CN110603731B - 具有可配置最终输出级的放大器中的切换 - Google Patents

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Abstract

一种放大器可包括最终输出级，最终输出级可在多个模式之间切换，多个模式包括通过将输出驱动器耦接到最终输出级的输出端而启用的模式；以及预调节电路，预调节电路耦接到最终输出级的输出端。预调节电路可被配置成在将输出驱动器耦接到最终输出级的输出端之前，预调节最终输出级的输出端的电压和电流中的至少一个，以限制由将最终输出级切换到所述模式引起的音频伪迹，或者可被配置成执行切换序列，以在多个模式的第一模式和第二模式之间切换，使得在切换序列的所有点处，最终输出级的输出端的输出端子具有已知阻抗。

Description

具有可配置最终输出级的放大器中的切换
相关申请
本公开与2016年9月27日提交的且标题为“具有可配置最终输出级的放大器(Amplifier with Configurable Final Output Stage)”的美国专利申请序列No.15/277,465相关，该专利申请以引用方式并入本文。
技术领域
本公开大体涉及用于音频设备的电路，音频设备包括而不限于个人音频设备，诸如无线电话和媒体播放器，并且更具体地，涉及与具有可配置最终输出级的放大器的配置之间的切换相关的系统和方法。
背景技术
个人音频设备被广泛使用，其包括无线电话，诸如移动/蜂窝电话、无绳电话、mp3播放器和其他消费音频设备。此类个人音频设备可包括用于驱动一对耳机或一个或多个扬声器的电路。此类电路通常包括用于将音频输出信号驱动到耳机或扬声器的功率放大器。一般而言，功率放大器通过从电源获取能量并控制音频输出信号以匹配输入信号形状但具有更大幅度来放大音频信号。
音频放大器的一个示例为D类放大器。D类放大器(也称为“开关放大器”)可包括电子放大器，在该电子放大器中，放大器件(例如，晶体管，通常为金属氧化物半导体场效应晶体管)作为电子开关操作，而不是作为如在其它放大器(例如，A类、B类和AB类放大器)中的线性增益设备操作。在D类放大器中，待放大的模拟信号可通过脉冲宽度调制、脉冲密度调制或其它调制方法被转换为一系列脉冲，从而使得模拟信号被转换为调制信号，在该调制信号中，调制信号的脉冲特征(例如，脉冲宽度、脉冲密度等)为模拟信号的幅度的函数。在用D类放大器放大之后，输出脉冲序列可通过经过无源低通滤波器而被转换回为未调制的模拟信号，其中，此类低通滤波器可为D类放大器或是由D类放大器驱动的负载中固有的。由于D类放大器可能比线性模拟放大器更节能，所以通常使用D类放大器，原因在于与线性模拟放大器相比，D类放大器可在有源器件中将更少的功率耗散为热量。然而，D类放大器在放大低幅值信号时具有高的静态功率，并且需要大量面积，以便满足音频设备中的严格的动态范围要求。
于是，可期望具有这样的放大器，其具有可配置最终输出级，其中最终输出级可在AB类输出级和D类输出级之间配置。然而，具有带可配置输出级的放大器可易受通过最终输出级的模式之间的切换引起的音频伪迹的影响。
发明内容
根据本公开的教导内容，可减少或消除与用于音频系统中的信号放大的现存方法相关联的一个或多个缺点和问题。
根据本公开的实施例，放大器可包括：最终输出级，最终输出级可在多个模式之间切换，多个模式包括通过将输出驱动器耦接到最终输出级的输出端而启用的模式；以及预调节电路，预调节电路耦接到最终输出级的输出端，并且被配置成在将输出驱动器耦接到最终输出级的输出端之前，预调节最终输出级的输出端的电压和电流中的至少一个，以限制由将最终输出级切换到所述模式引起的音频伪迹。
根据本公开的这些和其它实施例，放大器可包括最终输出级，最终输出级可在包括至少第一模式和第二模式的多个模式之间切换，在第一模式中，第一路径耦接到最终输出级的输出端，在第二模式中，第二路径耦接到最终输出级的输出端；以及预调节电路，预调节电路耦接到最终输出级的输出端，并且被配置成执行切换序列，以在第一模式和第二模式之间切换，使得在切换序列的所有点处，最终输出级的输出端的输出端子具有已知阻抗。
根据本公开的这些和其它实施例，方法可包括，在一放大器包括最终输出级，最终输出级可在多个模式之间切换，多个模式包括通过将输出驱动器耦接到最终输出级的输出端而启用的模式：在将输出驱动器耦接到最终输出级的输出端之前，预调节最终输出级的输出端的电压和电流中的至少一个，以限制由将最终输出级切换到模式引起的音频伪迹。
根据本公开的这些和其它实施例，方法包括，在一放大器包括最终输出级，最终输出级可在包括至少第一模式和第二模式的多个模式之间切换，在第一模式中，第一路径耦接到最终输出级的输出端，在第二模式中，第二路径耦接到最终输出级的输出端：执行切换序列以在第一模式和第二模式之间切换，使得在切换序列的所有点处，最终输出级的输出端的输出端子具有已知阻抗。
从本文中包括的图、描述和权利要求书，本公开的技术优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。将至少通过权利要求书中特别指出的元件、特征和组合实现和获得实施例的目的和优点。
