CN113300680B - 脉冲宽度调变放大器、相关芯片及信号宽度调变的方法 - Google Patents

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CN113300680B CN202110381516.5A CN202110381516A CN113300680B CN 113300680 B CN113300680 B CN 113300680B CN 202110381516 A CN202110381516 A CN 202110381516A CN 113300680 B CN113300680 B CN 113300680B
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Abstract

本申请公开了一种脉冲宽度调变放大器、相关芯片及信号宽度调变的方法。脉冲宽度调变放大器将数字输入信号转换为模拟输入信号，将模拟输入信号减去回授信号以产生模拟误差信号，将模拟误差信号转换为数字误差信号，对数字误差信号进行滤波，并对数字误差信号进行降采样操作以产生误差参考信号。脉冲宽度调变放大器将数字输入信号与误差参考信号相加以产生输入修正信号，并将输入修正信号及反相输入修正信号与三角波信号相比较以产生第一调变信号及第二调变信号，再提升第一调变信号及第二调变信号的驱动能力以产生第一调变输出信号及第二调变输出信号，并将第一调变输出信号与第二调变信号的差值作为脉冲宽度调变信号。

Description

脉冲宽度调变放大器、相关芯片及信号宽度调变的方法
技术领域
本申请是有关于一种脉冲宽度调变放大器，尤其涉及一种能够减少互调失真的脉冲宽度调变放大器。
背景技术
脉冲宽度调变(Pulse Width Modulation)放大器是一种高电源效率的功率放大器，由于脉冲宽度调变放大器的输出为方波信号，因此脉冲宽度调变放大器的输出级(Power Stage)电路只会工作在导通以及截止两种状态。在此情况下，除了晶体管在状态切换时所造成的切换损失(Switching Loss)以及在晶体管在导通状态下所造成的导通损失(Turn On Loss)之外，几乎没有其他能量损失，因此效率可以达到90％以上，也称之为D类(Class D)放大器。
一般来说，放大器的输出级电路是依据系统所供应的操作电压来进行操作，而同时系统还可能将操作电压供应至其他电路，因此操作电压常会因为各个电路的操作状态改变而产生变动。在此情况下，操作电压的噪声便会被引入脉冲宽度调变放大器所输出的信号中，再加上輸出級本身的失真,都会造成信号质量不佳的问题。在先前技术中，常会利用负回授的方式将调整过后的输出信号与输入信号相减以减少输出级电路所引入的信号噪声。然而输出信号中会带有脉冲宽度调变的载波信号。在此情况下，当利用输出信号作为负回授信号时，就会使得带有载波成分的信号再次经过脉冲宽度调变的操作，从而造成互调失真(inter modulation distortion)，导致脉冲宽度调变放大器的信号质量下降。因此，如何在使用脉冲宽度调变放大器时，减少输出级所引入的噪声，并避免因为负回授而造成互调失真，便成为有待解决的问题。
发明内容
本申请的目的之一在于公开一种能够减少互调失真的脉冲宽度调变放大器、相关芯片及信号宽度调变的方法，来解决上述问题。
