放大器包括环路滤波器、可调整增益级、功率放大器级和重构滤波器的串联布置，其特征在于，所述方法包括：

检测在第一频率范围中的第一输出噪声电平和在第二较高频率范围中的第二输出噪声电平，

响应于所述第一输出噪声电平高于第一预定噪声阈值而增大所述增益且响应于所述第二输出噪声电平高于第二预定噪声阈值而缩减所述增益来确定初始增益值，

通过减小所述增益，响应于减小所述增益而检测所述第一输出噪声电平和第二输出噪声电平中的至少一者的增大，以及从所述减小的增益值确定最小稳定增益值，以及

通过增大所述增益，响应于增大所述增益而检测所述第一输出噪声电平和第二输出噪声电平中的至少一者的增大，以及从所述增大的增益值确定最大稳定增益值。