应当理解，前述一般描述和以下具体实施方式是示例和说明，并且不制约本公开中阐述的权利要求书。
附图说明
可通过参考结合附图的以下描述获取本实施例及其优点的更完整的理解，在附图中，相同的附图标记指示相同的特征，并且其中：
图1是根据本公开的实施例的示例个人音频设备的图示；
图2是根据本公开的实施例的个人音频设备的示例音频集成电路的选择的部件的框图；
图3是根据本公开的实施例的示例放大器的选择的部件的框图；
图4是根据本公开的实施例的示例AB类音频输出级的选择的部件的框图；
图5是根据本公开的实施例的另一个示例AB类音频输出级的选择的部件的框图；
图6是根据本公开的实施例的示例预调节电路的选择的部件的框图；
图7是根据本公开的实施例的示例快速充电电路的选择的部件的电路图；
图8是根据本公开的实施例的另一个示例预调节电路的选择的部件的框图；
图9是根据本公开的实施例的用于在放大器的最终输出级的第一模式和放大器的最终输出级的第二模式之间切换的示例方法的流程图；以及
图10是根据本公开的实施例的用于在放大器的最终输出级的第二模式和放大器的最终输出级的第一模式之间切换的示例方法的流程图。
具体实施方式
图1为根据本公开的实施例的示例性个人音频设备1的图示。图1描绘了个人音频设备1耦接到耳机3，其中耳机3是一对耳塞式扬声器8A和8B的形式。图1中描绘的耳机3仅为示例，并且应当理解，个人音频设备1可与各种音频换能器，包括但不限于头戴式耳机、耳塞、入耳式耳机和外部扬声器，结合使用。插头4可提供耳机3到个人音频设备1的电气端子的连接。个人音频装置1可使用触摸屏2向用户提供显示并接收用户输入，或另选地，标准液晶显示器(LCD)可与设置在个人音频装置1的正面和/或侧面上的各种按钮、滑块和/或拨盘组合。同样如图1所示，个人音频装置1可包括音频集成电路(IC)9，其用于生成用于传输到耳机3和/或另一音频换能器的模拟音频信号。
图2为根据本公开的实施例的个人音频设备的示例性音频IC 9的选定部件的框图。在一些实施例中，示例性音频IC 9可用于实现图1的音频IC 9。如图2所示，微控制器核18可将数字音频输入信号DIG_IN提供给数模转换器(DAC)14，该数模转换器(DAC)14可将数字音频输入信号转换为模拟输入信号VIN。DAC 14可将模拟信号VIN提供给放大器16，放大器16可放大或衰减模拟输入信号VIN以提供音频输出信号VOUT，该音频输出信号VOUT可对扬声器、耳机换能器、线路电平信号输出和/或其它合适的输出进行操作。
图3是根据本公开的实施例的示例放大器16的选择的部件的框图。如图3所示，放大器16可包括第一级22(例如，模拟前端)，其被配置成在放大器16的放大器输入端处接收模拟输入信号VIN，并且生成为模拟输入信号VIN的函数的中间信号VINT；最终输出级24，其被配置成在放大器16的放大器输出端处生成为中间信号VINT的函数的音频输出信号VOUT；信号反馈网络26，其耦接在放大器输出端和放大器输入端之间；以及控制电路28，用于控制放大器16的某些部件的操作，如下面更详细描述的。
第一级22可包括用于调节模拟输入信号VIN以供最终输出级24使用的任何合适的模拟前端电路。例如，第一级22可包括串联级联的一个或多个模拟积分器32，如图3所示。
最终输出级24可包括用于驱动音频输出信号VOUT为中间信号VINT的函数(因此，也使音频输出信号VOUT为模拟输入信号VIN的函数)的任何合适的驱动电路，其中最终输出级24可在包括至少第一模式和第二模式的多个模式之间切换，在第一模式中，最终输出级24生成作为调制输出信号的音频输出信号VOUT，音频输出信号VOUT为中间信号VINT的函数，在第二模式中，最终输出级24生成作为未调制输出信号的音频输出信号VOUT，音频输出信号VOUT为中间信号VINT的函数。为了执行该功能，最终输出级24可包括D类音频输出级42和AB类音频输出级44，可在第一模式中启用(且在第二模式中禁用)D类音频输出级42以生成作为调制输出信号的音频输出信号VOUT，音频输出信号VOUT为中间信号VINT的函数，可在第二模式中启用(且在第一模式中禁用)AB类音频输出级44，以生成作为未调制输出信号的音频输出信号VOUT，音频输出信号VOUT为中间信号VINT的函数。
D类音频输出级42可包括任何合适的系统、设备或装置，这些系统、设备或装置被配置成放大中间信号VINT，并且通过脉冲宽度调制、脉冲密度调制或另一种调制方法将中间信号VINT转换成一系列脉冲，使得中间信号VINT被转换成调制信号，其中调制信号的脉冲的一特性(例如，脉冲宽度、脉冲密度等)是中间信号VINT的幅值的函数。在由D类音频输出级42放大之后，其输出脉冲序列可通过经过无源低通滤波器，被转换回到未调制模拟信号，其中此类低通滤波器可为D类音频输出级42的输出电路中固有的，或者为通过最终输出级24驱动的负载中固有的。如图3所示，D类音频输出级42可包括用于从控制电路28接收控制输入的控制输入端，以便选择性地在第一模式期间启用D类音频输出级42，并且在第二模式期间禁用D类音频输出级42(例如，通过禁用D类音频输出级42的电源电压或使电源电压与D类音频输出级42去耦接或通过禁用或去耦接放大器16的放大器输出端的驱动设备，防止D类音频输出级42驱动放大器16的放大器输出)。