本申请的一实施例提供一种脉冲宽度调变放大器，用以将数字输入信号转换为宽度调变信号。所述脉冲宽度调变放大器包括数字模拟转换器、第一信号运算器、回路滤波器、模拟数字转换器、数字滤波器、降采样器、第二信号运算器、反相器、脉冲宽度调制数字模拟转换器、第一输出级电路、第二输出级电路、第三信号运算器及增益调整电路。数字模拟转换器用以将所述数字输入信号转换为模拟输入信号。第一信号运算器用以将所述模拟输入信号减去回授信号以产生模拟误差信号。回路滤波器对所述模拟误差信号进行波形调整。模拟数字转换器用以将整形后的所述模拟误差信号转换为数字误差信号。数字滤波器用以过滤所述数字误差信号中的高频噪声以免在降采样操作时产生折迭噪声。降采样器用以对过滤后的所述数字误差信号进行降采样操作以产生误差参考信号。第二信号运算器用以将所述数字输入信号与所述误差参考信号相加以产生输入修正信号。反相器用以使所述输入修正信号反相以产生反相输入修正信号。脉冲宽度调制数字模拟转换器用以将所述输入修正信号及所述反相输入修正信号与三角波信号相比较以产生第一调变信号及第二调变信号。第一输出级电路用以提升所述第一调变信号的驱动能力以产生第一调变输出信号。第二输出级电路用以提升所述第二调变信号的驱动能力以产生第二调变输出信号。第三信号运算器用以将所述第一调变输出信号减去所述第二调变输出信号以产生回授脉冲宽度调变信号。增益调整电路用以调整所述回授脉冲宽度调变信号的幅值以产生所述回授信号。其中所述降采样器的采样频率是所述三角波信号的频率的2的幂次倍，及所述脉冲宽度调变放大器是将所述第一调变输出信号与所述第二调变信号的差值作为脉冲宽度调变信号。
本申请的另一实施例提供一种芯片，包括所述的脉冲宽度调变放大器。
本申请的另一实施例提供一种信号宽度调变的方法。所述方法包括对所述数字输入信号进行数字模拟转换操作以产生模拟输入信号，将所述模拟输入信号减去回授信号以产生模拟误差信号，对所述模拟误差信号进行波形调整，对整形后的所述模拟误差信号进行模拟数字转换操作以产生数字误差信号，过滤所述数字误差信号中的高频噪声以免在降采样操作时产生折迭噪声，对过滤后的所述数字误差信号进行降采样操作以产生误差参考信号，将所述数字输入信号与所述误差参考信号相加以产生输入修正信号，使所述输入修正信号反相以产生反相输入修正信号，将所述输入修正信号及所述反相输入修正信号与三角波信号相比较以产生第一调变信号及第二调变信号，提升所述第一调变信号的驱动能力以产生第一调变输出信号，提升所述第二调变信号的驱动能力以产生第二调变输出信号，将所述第一调变输出信号及所述第二调变输出信号的差值作为所述脉冲宽度调变信号输出，及依据所述第一调变输出信号及所述第二调变输出信号产生产生所述回授信号。所述降采样操作的采样频率是所述三角波信号的频率的2的幂次倍。
本申请的脉冲宽度调变放大器、相关芯片及信号宽度调变的方法可对数字误差信号进行降采样操作，使得误差参考信号与三角波信号之间具有固定的频率倍率及固定的相位关系，以减少在脉冲宽度调变的过程中产生互调失真的低频噪声，从而提升脉冲宽度调变信号的信号质量。
附图说明
图1是本申请一实施例的脉冲宽度调变放大器的示意图。
图2为图1的脉冲宽度调变放大器所产生的信号波形图。
图3是本申请另一实施例的脉冲宽度调变放大器的示意图。
图4是本申请一实施例的信号宽度调变的方法流程图。
图5为图2的脉冲宽度调变放大器所产生的信号波形图。
图6是本申请一实施例的数字滤波器的示意图。
具体实施方式
以下揭示内容提供了多种实施方式或例示，其能用以实现本揭示内容的不同特征。下文所述之组件与配置的具体例子系用以简化本揭示内容。当可想见，这些叙述仅为例示，其本意并非用于限制本揭示内容。举例来说，在下文的描述中，将一第一特征形成于一第二特征上或之上，可能包括某些实施例其中所述的第一与第二特征彼此直接接触；且也可能包括某些实施例其中还有额外的组件形成于上述第一与第二特征之间，而使得第一与第二特征可能没有直接接触。此外，本揭示内容可能会在多个实施例中重复使用组件符号和/或标号。此种重复使用乃是基于简洁与清楚的目的，且其本身不代表所讨论的不同实施例和/或组态之间的关系。
再者，在此处使用空间上相对的词汇，譬如「之下」、「下方」、「低于」、「之上」、「上方」及与其相似者，可能是为了方便说明图中所绘示的一组件或特征相对于另一或多个组件或特征之间的关系。这些空间上相对的词汇其本意除了图中所绘示的方位之外，还涵盖了装置在使用或操作中所处的多种不同方位。可能将所述设备放置于其他方位(如，旋转90度或处于其他方位)，而这些空间上相对的描述词汇就应该做相应的解释。
