CN110504927A - D类功放的接口电路以及数字输入的d类功放电路 - Google Patents

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魏建磊
丁庆
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Abstract

本发明涉及一种D类功放的接口电路和数字输入的D类功放电路。数模转换模块和重建滤波模块，数模转换模块接收对数字音频信号进行数字采集、转换得到的数字控制信号，将数字控制信号转化为第一电流信号和第二电流信号，第一电流信号和第二电流信号中均包括转换时引入的高频量化噪声，重建滤波模块的第一输入端接收第一电流信号，重建滤波模块的第二输入端接收第二电流信号，通过运算放大器构建的一组正反向输入的低通滤波器分别对第一电流信号和第二电流信号进行低通滤波，滤除第一电流信号和所述第二电流信号中的所述高频量化噪声。本发明在滤除高频量化噪声的同时，降低了电路的体积和成本。

Description

D类功放的接口电路以及数字输入的D类功放电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种D类功放的接口电路以及数字输入的D类功放电路。
背景技术
在常规的晶体管放大器中，输出级上的晶体管需要提供时刻连续的输出电流。音响系统可以采用的多种实现形式包括A类、AB类和B类的放大器，与D类放大器相比，这些电路中，即使是效率最高的线性输出级，其功率的耗散很大。在这个条件下，D类放大器在许多应用方面具有显著的优势，较小的功率耗散意味着更低的发热量和电路板空间，以及成本的节省和便携式系统的电池工作时间的延长。
在开环D类功放电路中，当数字信号输入D类功放时，由于数模转化为会引入大量的高频量化噪声，电源噪声几乎直接耦合到输出扬声器，因此对于扬声器输出的音质造成影响，目前，可以采用处理器识别传入音频信号的带宽，从而根据带宽来选择采样频率和切换频率，从而过滤高频量化噪声，然后这种方式实现复杂，并且专门的处理器来识别带宽，增加了芯片的成本。
发明内容
基于此，有必要针对解决高频量化噪声影响输出的问题，提供一种D类功放的接口电路以及数字输入的D类功放电路。
一种D类功放的接口电路，所述的电路包括：
数模转换模块和重建滤波模块；
所述数模转换模块接收对数字音频信号进行数字采集、转换得到的数字控制信号，将所述数字控制信号转化为第一电流信号和第二电流信号；所述第一电流信号和所述第二电流信号中均包括转换时引入的高频量化噪声；
所述重建滤波模块的第一输入端接收所述第一电流信号，所述重建滤波模块的第二输入端接收所述第二电流信号；通过运算放大器构建的一组正反向输入的低通滤波器分别对所述第一电流信号和所述第二电流信号进行低通滤波，滤除所述第一电流信号和所述第二电流信号中的所述高频量化噪声。
在其中一个实施例中，所述运算放大器构建的一组正反向输入的低通滤波器：正向低通滤波器和反向低通滤波器；所述正向低通滤波器为所述运算放大器的正向输入端输入；所述反向低通滤波器为所述运算放大器的反向输入端输入。
在其中一个实施例中，所述正向低通滤波器和所述反向低通滤波器均为负反馈的多端反馈型滤波器。
在其中一个实施例中，所述正向低通滤波器和反向低通滤波器共地。
在其中一个实施例中，所述数模转换模块包括电流源阵列；所述电流源阵列的两个输出端通过第一电阻和第二电阻接地；所述第一电阻的远地端与所述第一输入端连接，所述第二电阻的远地端与所述第二输入端连接。
在其中一个实施例中，所述第一输入端接收所述第一电流对应的第一电压，所述第一电压包括：第一共模电压和第一交流电压；所述第一交流电压中包括高频量化噪声；所述第二输入端接收所述第二电流对应的第二电压，所述第二共模电压和第二交流电压；所述第二交流电压中包括高频量化噪声；通过所述低通滤波器滤除所述第一交流电压和所述第二交流电压中的高频量化噪声；所述第一共模电压和所述第二共模电压输入所述运算放大器的共模反馈对所述接口电路的负载进行共模匹配。
一种数字输入的D类功放电路，包括任一所述的D类功放的数字接口电路、D类功放模拟模块以及数字输入模块；
所述数字输入模块采集数字音频信号，并将所述数字音频信号转化为数字控制信号，并将所述数字控制信号发送给所述数字接口电路；
所述数字接口电路接收所述数字控制信号，对所述数字控制信号进行高频量化噪声滤波以及D类功放模拟模块的共模匹配，得到重建后的模拟音频信号，并将所述模拟音频信号发送给D类功放模拟模块。