AB类音频输出级44可包括任何合适的系统、设备或装置，该系统、设备或装置被配置成以线性增益放大中间信号VINT，并且将中间信号VINT转换成未调制音频输出信号VOUT。例如，在一些实施例中，未调制音频输出信号VOUT可包括连续时间基带信号(例如，音频基带信号)。如图3所示，AB类音频输出级44可包括用于从控制电路28接收控制输入的控制输入端，以便选择性地在第二模式期间启用AB类音频输出级44，并且在第一模式期间禁用AB类音频输出级44(例如，通过禁用AB类音频输出级44的电源电压或使电源电压与AB类音频输出级44去耦接或通过禁用或去耦接放大器16的放大器输出端的驱动设备，防止AB类音频输出级44驱动放大器16的放大器输出)。
图4和图5中描绘且下面更详细地描述AB类音频输出级44的示例实施方式。
如图3所示，最终输出级24可包括信号反馈网络50，用于将指示音频输出信号VOUT的信号反馈回到最终输出级24的输入端，因此在AB类音频输出级44周围形成反馈环路。例如，如图3所示，信号反馈网络50可包括电阻器和/或其它合适的电路元件。
在一些实施例中，在第一模式中最终输出级24的信号增益(例如，VOUT/VINT)可近似等于在第二模式中最终输出级24的信号增益。在这些和其它实施例中，在第一模式中最终输出级24的偏移(例如，直流偏移)可近似等于在第二模式中最终输出级24的偏移。
如图3所示，最终输出级24也可包括预调节电路49，预调节电路49耦接到放大器16的放大器输出端的输出端子中的一者或两者，其中预调节电路49具有从控制电路28接收的用于控制预调节电路49的功能的控制输入，如下面更详细描述的。在一些实施例中，预调节电路49可被配置成在最终输出级24的模式之间的切换之前，预调节最终输出级24的输出端的电压(例如，电压VOUT)和电流(例如，流入跨电压VOUT的端子耦接的负载中的电流)中的至少一个，以便限制由在模式之间切换最终输出级24引起的音频伪迹。例如，预调节电路49可在在最终输出级24的模式之间切换之前，通过将最终输出级24的输出端的输出端子中的每个充电到与AB类音频输出级44集成的AB类输出驱动器级的共模电压，预调节最终输出级24的输出端的电压和电流中的至少一个。在这些和其它实施例中，预调节电路49可被配置成执行切换序列，以在最终输出级24的模式之间切换，使得在切换序列的所有点处，最终输出级24的输出端的输出端子具有已知阻抗。
信号反馈网络26可包括用于将指示音频输出信号VOUT的信号反馈回到放大器16的放大器输入端的任何合适的反馈网络。例如，如图3所示，信号反馈网络26可包括可变反馈电阻器48，其中可变反馈电阻器48的电阻由从控制电路28接收的控制信号控制，如下面更详细描述的。
因此，最终输出级24可在第一模式中作为开环开关模式驱动器操作，并且可在第二模式中作为连续时间闭环放大器操作。此外，当最终输出级在第二模式中操作时，放大器16可包括第一反馈环路和第二反馈环路，第一反馈环路包括信号反馈网络26，第二反馈环路耦接在放大器输出端和中间输出端之间，其中第二反馈环路由信号反馈网络50实施。
控制电路28可包括任何合适的系统、设备或装置，该系统、设备或装置被配置成接收指示音频输出电压VOUT、中间信号VINT和/或放大器16的其它操作特性的信息，并且至少基于其，控制放大器16的一个或多个部件的操作。例如，控制电路28可被配置成基于模拟输入信号VIN(例如，其可从接收和分析中间信号VINT和/或音频输出电压VOUT确定)的特性，在最终输出级24的第一模式和第二模式之间切换。此特性可包括以下中的一个或多个：模拟输入信号VIN的频率、模拟输入信号VIN的幅值、模拟输入信号VIN的信噪比、模拟输入信号VIN的本底噪声或模拟输入信号VIN的其它噪声特性。例如，在一些实施例中，控制电路28可被配置成当模拟输入信号VIN的幅值减小到阈值幅值以下时，将最终输出级24从第一模式切换到第二模式，并且可被配置成当模拟输入信号VIN的幅值增加到相同阈值幅值或其它阈值幅值以上时，将最终输出级24从第二模式切换到第一模式。在一些实施例中，为了减少与模式之间的切换相关联的音频伪迹，控制电路28也可被配置成仅当音频输出电压VOUT的幅值近似为零时(例如，当由D类音频输出级42生成的调制信号在其生成的脉冲序列中处于其最小电压时)，在模式之间切换。
在这些和其它实施例中，为了减少由两个模式之间的切换诱导的音频伪迹，控制电路28还可被配置成在由D类音频输出级42输出的调制输出信号的调制周期的近似完成时，使最终输出级24在第一模式和第二模式之间切换，并且在由D类音频输出级42输出的调制输出信号的其它调制周期的近似开始时，使最终输出级24在第二模式和第一模式之间切换。
在这些和其它实施例中，为了减少由两个模式之间的切换诱导的音频伪迹，控制电路28还可被配置成控制预调节电路49及其部件，如本公开中的其它地方描述的。
