CN111628732B - D类功率放大器电路 - Google Patents

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Abstract

一种D类功率放大器电路，其包含输入级，第一电阻，第二电阻，中间级，转导电路和输出级。该第一电阻耦接于输入电压和该输入级之间。该输出级耦接至第二电源电压，该输出级用以提供输出电压。该第二电阻耦接于该输入级和该输出级之间。该中间级耦接于该输入级和该输出级之间，该中间级包含电平转换电路。该转导电路耦接至该输入级，该转导电路用以比较该第一节点的该第一电压和共模电压，据以产生补偿电流至该第一节点。

Description

D类功率放大器电路
技术领域
本发明涉及一种D类功率放大器电路。
背景技术
图1显示现有的D类功率放大器电路100的方块示意图。参照图1，该功率放大器电路100包含输入级10、中间级20和输出级30。该输入级10具有耦接至电源电压VDD的第一放大器X1。该中间级20具有第二放大器X2和电平转换电路25。该输出级30耦接至另一电源电压PVDD，其中该电源电压PVDD的电压电平大于该电源电压VDD的电压电平。由于该电源电压PVDD的电压电平会有大范围的变动(例如5V至26V)，而该输出级30的输出电压耦接至节点N1上，故该节点N1上的电压电平也会受到影响。当该电源电压PVDD和该电源电压VDD的电压电平相差过大(例如PVDD＝26V，VDD＝5V)时，容易造成电路的误动作。
发明内容
根据本发明实施例的一种D类功率放大器电路，其包含输入级，第一电阻，第二电阻，中间级，转导电路和输出级。该第一电阻耦接于输入电压和该输入级之间。该输出级耦接至第二电源电压，该输出级用以提供输出电压。该第二电阻耦接于该输入级和该输出级之间。该中间级耦接于该输入级和该输出级之间，该中间级包含电平转换电路。该转导电路耦接至该输入级，该转导电路用以比较该第一节点的该第一电压和共模电压，据以产生补偿电流至该第一节点。
附图说明
图1显示现有的D类功率放大器电路的方块示意图。
图2显示结合本发明实施例的D类功率放大器电路的方块示意图。
图3显示结合本发明另一实施例的D类功率放大器电路的方块示意图。
图4显示结合本发明实施例的转导电路的电路图。
具体实施方式
在说明书及后续的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中的技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及后续的申请专利范围并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的请求项当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。另外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或透过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。
图2显示结合本发明实施例的D类功率放大器电路200的方块示意图。参照图2，该D类功率放大器电路200包含输入级210、电阻R1、中间级220和输出级230。该输入级210耦接至第一电源电压VDD。该输入级210用以在第一节点N1接收第一电压和回授电流IF。该输入级210包含放大器X1和电容C1。该放大器X1具有正输入端、负输入端和输出端。该电容C1耦接于该放大器X1的该负输入端和该输出端之间。该放大器X1的该正输入端接收共模电压VCM，而该负输入端接收该第一节点N1的该第一电压。该共模电压VCM为稳定的参考电压。在本实施例中，该共模电压VCM的电平为0.5VDD。
参照图2，该电阻R1耦接于输入电压IN和该输入级210之间。该输出级230耦接至第二电源电压PVDD，其电压电平与该第一电源电压VDD的电压电平不同。该输出级230用以提供输出电压以驱动负载L1。该中间级220耦接于该输入级210和该输出级230之间。该中间级220包含放大器X2和电平转换电路225。该电平转换电路225用以转换输入信号(电压电平为VDD)至一输出信号(电压电平为PVDD)。
参照图2，转导电路250耦接至该输入级210。该转导电路250比较该第一节点N1的该第一电压和该共模电压VCM，据以产生补偿电流至该输入级210。该转导电路250作为共模回授回路，其追踪该第一节点N1的该第一电压和该共模电压VCM的电压电平差值，并转换该电平差值为该补偿电流IC。该补偿电流IC加入至该第一节点N1以补偿该第一节点N1的该第一电压和该共模电压VCM的电压电平差值。依此方式，该转导电路250可以稳定该第一电压在该共模电压VCM的电压电平。
此外，当该第二电源电压PVDD的电压电平大于该第一电源电压VDD的电压电平时，该转导电路250产生由该第一节点N1流至地端的该补偿电流IC，如图2中260的右半部所示。该补偿电流的电流值大于默认值IPRE，以使该第一电压的电压值能调整在该共模电压VCM的电压电平。该默认值IPRE可由公式(1)推导得到:
其中，RF为回授电阻RF的阻值，该回授电阻耦接于该输入级210和该输出级230之间。
在其他实施例中，当该第二电源电压PVDD的电压电平小于该第一电源电压VDD的电压电平时，该转导电路250产生由该第一电源电压VDD流至该第一节点N1的该补偿电流IC，如图2中260的左半部所示。该补偿电流IC的电流值大于该默认值IPRE，以使该第一电压的电压值能调整在该共模电压VCM的电压电平。
通过本发明的转导电路的设计，即使该输入级210的供应电源电压VDD和输出级230的供应电源电压PVDD不相同，该输入级的该负输入端电压仍能稳定在该共模电压VCM的电压电平，而不需侦测该电源电压PVDD的电压电平。换句话说，当该第二电源电压PVDD的电压电平大于该第一电源电压VDD的电压电平时，该转导电路并不需要使用到高压(PVDD)组件。由于该转导电路不需要侦测该电源电压PVDD的电压电平，且不需要使用到高压组件，该转导电路250占用很小的电路面积。
图2所例示的放大器X1为双端差动输入，单端输出的放大器型态。然而，本发明所揭示的输入级210中的放大器亦可为双端差动输入，双端差动输出的放大器型态，如图3所示。在使用双端差动输入，双端差动输出的放大器X3时，本发明所揭示的转导电路也会调整为双端差动输入，双端差动输出的转导放大器型态，如图4中的转导电路400所示。
参照图4，该转导电路400具有差动输入级401和差动输出级402。该差动输入级401和该差动输出级402耦接至该输入级210中的该放大器X3的该双端差动输入。在输入级401中，节点N1和N2的电压会被平均为节点N3的电压，并与共模电压VCM进行比较。接着，节点N3的电压和该共模电压VCM的电压电平差值转换为补偿电流I1和I2。该等补偿电流I1和I2个别加入至该等节点N1和N2以补偿该节点N1和该共模电压VCM、该节点N2和该共模电压VCM的电压电平差值。依此方式，该转导电路400可以稳定该节点N3的电压在该共模电压VCM的电压电平。参照图4，该转导电路400进一步包含由频率信号CKA和CKB所控制的截波(Chopper)级403，其中该等频率信号CKA和CKB为互补式信号。亦即，当该频率信号CKA为逻辑1电平时，该频率信号CKB为逻辑0电平；当该频率信号CKA为逻辑0电平时，该频率信号CKB为逻辑1电平。截波级403的设计是为了降低偏移和1/f噪声。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包含各种不背离本发明的替换及修饰，并为随后的申请专利范围所涵盖。
【符号说明】
100 D类功率放大器电路
10 输入级
20 中间级
25 电平转换电路
30 输出级
200 D类功率放大器电路
210 输入级
220 中间级
225 电平转换电路
230 输出级
250 转导电路
260 方框
300 D类功率放大器电路
400 D类功率放大器电路
401 差动输入级
402 差动输出级
403 截波级
C1,C2 电容
L1 负载
IC 补偿电流
R1,R2 电阻
RF,RF1,RF2,RF3 电阻
X1,X2,X3 放大器