虽然用以界定本申请较广范围的数值范围与参数皆是约略的数值，此处已尽可能精确地呈现具体实施例中的相关数值。然而，任何数值本质上不可避免地含有因个别测试方法所致的标准偏差。在此处，「约」通常系指实际数值在一特定数值或范围的正负10％、5％、1％或0.5％之内。或者是，「约」一词代表实际数值落在平均值的可接受标准误差之内，视本申请所属技术领域中具有通常知识者的考虑而定。当可理解，除了实验例之外，或除非另有明确的说明，此处所用的所有范围、数量、数值与百分比(例如用以描述材料用量、时间长短、温度、操作条件、数量比例及其他相似者)均经过「约」的修饰。因此，除非另有相反的说明，本说明书与附随申请专利范围所揭示的数值参数皆为约略的数值，且可视需求而更动。至少应将这些数值参数理解为所指出的有效位数与套用一般进位法所得到的数值。在此处，将数值范围表示成由一端点至另一端点或介于二端点之间；除非另有说明，此处所述的数值范围皆包括端点。
图1是本申请一实施例的脉冲宽度调变放大器100的示意图。脉冲宽度调变放大器100包括数字模拟转换器110、信号运算器120A、回路滤波器130、模拟数字转换器140、信号运算器120B、反相器INV1、脉冲宽度调制器150、输出级电路160A、输出级电路160B、信号运算器120C、增益调整电路170及数字滤波器180。
在本实施例中，脉冲宽度调变放大器100可将数字输入信号SIGDI转变为脉冲宽度调变信号SIGPWM。在图1的实施例中，数字模拟转换器110可将数字输入信号SIGDI转换为模拟输入信号SIGAI。信号运算器120C及增益调整电路170可产生与脉冲宽度调变信号SIGPWM相关的回授信号SIGFB，而信号运算器120A可将模拟输入信号SIGAI减去回授信号SIGFB以产生模拟误差信号SIGAE。
在本实施例中，回路滤波器130可以是模拟的低通滤波器。回路滤波器130可以过滤模拟误差信号SIGAE中的高频噪声。由于回授信号SIGFB与脉冲宽度调变信号SIGPWM相关，因此回授信号SIGFB也会具有脉冲方波的波形，而在模拟误差信号SIGAE通过回路滤波器130时，模拟误差信号SIGAE中与回授信号SIGFB有关的脉冲方波便会趋于平缓，使得过滤后的模拟误差信号SIGAE'中带有因为脉冲宽度调变信号SIGPWM所造成的近似于三角波的载波。也就是说，回路滤波器130可以对模拟误差信号SIGAE进行波形调整(shaping)。
在脉冲宽度调变放大器100中，模拟数字转换器140可将过滤后的模拟误差信号SIGAE'先转换为数字误差信号SIGDE，而数字滤波器180则可对数字误差信号SIGDE进行滤波。由于模拟误差信号SIGAE是将模拟输入信号SIGAI减去回授信号SIGFB所产生的结果，因此模拟误差信号SIGAE及经过模拟数字转换后产生的数字误差信号SIGDE都会包括与输出级电路160A及160B所引入的噪声具有相似波型但相位相反的信号。因此，脉冲宽度调变放大器100可利用负回授的机制，通过数字误差信号SIGDE来预先对输出级电路160A及160B所将引入的噪声进行修正。
举例来说，信号运算器120B可将数字输入信号SIGDI与过滤后的数字误差信号SIGDE'相加以产生输入修正信号SIGVI。在此情况下，由于在信号运算器120B将数字输入信号SIGDI与数字误差信号SIGDE相加以产生输入修正信号SIGVI时，已相当于从数字输入信号SIGDI中减去了与输出级电路160A及160B所可能引入的部分噪声，因此之后在利用通过输出级电路160A及160B产生脉冲宽度调变信号SIGPWM时，由输出级电路160A及160B所引入的至少部分噪声便会与预先减去的噪声相抵消，从而减少脉冲宽度调变信号SIGPWM中的噪声。