此外，控制电路28也可被配置成执行最终输出级24的校准。例如，控制电路28可接收和分析中间信号VINT和音频输出信号VOUT，以确定D类音频输出级42的增益(例如，在第一模式中的最终输出级24的信号增益)和AB类音频输出级44的增益(例如，在第二模式中的最终输出级24的信号增益)，并且基于其，修改D类音频输出级42的增益和/或AB类音频输出级44的增益，以便校准在第二模式中的最终输出级24的信号增益，以匹配在第一模式中的最终输出级24的信号增益。作为另一个示例，控制电路28可接收和分析中间信号VINT和/或音频输出信号VOUT，以确定D类音频输出级42的偏移(例如，直流偏移)(例如，在第一模式中的最终输出级24的偏移)和AB类音频输出级44的偏移(例如，在第模二式中的最终输出级24的偏移)，并且基于其，修改D类音频输出级42的偏移和/或AB类音频输出级44的偏移，以便校准在第二模式中的最终输出级24的偏移，以匹配在第一模式中的最终输出级24的偏移。
在这些和其它实施例中，控制电路28也可被配置成控制第一级22(例如，积分器32)和/或信号反馈网络26的特性。控制电路28可当在最终输出级24的第一模式和第二模式之间切换时以及当在第二模式和第一模式之间切换时，将第一级22和信号反馈网络26的此类特性和结构维持不变。当在模式之间切换时将第一级22和信号反馈网络26的特性和结构维持不变允许模式共享相同的模拟前端和反馈网络，因此减少或最小化模式之间的信号增益和偏移失配的可能性，并且因此减少或最小化由模式之间的切换引起的音频伪迹。然而，在控制电路28已经将最终输出级24切换到第二模式(例如，由AB类音频输出级44驱动放大器输出端)之后，控制电路28可修改第一级22和/或信号反馈网络26的特性，以便减小放大器16的本底噪声。例如，在一些实施例中，控制电路28可修改积分器32和/或第一级22的其它部件的特性(例如，在积分器32内部的滤波器的电阻和/或电容)，以便在最终输出级24在第二模式中操作时减小放大器16的本底噪声。作为另一个示例，在这些和其它实施例中，控制电路28可修改信号反馈网络26的特性(例如，可变反馈电阻器28的电阻)，以便当最终输出级24在第二模式中操作时减小放大器16的本底噪声。当作出此类修改时，在将最终输出级从第二模式切换到第一模式之前，控制电路28可将此类特性返回到它们未修改的状态。
图4是根据本公开的实施例的示例AB类音频输出级44A的选择的部件的框图。在一些实施例中，放大器16的AB类音频输出级44可使用AB类音频输出级44A实施。如描绘的，AB类音频输出级44A可包括与信号反馈网络50一起布置的AB类驱动器级90、开关92和开关94，如图4所示。在操作中，当在最终输出级24的模式之间从其D类操作模式到AB类操作模式切换时，此类切换可首先涉及从断电或掉电状态对包括AB类驱动器级90的AB类音频输出级44A的部件通电。在对包括AB类驱动器级90的AB类音频输出级44A的部件通电之后，在从控制电路28传达的控制信号的控制下，开关92可被激活(例如，闭合、启用、接通)，并且开关94被停用(例如，打开、禁用、切断)，以在将AB类驱动器级90的输出耦接到最终输出级24的输出端之前，允许AB类音频输出级44A的操作稳定到正常稳态操作。在AB类输出级44A已经稳定(并且用于在最终输出级24的模式之间切换的其它条件已经满足，如在本公开的其它地方描述的)之后，在从控制电路28传达的控制信号的控制下，开关94可被激活，并且开关92被停用，以便将AB类驱动器级90的输出端耦接到最终输出级24的输出端。
图5是根据本公开的实施例的另一个示例AB类音频输出级44B的选择的部件的框图。在一些实施例中，放大器16的AB类音频输出级44可使用AB类音频输出级44B实施。AB类音频输出级44B可在许多方面类似于图4的AB类音频输出级44A，并且因此，可在下面仅描述AB类音频输出级44B和AB类音频输出级44A之间的主要差异。如图5所示，AB类音频输出级44B可包括p型金属氧化物半导体场效应晶体管(p-MOSFET)96、n型金属氧化物半导体场效应晶体管(n-MOSFET)98，以及除了图4的AB类音频输出级44A中存在的那些开关之外的附加开关94。p-MOSFET 96和n-MOSFET 98的特性可使得它们复制与AB类驱动器级90的设备集成的类似设备的特性。
因此，在操作中，当在最终输出级24的模式之间从其D类操作模式到AB类操作模式切换时，在从控制电路28传达的控制信号的控制下，开关92可被激活，并且开关94被停用，以在将AB类驱动器级90的输出端耦接到最终输出级24的输出端之前，允许AB类音频输出级44B的操作稳定到正常稳态操作。在AB类输出级44B已经稳定(并且用于在最终输出级24的模式之间的切换的其它条件已经满足，如在本公开的其它地方描述的)之后，在从控制电路28传达的控制信号的控制下，开关94可被激活，并且开关92被停用，以便将AB类驱动器级90的输出端耦接到最终输出级24的输出端。因此，在最终输出级24的模式之间从其D类操作模式到AB类操作模式切换的过程期间，由p-MOSFET 96和n-MOSFET 98形成的AB类驱动器级90的副本可通过使用AB类驱动器级90的副本提供共模电压，将输出充电到AB类驱动器级90的共模电压，而预调节最终输出级28的输出端的电压(例如，电压VOUT)和电流中的至少一个。