在其中一个实施例中，所述数字输入模块包括依次连接的数字采样单元、内插值滤波单元、数字sigma-delta调制单元、有限脉冲响应单元以及动态元件匹配单元；所述数字采样单元进行所述数字音频信号的采集；所述动态元件匹配单元输出所述数字控制信号。
上述D类功放的接口电路和数字输入的D类功放电路，通过对将数字信号转化为电流信号，然后通过一个运算放大器对两路电流信号进行低通滤波，从而除去其中的高频量化噪声，本发明实施例的电路结构简单，同时可以过滤高频量化噪声。
附图说明
图1为一个实施例中D类功放的接口电路的结构示意图；
图2为一个实施例中重建滤波模块的结构示意图；
图3为一个实施例中数模转换模块的结构示意图；
图4为一个实施例中数字输入的D类功放电路的结构示意图；
图5为一个实施例中数字输入模块的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
在一个实施例中，如图1所述，提供了一种D类功放的接口电路的结构示意图，D类功放的接口电路包括：数模转换模块102和重建滤波模块104。
数模转换模块102接收对数字音频信号进行数字采集、转换得到的数字控制信号，将数字控制信号转化为第一电流信号I1和第二电流信号I2，第一电流信号I1和第二电流信号I2中均包括转换时引入的高频量化噪声。
重建滤波模块104的第一输入端A1接收第一电流信号I1，重建滤波模块104的第二输入端A2接收第二电流信号，通过运算放大器构建的一组正反向输入的低通滤波器分别对第一电流信号和第二电流信号进行低通滤波，滤除第一电流信号和第二电流信号中的所述高频量化噪声。
上述D类功放的接口电路，通过对将数字信号转化为电流信号，然后通过一个运算放大器对两路电流信号进行低通滤波，从而除去其中的高频量化噪声，本发明实施例的电路结构简单，同时可以过滤高频量化噪声。
具体的，图1中给出的电阻单元、电容单元均可以是由多个元件通过串联、并联以及串并混合等方式构建的，在实现低通滤波时必要的器件，若为不必要器件，则电阻单元或者电容单元由导电材质构成。
在其中一个实施例中，运算放大器构建的一组正反向输入的低通滤波器：正向低通滤波器和反向低通滤波器，正向低通滤波器为运算放大器的正向输入端输入，反向低通滤波器为所述运算放大器的反向输入端输入。本实施例中，通过一个运算放大器，构建两个对称的低通滤波器，从而实现对两路电流信号的滤波。
在其中一个实施例中，如图2所示，提供一种重建滤波模块的结构示意图，图2中，对称的低通滤波器为负反馈的多端反馈型滤波器，在每个多端反馈型滤波器中，均有一条负反馈回路，运算放大器可以作为一个无限增益器件来反馈回路。
在其中一个实施例中，如图2所示，从图中可以看出，正向低通滤波器和低通滤波器共地，从而实现正向低通滤波器和低通滤波器的参考电平一致。
在其中一个实施例中，如图3所示，提供一种数模转换模块的结构示意图，数模转换模块包括电流源阵列，电流源阵列的两个输出端通过第一电阻和第二电阻接地，第一电阻的远地端与第一输入端连接，第二电阻的远地端与第二输入端连接。本实施例中，将电流源阵列转化得到的电流信号通过电阻，转换为电压信号，从而利于重建滤波模块的波形重建。
在又一个实施例中，第一输入端接收第一电流对应的第一电压，第一电压包括：第一共模电压和第一交流电压，第一交流电压中包括高频量化噪声，第二输入端接收第二电流对应的第二电压，第二共模电压和第二交流电压，第二交流电压中包括高频量化噪声，通过低通滤波器滤除第一交流电压和第二交流电压中的高频量化噪声，第一共模电压和第二共模电压输入运算放大器的共模反馈对接口电路的负载进行共模匹配。本实施例中，由于由电流信号转化得到的电压信号中包括交流电压和共模电压，交流电压是由数字音频信号的音频幅度确定的，共模电压是电流源阵列中的电阻大小确定的，因此，在滤除交流电压中的高频量化噪声时，还需要考虑到共模电压与负载的共模匹配问题。本实施例的通过同一个运算放大器构成的共模反馈，可以解决重建滤波模块与后级负载的共模匹配问题。
具体的，运算放大器为差分器，差分器为两输入两输出，低通滤波器采用的是负反馈的多端反馈型滤波器，从而差分器的共模反馈可以使差分器的两个输出端与后级负载的共模匹配。
另外，在一具体实施例中，图2中R1/C2构成的低通滤波结构，还可以进一步滤除部分共模噪声，同理R4/C4构成的低通滤波结构，R4/C4在图示中未给出，为R1/C2的堆成部分，也可以进一步滤除部分共模噪声。