在图1中，反相器INV1可使输入修正信号SIGVI反相以产生反相输入修正信号SIGVIB，而脉冲宽度调制器150可将输入修正信号SIGVI及反相输入修正信号SIGVIB与三角波信号SIGT相比较以产生第一调变信号SIGM1及第二调变信号SIGM2。脉冲宽度调制器150可例如为BD调制器。输出级电路160A及160B则可提升第一调变信号SIGM1及第二调变信号SIGM2的驱动能力以产生第一调变输出信号SIGMO1及第二调变输出信号SIGMO2，而脉冲宽度调变放大器100可将第一调变输出信号SIGMO1及第二调变输出信号SIGMO2的差值作为脉冲宽度调变信号SIGPWM输出。在图1中，脉冲宽度调变放大器100可通过差分形式输出脉冲宽度调变信号SIGPWM至负载电路ZL。
图2为脉冲宽度调变放大器100所产生的信号波形图。在本实施例中，脉冲宽度调制器150会在输入修正信号SIGVI的电压大于三角波信号SIGT的电压时，使第一调变信号SIGM1为高电压，而在输入修正信号SIGVI的电压小于三角波信号SIGT的电压时，使第一调变信号SIGM1为低电压。相似地，脉冲宽度调制器150会在反相输入修正信号SIGVIB的电压大于三角波信号SIGT的电压时，使第二调变信号SIGM2为高电压，而在反相输入修正信号SIGVIB的电压小于三角波信号SIGT的电压时，使第二调变信号SIGM2为低电压。
在本实施例中，输出级电路160A及160B主要是用以提高第一调变信号SIGM1及第二调变信号SIGM2的驱动能力，因此第一调变输出信号SIGMO1及第二调变输出信号SIGMO2的波型仍会与第一调变信号SIGM1及第二调变信号SIGM2的波型相近。在此情况下，在将第一调变输出信号SIGMO1与第二调变输出信号SIGMO2的差值即为脉冲宽度调变信号SIGPWM。
在脉冲宽度调变放大器100中，信号运算器120C可将第一调变输出信号SIGMO1减去第二调变输出信号SIGMO2以产生单端输出的回授脉冲宽度调变信号SIGMF，而增益调整电路170可以调整回授脉冲宽度调变信号SIGMF的幅值以产生回授信号SIGFB。
信号运算器120A可将模拟输入信号SIGAI减去回授信号SIGFB以产生模拟误差信号SIGAE并进行模拟数字转换以将数字误差信号SIGDE作为负回授的信号，因此可以减少输出级电路160A及160B所引入的噪声。然而，由于回授信号SIGFB中会包括脉冲宽度调变信号SIGPWM的载波，因此模拟误差信号SIGAE中也会存在与脉冲宽度调变信号SIGPWM的载波频率相近的信号。如同前述的说明，模拟误差信号SIGAE中脉冲宽度调变信号SIGPWM的载波在通过回路滤波器130时会趋于平缓而成为近似于三角波的载波。在此情况下，过滤后的模拟误差信号SIGAE'在经过模拟数字转换之后所产生的数字误差信号SIGDE也会存在与脉冲宽度调变信号SIGPWM的载波频率相近的信号，导致在脉冲宽度调制器150利用三角波信号SIGT对输入修正信号SIGVI进行的调制过程中，引起因互调变(inter-modulation)而产生了互调失真的低频噪声。
在有些实施例中，数字滤波器180可以在数字误差信号SIGDE进入脉冲宽度调制器150之前，先将数字误差信号SIGDE中与脉冲宽度调变信号SIGPWM的载波频率相近的信号滤除。然而，若要将脉冲宽度调变信号SIGPWM的载波频率相近的信号完全滤除，就需要增加数字滤波器180所需的延迟时间，如此一来，就可能因为延迟时间过长，而造成回授系统不稳定。
图3是本申请另一实施例的脉冲宽度调变放大器200的示意图。在本实施例中，脉冲宽度调变放大器200可以芯片实作，且脉冲宽度调变放大器200可包括数字模拟转换器210、信号运算器220A、回路滤波器230、模拟数字转换器240、数字滤波器290、降采样器280、信号运算器220B、反相器INV1、脉冲宽度调制数字模拟转换器250、输出级电路260A、输出级电路260B、信号运算器220C及增益调整电路270。脉冲宽度调变放大器200与脉冲宽度调变放大器100主要的差异在于脉冲宽度调变放大器200可以通过数字滤波器290及降采样器280来减少互调失真所造成的低频噪声，而数字滤波器290及降采样器280的操作方式将在后面说明。