虽然图5描绘由p-MOSFET 96和n-MOSFET 98形成的AB类驱动器级90的副本存在于AB类音频输出级44B中，但是在一些实施例中，此类副本和图5中描绘为与AB类音频输出级44B集成的一个或多个其它部件可代替地与本文其它地方描述的预调节电路49集成。
图6是根据本公开的实施例的示例预调节电路49A的选择的部件的框图。在一些实施例中，放大器16的预调节电路49可使用预调节电路49A实施。如图6所示，预调节电路49A可包括钳位电路46和快速充电电路47。钳位电路46可体现为开关，其可耦接在放大器16的放大器输出端的输出端子之间，其中钳位电路46具有从控制电路28接收的控制输入，用于选择性地启用钳位电路46(以使输出端子短接在一起)和禁用钳位电路46，如下面更详细描述的。快速充电电路47可包括用于将最终输出级24的输出的电压(例如，电压VOUT)和电流中的至少一个预调节到特定电压和/或电流(例如，到AB类音频输出级44的共模电压)的任何合适的电路。
图7是根据本公开的实施例的示例快速充电电路47的选择的部件的电路图。如图7中描绘的，快速充电电路47可包括如图7所示布置的触发器100、逻辑或非门102、n-MOSFET104、n-MOSFET 106、p-MOSFET 108、n-MOSFET 110、p-MOSFET 112和n-MOSFET 114。在操作中，当快速充电电路47根据从控制电路28传达的一个或多个控制信号启用时，快速充电电路47可将最终输出级24的输出端子(该输出端子可经由钳位电路46耦接在一起)充电到共模电压Vcm，共模电压Vcm可为AB类音频输出级44的共模电压。在操作中，n-MOSFET104和n-MOSFET 106可用控制输出端子被充电到的电压的电流模式反馈对最终输出级24的输出端子充电。因此，快速充电电路47也可基于跨最终输出级24的输出端的端子的负载，预调节最终输出级24的输出端上的电流。
图8是根据本公开的实施例的另一个示例预调节电路49B的选择的部件的框图。在一些实施例中，可使用预调节电路49B实施放大器16的预调节电路49。如图8所示，预调节电路49B可包括如图所示布置的钳位电路46、电容器39以及开关41和43。预调节电路49B的钳位电路46可类似于预调节电路49A的钳位电路46。当预调节电路49B在从控制电路28传达的控制信号的控制下启用时，钳位电路46可被启用，以使最终输出级24的输出端子短接在一起，开关43可被激活，并且开关41可被停用，以允许电容器39上存在的电荷将最终输出级24的输出端子中的每个充电到共模电压Vcm。当预调节电路49B在从控制电路28传达的控制信号的控制下被禁用时，钳位电路46可被禁用，开关41可被激活，并且开关43被停用，以允许电容器39充电到共模电压Vcm。本领域技术人员可认识到，双等效电流源和电感器可替代电压Vcm和电容器39，使得当预调节电路49B被启用时，电感器可预调节最终输出级24的输出端子的电流。
图9是根据本公开的实施例的用于在放大器16的最终输出级24的第一模式和放大器16的最终输出级24的第二模式之间切换的示例方法51的流程图。根据一些实施例，方法51开始于步骤52。如上面提到的，可以个人音频设备1的多种配置实施本公开的教导内容。如此，用于方法51的优选初始化点和包括方法51的步骤的次序可取决于选取的实施方式。
在步骤52，控制电路28可监测中间信号VINT、音频输出信号VOUT或指示模拟输入信号VIN的其它信号，以确定模拟输入信号VIN是否已经从阈值幅值以上减小到阈值幅值以下。如果模拟输入信号VIN已经从阈值幅值以上减小到阈值幅值以下，则方法51可前进到步骤53。否则，方法51可保持在步骤52，直到发生此类阈值幅值穿越。
在步骤53，控制电路28可监测音频输出信号VOUT，以确定何时音频输出信号VOUT的幅值近似为零(例如，何时由D类音频输出级42生成的调制信号在其生成的脉冲序列中处于其最小电压)。如果音频输出信号VOUT已经达到近似零，则方法51可前进到步骤54。否则，方法51可保持在步骤53，直到音频输出信号VOUT达到近似零。
在步骤54，控制电路28可使AB类放大器44从断电或掉电状态通电，当最终输出级24在D类模式中操作时，AB类放大器44可以以断电或停电状态操作以节省功率。
在步骤55，控制电路28可监测音频输出信号VOUT，以确定何时AB类放大器44已经从通电稳定到稳态操作。一旦AB类放大器44已经稳定，方法51就可前进到步骤56。
在步骤56，控制电路28可启用钳位电路46，因此使放大器16的放大器输出端处的输出端子短接在一起，迫使音频输出信号VOUT为零。在步骤57，控制电路28可禁用D类放大器42。例如，D类放大器42可通过停用与D类放大器42集成的开关而禁用，使得D类放大器42的输出端子处于高阻抗状态。