Claims (7)

1.一种D类功率放大器电路，包含：
输入级，耦接至第一电源电压，该输入级用以在第一节点接收第一电压；
第一电阻，耦接于输入电压和该输入级之间；
输出级，耦接至第二电源电压，该输出级用以提供输出电压；
第二电阻，耦接于该输入级和该输出级之间；
中间级，耦接于该输入级和该输出级之间，该中间级包含电平转换电路；以及
转导电路，耦接至该输入级，该转导电路用以比较该第一节点的该第一电压和共模电压，据以产生补偿电流至该第一节点，
其中该补偿电流的电流值大于默认值，以使该第一电压的电压值调整成该共模电压的电压电平，该默认值设定为:
其中PVDD为该第二电源电压的电压电平，VDD为该第一电源电压的电压电平，RF为该第二电阻的阻值。
2.根据权利要求1所述的D类功率放大器电路，其中当该第二电源电压的电压电平大于该第一电源电压的电压电平时，该转导电路产生由该第一节点流至地端的该补偿电流。
3.根据权利要求1所述的D类功率放大器电路，其中当该第二电源电压的电压电平小于该第一电源电压的电压电平时，该转导电路产生由该第一电源电压流至该第一节点的该补偿电流。
4.根据权利要求1所述的D类功率放大器电路，其中该共模电压的电压电平等于VDD/2，VDD为该第一电源电压的电压电平。
5.根据权利要求1所述的D类功率放大器电路，其中该输入级包含：
放大器，该放大器具有正输入端，负输入端和输出端，其中该放大器的该正输入端接收该共模电压，而该负输入端接收该第一节点的该第一电压；以及
电容，耦接于该放大器的该负输入端和该输出端之间。
6.根据权利要求1所述的D类功率放大器电路，其中该输入级包含具有双端差动输入和双端差动输出的放大器，该转导电路具有差动输入级和差动输出级，且该转导电路的该差动输入级和该差动输出级耦接至该输入级的该放大器的该双端差动输入。
7.根据权利要求6所述的D类功率放大器电路，其中该转导电路包含由一对互补式频率信号控制的截波级。
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