图4是本申请一实施例的信号宽度调变的方法300的流程图。在本实施例中，方法300可以通过脉冲宽度调变放大器200来执行。方法300可包括依序执行的步骤S310至S390。
S310：对数字输入信号SIGDI进行数字模拟转换操作以产生模拟输入信号SIGAI；
S320：将模拟输入信号SIGAI减去回授信号SIGFB以产生模拟误差信号SIGAE；
S330：对模拟误差信号SIGAE进行波形调整；
S332：对整形后的模拟误差信号SIGAE进行模拟数字转换操作以产生数字误差信号SIGDE；
S340：过滤数字误差信号SIGDE中的高频噪声以免在降采样操作时产生折迭噪声；
S342：对过滤后的数字误差信号SIGDE进行降采样操作以产生误差参考信号SIGER；
S350：将数字输入信号SIGDI与误差参考信号SIGER相加以产生输入修正信号SIGVI；
S360：使输入修正信号SIGVI反相以产生反相输入修正信号SIGVIB；
S370：将输入修正信号SIGVI及反相输入修正信号SIGVIB与三角波信号SIGT相比较以产生第一调变信号SIGM1及第二调变信号SIGM2；
S372：提升第一调变信号SIGM1的驱动能力以产生第一调变输出信号SIGMO1；
S374：提升第二调变信号SIGM2的驱动能力以产生第二调变输出信号SIGMO2；
S380：将第一调变输出信号SIGMO1及第二调变输出信号SIGMO2的差值作为脉冲宽度调变信号SIGPWM输出；及
S390：依据第一调变输出信号SIGMO1及第二调变输出信号SIGMO2产生回授信号SIGFB。
在步骤S310中，数字模拟转换器210可以对数字输入信号SIGDI进行数字模拟转换操作以产生模拟输入信号SIGAI，而在步骤S320中，信号运算器220A可将模拟输入信号SIGAI减去回授信号SIGFB以产生模拟误差信号SIGAE。接着，回路滤波器230可在步骤S330中过滤模拟误差信号SIGAE中的高频噪声，从而对模拟误差信号SIGAE进行波形调整(shaping)。在有些实施例中，回路滤波器230可例如由多级积分器构成。接着，模拟数字转换器240可在步骤S332中对整形后的模拟误差信号SIGAE'进行模拟数字转换操作以产生数字误差信号SIGDE。
在步骤S340中，数字滤波器290可以过滤数字误差信号SIGDE中的高频噪声以免在降采样操作时产生折迭噪声，而在步骤S342中，降采样器280可对过滤后的数字误差信号SIGDE'进行降采样操作以产生误差参考信号SIGER。接着，在步骤S350中，信号运算器220B可将数字输入信号SIGDI与误差参考信号SIGER相加以产生输入修正信号SIGVI，而反相器INV1可在步骤S360中使输入修正信号SIGVI反相以产生反相输入修正信号SIGVIB。
在步骤S370至S374中，脉冲宽度调制数字模拟转换器250可将输入修正信号SIGVI及反相输入修正信号SIGVIB与三角波信号SIGT相比较以产生第一调变信号SIGM1及第二调变信号SIGM2，而输出级电路260A及输出级电路260B可分别提升第一调变信号SIGM1及第二调变信号SIGM2的驱动能力以产生第一调变输出信号SIGMO1及第二调变输出信号SIGMO2。
接着，在步骤S380中，脉冲宽度调变放大器200可将第一调变输出信号SIGMO1及第二调变输出信号SIGMO2的差值作为脉冲宽度调变信号SIGPWM，并以差分形式输出至负载电路ZL。在步骤S390中，信号运算器220C可将第一调变输出信号SIGMO1减去第二调变输出信号SIGMO2以产生单端输出的回授脉冲宽度调变信号SIGMF，而增益调整电路270则可调整回授脉冲宽度调变信号SIGMF的幅值以产生回授信号SIGFB。举例来说，增益调整电路270可依据系统操作的状况，使脉冲宽度调变信号SIGPWM的幅值适当衰减后作为回授信号SIGFB，也就是说，增益调整电路270所提供的增益β可以是小于1的正数，以确保回授机制的稳定性。