在步骤58，AB类音频输出级44和/或预调节电路49可将音频输出信号VOUT的共模电压渐变至预先确定的值(例如，等于AB类音频输出级44的电源电压的一半的共模电压)。在步骤60，控制电路28可完全启用AB类音频输出级44，使得音频输出信号VOUT是未调制信号，其为中间信号VINT的函数。例如，AB类放大器44可通过激活与AB类放大器44集成的开关(例如，在图4和图5中描绘的开关94)而启用，使得与AB类放大器44集成的AB类驱动器级(例如，AB类驱动器级90)的输出端子耦接到最终输出级24的输出端子。在一些实施例中，当由D类音频输出级42输出的调制输出信号处于调制周期的近似完成时，可进行步骤56至60。
在步骤62，控制电路28可禁用钳位电路46，因此允许音频输出信号VOUT呈现由AB类音频输出级44驱动的非零值。在步骤62完成之后，方法51可结束。
虽然图9公开将相对于方法51采取的特定数量的步骤，但是方法51可用比图9中描绘的那些更多或更少的步骤执行。此外，虽然图9公开将相对于方法51采取的某种次序的步骤，但是包括方法51的步骤可以任何合适次序完成。
方法51可使用个人音频设备1或可操作以实施方法51的任何其它系统实施。在某些实施例中，方法51可部分地或完全地以体现在计算机可读介质中的和可由控制器执行的软件和/或固件实施。
图10是根据本公开的实施例的用于在放大器16的最终输出级24的第二模式和放大器16的最终输出级24的第一模式之间切换的示例方法70的流程图。根据一些实施例，方法70开始于步骤72。如上面提到的，在个人音频设备1的多种配置中实施本公开的教导内容。如此，用于方法70的优选初始化点以及包括方法70的步骤的次序可取决于选取的实施方式。
在步骤72，控制电路28可监测中间信号VINT、音频输出信号VOUT或指示模拟输入信号VIN的其它信号，以确定模拟输入信号VIN是否已经从阈值幅值以下增加到阈值幅值以上(该阈值幅值可为与步骤52的阈值幅值相同的阈值或不同的阈值)。如果模拟输入信号VIN已经从阈值幅值以下增加到阈值幅值以上，则方法70可前进到步骤73。否则，方法70可保持在步骤72，直到发生此类阈值幅值穿越。
在步骤73，控制电路28可监测音频输出信号VOUT，以确定何时音频输出信号VOUT的幅值近似为零(例如，何时音频输出信号VOUT经历零穿越)。如果音频输出信号VOUT近似为零，则方法70可前进到步骤74。否则，方法70可保持在步骤73，直到音频输出信号VOUT近似为零。
在步骤74，控制电路28可使D类放大器42从断电或掉电状态通电，当最终输出级24在AB类模式中操作时，D类放大器42可以以断电或停电状态操作以节省功率。
在步骤75，控制电路28可监测音频输出信号VOUT，以确定何时D类放大器42已经从通电稳定到稳态操作。一旦D类放大器42已经稳定，则方法70可前进到步骤76。
在步骤76处，控制电路28可启用钳位电路46，因此使放大器16的放大器输出端处的输出端子短接在一起，迫使音频输出信号VOUT为零。在步骤77，控制电路28可禁用AB类放大器44。例如，AB类放大器44可通过激活与AB类放大器44集成的开关(例如，在图4和图5中描绘的开关94)禁用，使得与AB类放大器44集成的AB类驱动器级(例如，AB类驱动器级90)的输出端子与最终输出级24的输出端子去耦接。
在步骤78，预调节电路49(或图3中未示出的另一个辅助放大器)可将音频输出信号VOUT的共模电压渐变至零。在步骤80，控制电路28可完全启用D类音频输出级42，使得音频输出信号VOUT是调制信号，其为中间信号VINT的函数。例如，D类放大器42可通过激活与D类放大器42集成的开关而启用，使得D类放大器42的输出端子耦接到最终输出级24的输出端子。在一些实施例中，当由D类音频输出级42输出的调制输出信号处于调制周期的近似开始时，可进行步骤76至80。
在步骤82，控制电路28可禁用钳位电路46，因此允许音频输出信号VOUT呈现由D类音频输出级42驱动的非零值。在步骤82完成之后，方法70可结束。
虽然图10公开将相对于方法70采取的特定数量的步骤，但是可用比图10中描绘的步骤更多或更少的步骤执行方法70。此外，虽然图10公开将相对于方法70采取的某种次序的步骤，但是包括方法70的步骤可以任何合适次序完成。
方法70可使用个人音频设备1或可操作以实施方法70的任何其它系统实施。在某些实施例中，方法70可部分地或完全地以体现在计算机可读介质中的和可由控制器执行的软件和/或固件实施。
如本文使用的，当两个或更多个元件被称为彼此“耦接”时，此类术语指示此类两个或更多个元件处于电子通信或机械通信(如果适用的话)，无论是间接连接还是直接连接、具有居间元件还是不具有居间元件。
本公开涵盖本领域普通技术人员将了解的对本文的示例性实施例的所有改变、替换、变型、变更和修改。类似地，在适当的情况下，所附权利要求书涵盖本领域普通技术人员将了解的对本文中的示例性实施例的所有改变、替换、变型、变更和修改。而且，在所附权利要求书中对适配于、布置成、能够、配置成、启用以、可操作以、或操作成执行特定功能的装置或系统或装置或系统的部件的引用涵盖该装置、系统或部件，无论装置、系统或部件或该特定功能是否被激活、接通或解锁，只要该装置、系统或部件是如此适配、布置、有能力、配置、启用、可操作的或操作的。