在一个实施例中，如图4所示，提供一种数字输入的D类功放电路的结构示意图，包括上述实施例中的D类功放的数字接口电路402、D类功放模拟模块404和数字输入模块406。
数字输入模块406采集数字音频信号，并将数字音频信号转化为数字控制信号，并将数字控制信号发送给数字接口电路402；
数字接口电路402接收数字控制信号，对数字控制信号进行高频量化噪声滤波以及D类功放模拟模块404的共模匹配，得到重建后的模拟音频信号，并将模拟音频信号发送给D类功放模拟模块404。
本实施例的数字输入的D类功放电路可以由数字电路实现，因此可以在一个芯片中进行封装，无需额外的片外元器件，就可以解决对输入信号的高频量化噪声滤波问题以及共模匹配问题。
在其中一个实施例中，如图5所示，数字输入模块包括依次连接的数字采样单元、内插值滤波单元、数字sigma-delta调制单元、有限脉冲响应单元以及动态元件匹配单元，数字采样单元进行数字音频信号的采集，动态元件匹配单元输出所述数字控制信号。本实施例中，数字输入模块通过上述单元构成，使得数字输入模块可以识别各种格式的音频信号，并且转化为可识别的电流源阵列可识别的控制信号。另外，多个单元的参数可调，可以适应不同的场景需求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种D类功放的接口电路，其特征在于，所述的电路包括：
数模转换模块和重建滤波模块；
所述数模转换模块接收对数字音频信号进行数字采集、转换得到的数字控制信号，将所述数字控制信号转化为第一电流信号和第二电流信号；所述第一电流信号和所述第二电流信号中均包括转换时引入的高频量化噪声；
所述重建滤波模块的第一输入端接收所述第一电流信号，所述重建滤波模块的第二输入端接收所述第二电流信号；通过运算放大器构建的一组正反向输入的低通滤波器分别对所述第一电流信号和所述第二电流信号进行低通滤波，滤除所述第一电流信号和所述第二电流信号中的所述高频量化噪声。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述运算放大器构建的一组正反向输入的低通滤波器：正向低通滤波器和反向低通滤波器；
所述正向低通滤波器为所述运算放大器的正向输入端输入；所述反向低通滤波器为所述运算放大器的反向输入端输入。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述正向低通滤波器和所述反向低通滤波器均为负反馈的多端反馈型滤波器。
4.根据权利要求2至3任一项所述的电路，其特征在于，所述正向低通滤波器和反向低通滤波器共地。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述数模转换模块包括电流源阵列；
所述电流源阵列的两个输出端通过第一电阻和第二电阻接地；
所述第一电阻的远地端与所述第一输入端连接，所述第二电阻的远地端与所述第二输入端连接。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述第一输入端接收所述第一电流对应的第一电压，所述第一电压包括：第一共模电压和第一交流电压；所述第一交流电压中包括高频量化噪声；
所述第二输入端接收所述第二电流对应的第二电压，所述第二共模电压和第二交流电压；所述第二交流电压中包括高频量化噪声；
通过所述低通滤波器滤除所述第一交流电压和所述第二交流电压中的高频量化噪声；
所述第一共模电压和所述第二共模电压输入所述运算放大器的共模反馈对所述接口电路的负载进行共模匹配。
7.一种数字输入的D类功放电路，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的D类功放的数字接口电路、D类功放模拟模块以及数字输入模块；
所述数字输入模块采集数字音频信号，并将所述数字音频信号转化为数字控制信号，并将所述数字控制信号发送给所述数字接口电路；
所述数字接口电路接收所述数字控制信号，对所述数字控制信号进行高频量化噪声滤波以及D类功放模拟模块的共模匹配，得到重建后的模拟音频信号，并将所述模拟音频信号发送给D类功放模拟模块。
8.根据权利要求7所述的数字输入的D类功放电路，其特征在于，所述数字输入模块包括依次连接的数字采样单元、内插值滤波单元、数字sigma-delta调制单元、有限脉冲响应单元以及动态元件匹配单元；
所述数字采样单元进行所述数字音频信号的采集；
所述动态元件匹配单元输出所述数字控制信号。
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