此外，在本实施例中，步骤S342所执行的降采样操作的采样频率可以是三角波信号SIGT的频率的M倍，其中M为2的幂次。在此情况下，降采样器280便可在三角波信号SIGT的每个周期中固定的相位点上对数字误差信号SIGDE进行采样以产生误差参考信号SIGER，例如降采样操作可至少在三角波信号SIGT具有最大值及最小值的时点上进行采样，而脉冲宽度调制数字模拟转换器250则可对应地以脉波宽度变化的方式呈现出误差参考信号SIGER的幅值变化以达到脉冲宽度调制数字模拟转换的效果。如此一来，误差参考信号SIGER与三角波信号SIGT之间便会有固定的频率倍率及固定的相位关系，因此后续在脉冲宽度调制数字模拟转换器250利用三角波信号SIGT对输入修正信号SIGVI进行脉冲宽度的数字模拟转换过程中，便不会产生互调失真的低频噪声。
举例来说，M可为4，此时降采样器280的采样频率即为三角波信号SIGT的频率的4倍。图5为脉冲宽度调变放大器200所产生的信号波形图。在图5中，由于降采样器280是固定在三角波信号SIGT的幅值具有最大值、最小值及中间值的时点T1、T2、T3、T4及T5上，对过滤后的数字误差信号SIGDE'进行采样，因此输入修正信号SIGVI及反相输入修正信号SIGVIB的波形只会在时点T1、T2、T3、T4及T5上有对应的波形转折变化。在此情况下，脉冲宽度调变信号SIGPWM会在三角波信号SIGT的时点T1及T2之间的时段P1、时点T2及T3之间的时段P2、时点T3及T4之间的时段P3及时点T4及T5之间的时段P4内，对应地各产生一次的波形转折，例如由高电位变为低电位或由低电位变为高电位。也就是说，在本实施例中，脉冲宽度调制数字模拟转换器250是以三角波信号SIGT的4倍频率对输入修正信号SIGVI及反相输入修正信号SIGVIB进行数字模拟转换以产生脉冲宽度调变信号SIGPWM。在此情况下，降采样器280对数字误差信号SIGDE的采样频率与脉冲宽度调制数字模拟转换器250进行数字模拟转换的频率皆固定为三角波信号SIGT的频率的4倍，因此在脉冲宽度调变信号SIGPWM中不会产生互调失真的低频噪声。
此外，在此情况下，由于降采样器280对数字误差信号SIGDE的采样频率为三角波信号SIGT的频率的4倍，因此在数字误差信号SIGDE中，频率为三角波信号SIGT的频率的2倍的信号并不会在降采样操作的过程中造成混迭噪声，因此在有些实施例中，数字滤波器290可允许数字误差信号SIGDE中频率为三角波信号SIGT的频率的两倍的信号通过。
在有些其他实施例中，M可以为其他数值，例如为2，然而此时降采样器280对数字误差信号SIGDE进行降采样操作的采样频率较低，因此可能会漏失较多的信息，导致利用误差参考信号SIGER作为负回授来减少输入级电路260A及260B所引入的误差时，效果较差。此外，M也可以是2及4以外的其他2的幂次，例如8或16，并使得降采样器280的采样时点能够在三角波信号SIGT的每个周期中平均分布。然而依据脉冲宽度调制数字模拟转换器250的特性，脉冲宽度调变信号SIGPWM的波形转折主要仅会出现在三角波信号SIGT的每一个周期中的四个时段P1至P4中，因此虽然提高降采样器280的频率可以保留数字误差信号SIGDE中较多的信息，然而对于脉冲宽度调变信号SIGPWM的影响可能较不显着。因此使用者可以依据需求，选择M的数值。