本文叙述的所有示例和条件语言旨在用于教学目的，以辅助读者理解本发明和由发明人为扩张本领域贡献的概念，并且被解释为不限于此类具体叙述的示例和条件。虽然已经详细描述本发明的实施例，但是应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可对其作出各种改变、替换和变更。

Claims (28)

1.一种放大器，包括：
最终输出级，所述最终输出级可在多个模式之间切换，所述多个模式包括通过将输出驱动器耦接到所述最终输出级的输出端而启用的模式；以及
预调节电路，所述预调节电路耦接到所述最终输出级的所述输出端，并且被配置成在将所述输出驱动器耦接到所述最终输出级的所述输出端之前，预调节所述最终输出级的所述输出端的电压和电流中的至少一个，以限制由将所述最终输出级切换到所述模式引起的音频伪迹。
2.根据权利要求1所述的放大器，其中所述输出驱动器为AB类输出驱动器级。
3.根据权利要求2所述的放大器，其中所述预调节电路被配置成通过将所述输出端充电到所述AB类输出驱动器级的共模电压，预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电压和所述电流中的至少一个。
4.根据权利要求3所述的放大器，其中所述预调节电路被配置成通过使用所述AB类输出驱动器级的副本提供所述共模电压，将所述输出端充电到所述AB类输出驱动器级的所述共模电压，而预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电压和所述电流中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的放大器，其中所述预调节电路包括快速充电电路，以预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电压和所述电流中的至少一个。
6.根据权利要求5所述的放大器，其中所述最终输出级的所述输出是差分输出，并且所述预调节电路还包括钳位电路，所述钳位电路用于将所述差分输出的端子彼此钳位，以便预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电压和所述电流中的至少一个。
7.根据权利要求5所述的放大器，其中所述快速充电电路基于所述最终输出级的负载，预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电流。
8.根据权利要求1所述的放大器，其中所述最终输出级的所述输出是差分输出，并且所述预调节电路还包括以下中的一个：为了预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电压的电容器；以及用于预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电流的电感器。
9.根据权利要求1所述的放大器，其中：
所述多个模式包括所述放大器作为AB类放大器操作的第一模式和所述放大器作为D类放大器操作的第二模式；以及
所述放大器还包括信号反馈网络，所述信号反馈网络耦接在所述最终输出级的所述输出端和所述放大器的输入端之间，用于接收将被放大到所述最终输出级的所述输出端的信号。
10.一种放大器，包括：
最终输出级，所述最终输出级可在包括至少第一模式和第二模式的多个模式之间切换，在所述第一模式中，第一路径耦接到所述最终输出级的输出端，在所述第二模式中，第二路径耦接到所述最终输出级的所述输出端；以及
预调节电路，所述预调节电路耦接到所述最终输出级的所述输出端，并且被配置成执行切换序列，以在所述第一模式和所述第二模式之间切换，使得在所述切换序列的所有点处，所述最终输出级的所述输出端的输出端子具有已知阻抗。
11.根据权利要求10所述的放大器，其中所述切换序列包括：
第一步骤，在所述第一步骤中，所述第一路径与所述最终输出级的所述输出端去耦接；
第二步骤，在所述第二步骤中，所述最终输出级的所述输出端被预调节成预先确定的电压和预先确定的电流中的至少一个；以及
第三步骤，在所述第三步骤中，所述第二路径耦接到所述最终输出级的所述输出端。
12.根据权利要求11所述的放大器，其中所述最终输出级的所述输出是差分输出，并且所述预调节电路还包括钳位电路，所述钳位电路用于在所述第二步骤期间将所述差分输出的端子彼此钳位，以便预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电压和电流中的至少一个。
13.根据权利要求12所述的放大器，其中所述最终输出级的所述输出是差分输出，并且所述预调节电路还包括以下中的一个：为了预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电压的电容器；以及用于预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电流的电感器。
14.根据权利要求10所述的放大器，其中：
所述第一路径包括AB类放大器，并且所述第二路径包括D类放大器；以及
所述放大器还包括信号反馈网络，所述信号反馈网络耦接在所述最终输出级的所述输出端和所述放大器的输入端之间，用于接收将被放大到所述最终输出级的所述输出端的信号。