在方法300中，脉冲宽度调变放大器200可以通过降采样器280来对数字误差信号SIGDE进行采样，使得误差参考信号SIGER与三角波信号SIGT之间具有固定的频率倍率及固定的相位关系，以避免在脉冲宽度调变信号SIGPWM中产生互调失真的低频噪声。此外，在降采样器280的降采样操作中，数字误差信号SIGDE中的高频噪声可能会在降采样的过程中被折迭，而产生低频的混迭噪声。为了减少混迭噪声产生，脉冲宽度调变放大器200可以在降采样器280对数字误差信号SIGDE进行降采样操作之前，通过数字滤波器290过滤数字误差信号SIGDE中的高频噪声，以避免在降采样操作中产生混迭噪声。
在本实施例中，数字滤波器290可以例如是移动平均滤波器，并可通过计算数字误差信号SIGDE的移动平均值来过滤数字误差信号SIGDE中的高频噪声。图6是本申请一实施例的数字滤波器290的示意图。在图6的实施例中，模拟数字转换器240的采样频率是降采样器280的采样频率的N倍，其中N为2的幂次。在此情况下，数字滤波器290可包括(N-1)个延迟单元D1至D(N-1)，每一个延迟单元D1至D(N-1)可以将接收到的信号在延迟一个模拟数字转换器240的采样周期后输出。在图6中，通过将(N-1)个延迟单元D1至D(N-1)相串接，便可对应得到(N-1)个连续的相异延迟信号SIGD1至SIGD(N-1)，而数字滤波器290可依据数字误差信号SIGDE与(N-1)个延迟信号SIGD1至SIGD(N-1)取得移动平均值，并将移动平均值SIGMA输出作为过滤后的数字误差信号SIGDE'。在本实施例中，数字滤波器290可例如将数字误差信号SIGDE与(N-1)个延迟信号SIGD1至SIGD(N-1)相加后除以N以得出移动平均值SIGMA。
综上所述，本申请的实施例所提供的脉冲宽度调变放大器、相关芯片及信号宽度调变的方法可以通过负回授的机制减少输出级电路所引入的信号噪声，并可对数字误差信号进行降采样操作，使得误差参考信号与三角波信号之间具有固定的频率倍率及固定的相位关系，以避免在脉冲宽度调变的过程中产生互调失真的低频噪声，从而提升脉冲宽度调变信号的信号质量。
上文的叙述简要地提出了本申请某些实施例之特征，而使得本申请所属技术领域具有通常知识者能够更全面地理解本揭示内容的多种态样。本申请所属技术领域具有通常知识者当可明了，其可轻易地利用本揭示内容作为基础，来设计或更动其他工艺与结构，以实现与此处所述之实施方式相同的目的和/或达到相同的优点。本申请所属技术领域具有通常知识者应当明白，这些均等的实施方式仍属于本揭示内容之精神与范围，且其可进行各种变更、替代与更动，而不会悖离本揭示内容之精神与范围。

Claims (15)

1.一种脉冲宽度调变放大器，用以将数字输入信号转换为宽度调变信号，其特征在于，所述脉冲宽度调变放大器包括：
数字模拟转换器，用以将所述数字输入信号转换为模拟输入信号；
第一信号运算器，用以将所述模拟输入信号减去回授信号以产生模拟误差信号；
回路滤波器，用以对所述模拟误差信号进行波形调整；
模拟数字转换器，用以将整形后的所述模拟误差信号转换为数字误差信号；
数字滤波器，用以过滤所述数字误差信号中的高频噪声以免在降采样操作时产生折叠噪声；
降采样器，用以对过滤后的所述数字误差信号进行所述降采样操作以产生误差参考信号；
第二信号运算器，用以将所述数字输入信号与所述误差参考信号相加以产生输入修正信号；
反相器，用以使所述输入修正信号反相以产生反相输入修正信号；
脉冲宽度调制数字模拟转换器，用以将所述输入修正信号及所述反相输入修正信号与三角波信号相比较以产生第一调变信号及第二调变信号；
第一输出级电路，用以提升所述第一调变信号的驱动能力以产生第一调变输出信号；
第二输出级电路，用以提升所述第二调变信号的驱动能力以产生第二调变输出信号；
第三信号运算器，用以将所述第一调变输出信号减去所述第二调变输出信号以产生回授脉冲宽度调变信号；及
增益调整电路，用以调整所述回授脉冲宽度调变信号的幅值以产生所述回授信号；
其中所述降采样器的采样频率是所述三角波信号的频率的2的幂次倍；及
所述脉冲宽度调变放大器是将所述第一调变输出信号与所述第二调变信号的差值作为脉冲宽度调变信号输出。
2.如权利要求1所述的脉冲宽度调变放大器，其特征在于所述降采样器的所述采样频率是所述三角波信号的所述频率的4倍。
3.如权利要求2所述的脉冲宽度调变放大器，其特征在于所述降采样器是在所述三角信号的幅值处在最大值、最小值及中间值时，对过滤后的所述数字误差信号进行采样。
4.如权利要求2所述的脉冲宽度调变放大器，其特征在于，所述数字滤波器允许所述数字误差信号中频率为所述三角波信号的频率的两倍的信号通过。
5.如权利要求1所述的脉冲宽度调变放大器，其特征在于所述数字滤波器是移动平均滤波器。
6.如权利要求5所述的脉冲宽度调变放大器，其特征在于：
所述模拟数字转换器的采样频率为所述降采样器的采样频率的N倍，其中N为2的幂次。
7.如权利要求1所述的脉冲宽度调变放大器，其特征在于所述增益调整电路是使所述回授脉冲宽度调变信号的所述幅值衰减以产生所述回授信号。
8.一种芯片，其特征在于，包括：
如权利要求1至7任一项所述的脉冲宽度调变放大器。
9.一种信号宽度调变的方法，包括：
对数字输入信号进行数字模拟转换操作以产生模拟输入信号；
将所述模拟输入信号减去回授信号以产生模拟误差信号；
对所述模拟误差信号进行波形调整；
对整形后的所述模拟误差信号进行模拟数字转换操作以产生数字误差信号；
过滤所述数字误差信号中的高频噪声以免在降采样操作时产生折叠噪声；
对过滤后的所述数字误差信号进行所述降采样操作以产生误差参考信号；
将所述数字输入信号与所述误差参考信号相加以产生输入修正信号；
使所述输入修正信号反相以产生反相输入修正信号；
将所述输入修正信号及所述反相输入修正信号与三角波信号相比较以产生第一调变信号及第二调变信号；
提升所述第一调变信号的驱动能力以产生第一调变输出信号；
提升所述第二调变信号的驱动能力以产生第二调变输出信号；
将所述第一调变输出信号及所述第二调变输出信号的差值作为脉冲宽度调变信号输出；及
依据所述第一调变输出信号及所述第二调变输出信号产生所述回授信号；
其中所述降采样操作的采样频率是所述三角波信号的频率的2的幂次倍。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述降采样操作的所述采样频率是所述三角波信号的所述频率的4倍。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述降采样操作是在所述三角波信号的幅值处在最大值、最小值及中间值时，对过滤后的所述数字误差信号进行采样。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于过滤所述数字误差信号中的所述高频噪声以免在所述降采样操作时产生所述折叠噪声包括使所述数字误差信号中频率为所述三角波信号的频率的两倍的信号通过。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于过滤所述数字误差信号中的所述高频噪声以免在所述降采样操作时产生所述折叠噪声包括计算所述数字误差信号的移动平均值。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：
所述模拟数字转换操作的采样频率为所述降采样操作的采样频率的N倍，其中N为2的幂次。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于依据所述第一调变输出信号及所述第二调变输出信号产生所述回授信号包括：
将所述第一调变输出信号减去所述第二调变输出信号以产生回授脉冲宽度调变信号；及
使所述回授脉冲宽度调变信号的幅值衰减以产生所述回授信号。
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