15.一种方法，包括，在一放大器中包括最终输出级，所述最终输出级可在多个模式之间切换，所述多个模式包括通过将输出驱动器耦接到所述最终输出级的输出端而启用的模式：
在将所述输出驱动器耦接到所述最终输出级的所述输出端之前，预调节所述最终输出级的所述输出端的电压和电流中的至少一个，以限制由将所述最终输出级切换到所述模式引起的音频伪迹。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述输出驱动器为AB类输出驱动器级。
17.根据权利要求16所述的方法，其中预调节包括通过将所述输出端充电到所述AB类输出驱动器级的共模电压，预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电压和所述电流中的至少一个。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括使用所述AB类输出驱动器级的副本提供所述共模电压，将所述输出端充电到所述AB类输出驱动器级的所述共模电压，以便预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电压和所述电流中的至少一个。
19.根据权利要求15所述的方法，其中预调节包括使用快速充电电路预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电压和所述电流中的至少一个。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述最终输出级的所述输出是差分输出，并且预调节还包括将所述差分输出的端子彼此钳位，以便预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电压和所述电流中的至少一个。
21.根据权利要求19所述的方法，其中预调节包括基于所述最终输出级的负载，使用所述快速充电电路预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电流。
22.根据权利要求15所述的方法，其中所述最终输出级的所述输出是差分输出，并且预调节还包括使用以下中的一个：为了预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电压的电容器；以及用于预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电流的电感器。
23.根据权利要求15所述的方法，其中：
所述多个模式包括所述放大器作为AB类放大器操作的第一模式和所述放大器作为D类放大器操作的第二模式；以及
所述放大器还包括信号反馈网络，所述信号反馈网络耦接在所述最终输出级的所述输出端和所述放大器的输入端之间，用于接收将被放大到所述最终输出级的所述输出端的信号。
24.一种方法，包括，在一放大器中包括最终输出级，所述最终输出级可在包括至少第一模式和第二模式的多个模式之间切换，在所述第一模式中，第一路径耦接到所述最终输出级的输出端，在所述第二模式中，第二路径耦接到所述最终输出级的所述输出端：
执行切换序列，以在所述第一模式和所述第二模式之间切换，使得在所述切换序列的所有点处，所述最终输出级的所述输出端的输出端子具有已知阻抗。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述切换序列包括：
第一步骤，在所述第一步骤中，所述第一路径与所述最终输出级的所述输出端去耦接；
第二步骤，在所述第二步骤中，所述最终输出级的所述输出端被预调节成预先确定的电压和预先确定的电流中的至少一个；以及
第三步骤，在所述第三步骤中，所述第二路径耦接到所述最终输出级的所述输出端。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述最终输出级的所述输出是差分输出，并且预调节电路还包括钳位电路，所述钳位电路用于在所述第二步骤期间将所述差分输出的端子彼此钳位，以便预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电压和电流中的至少一个。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述最终输出级的所述输出是差分输出，并且所述预调节电路还包括以下中的一个：为了预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电压的电容器；以及用于预调节所述最终输出级的所述输出端的所述电流的电感器。
28.根据权利要求24所述的方法，其中：
所述第一路径包括AB类放大器，并且所述第二路径包括D类放大器；以及
所述放大器还包括信号反馈网络，所述信号反馈网络耦接在所述最终输出级的所述输出端和所述放大器的输入端之间，用于接收将被放大到所述最终输出级的所述输出端的信号。
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