CN113411072A - 脉宽调制模块、音频功放电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

一种脉宽调制模块、音频功放电路及电子设备，脉宽调制模块应用于音频功放电路中，用于通过控制端接收控制信号并根据所述控制信号选择对应的数据源进行脉宽调制，以输出脉宽调制信号；所述数据源包括第一数据源和第二数据源，所述第一数据源为根据所述控制信号生成的第一数据信号，所述第二数据源为所述音频功放输入的数字音频信号经数模转换器后生成的第二数据信号。本申请的脉宽调制模块，根据控制信号控制脉宽调制模块选择的数据源进行脉宽调制，并根据控制信号生成第一数据源，该第一数据源对应的脉宽调制信号的占空比为0或低电平，以使得驱动的功率放大器停止工作，减少功率放大器的功耗，降低噪声。

Description

脉宽调制模块、音频功放电路及电子设备

技术领域

本申请涉及信号调制技术领域，具体涉及一种脉宽调制模块、音频功放电路及电子设备。

背景技术

在音频功放电路中，在数模转换器的输出端常连接一个数字脉宽调制器(DPWM)，DPWM的作用是将数模转换器输出的信号转换成脉宽调制信号，以驱动功率放大器，进而实现对外部音频设备的驱动。

现有技术中，当音频功放电路输入的数字音频信号很小或为0时，DPWM输出的脉宽调制信号的占空比一直保持为50％，此时功率放大器将一直处于工作模式，功率放大器的开关切换带来较高的功率损耗，输出噪声将维持在较高水平。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种脉宽调制模块、音频功放电路及电子设备，以解决现有的电路当音频功放的输入信号很小或为0时，DPWM输出的脉宽调制信号的占空比一直保持为50％，此时功率放大电路一直保持工作，输出噪声较大，功耗也较高的问题。

本申请提供的脉宽调制模块，所述脉宽调制模块应用于音频功放电路中，用于通过控制端接收控制信号并根据所述控制信号选择对应的数据源进行脉宽调制，以输出脉宽调制信号；所述数据源包括第一数据源和第二数据源，所述第一数据源为根据所述控制信号生成的第一数据信号，所述第二数据源为所述音频功放电路输入的数字音频信号经数模转换器后生成的第二数据信号。

可选的，所述脉宽调制模块包括：占空比控制单元，用于根据所述控制信号产生所述第一数据源；选择单元，连接至所述占空比控制单元的输出端，用于根据所述控制信号选择输出所述第一数据源或所述第二数据源；脉宽调制单元，连接至所述选择单元的输出端，用于将所述第一数据源或所述第二数据源与调制参考信号进行比较，以输出所述脉宽调制信号。

可选的，所述选择单元包括：反相子单元，用于将所述第二数据源的相位反转180度后输出反相数据源；第一选择子单元，连接至所述占空比控制单元的输出端，用于在所述控制信号为第一电平时选择输出所述第一数据源，在所述控制信号为第二电平时选择输出所述第二数据源；和，第二选择子单元，连接至所述反相子单元的输出端，用于在所述控制信号为第一电平时选择输出所述第一数据源，在所述控制信号为第二电平时选择输出所述反相数据源；所述脉宽调制单元，还用于在所述控制信号为第二电平时将所述第二数据源和所述反相数据源与调制参考信号进行比较，以输出所述脉宽调制信号。

可选的，所述调制单元包括：调制信号生成子单元，用于生成所述调制参考信号；第一比较子单元，连接至所述第一选择子单元和所述调制信号生成子单元的输出端，用于将所述第一选择子单元输出的第一数据源或第二数据源与所述调制参考信号进行比较，以输出第一脉宽调制信号；第二比较子单元，连接至所述第二选择子单元和所述调制信号生成子单元的输出端，用于将所述第二选择子单元输出的第一数据源或反相数据源与所述调制参考信号进行比较，以输出第二脉宽调制信号；所述第一脉宽调制信号和所述第二脉宽调制信号形成差分信号。

可选的，在所述控制信号由第二电平转换为第一电平时，所述占空比控制单元产生的所述第一数据源由第一数值逐渐增加到第二数值，所述脉宽调制信号的占空比由第一占空比值逐渐变成第二占空比值；或，所述控制信号由第二电平转换为第一电平时，所述占空比控制单元产生的所述第一数据源由第一数值转变为第二数值，所述脉宽调制信号的占空比由第一占空比值转换为第二占空比值。

可选的，所述第二数值为所述调制参考信号的最大幅值。

一种音频功放电路，包括上述中任意一项所述的脉宽调制模块，所述音频功放电路还包括：数模转换器，用于将输入的数字音频信号转换成所述第二数据信号；控制信号产生模块，连接至所述数模转换器的输入端或输出端，用于根据所述数字音频信号或所述第二数据信号生成所述控制信号；所述脉宽调制模块，连接至所述控制信号产生模块和所述数模转换器的输出端，用于根据所述控制信号选择数据源进行脉宽调制，以输出所述脉宽调制信号；功率放大模块，连接至所述脉宽调制模块的输出端，用于根据所述脉宽调制信号输出功率放大信号。

可选的，所述控制信号产生模块包括：控制信号产生单元，用于根据所述数字音频信号与预设阈值的比较结果输出所述控制信号。

可选的，所述控制信号产生单元，还用于在所述数字音频信号小于预设阈值时，根据所述数字音频信号保持为预设电压的时间与预设时间的比较结果输出所述控制信号。

可选的，所述预设阈值范围为-72db—-180db；和/或，所述预设时间范围为1ms-2s。

一种电子设备，包括上述中任意一项所述的音频功放电路。

本申请的脉宽调制模块，根据控制信号控制脉宽调制模块选择的数据源进行脉宽调制，并根据控制信号生成第一数据源，该第一数据源对应的脉宽调制信号的占空比为0或低电平，以使得驱动的功率放大器停止工作，减少功率放大器的功耗，降低噪声。

进一步的，脉宽调制模块包括脉宽调制器DPWM，由输入的数字音频信号生成控制信号，该控制信号用于动态调整脉宽调制模块的工作模式。数字音频信号为大音量对应的信号为大信号，数字音频信号为小音量对应的信号为小信号。当音频功放输入的数字音频信号为大信号时，脉宽调制器DPWM根据控制信号进入正常工作模式，此时，脉宽调制器DPWM选择经数模转换器后生成的第二数据信号进行脉宽调制，并输出调制后的脉宽调制信号；当音频功放输入的数字音频信号为小信号时，脉宽调制器DPWM进入低噪声模式，输出的脉宽调制信号的占空比保持低电平不变，此时由于驱动的功率放大器无需开关动作，有效地降低了电路功耗，同时功率放大器的输出噪声也大幅降低，通过这种方式，在保证对输入的大音量无任何不良影响的情况下，有效降低了功率放大器的工作功耗，并提升了小音量下音频功放的输出音质。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例的脉宽调制模块的结构示意图；

图1a为本申请一个实施例的脉宽调制模块的结构示意图；

图1b为图1a中脉宽调制模块的信号时序图；

图1c为图1a中脉宽调制模块的另一种信号时序图；

图1d为图1a中脉宽调制模块的另一种信号时序图；

图2a为本申请一实施例的音频功放电路的结构示意图；

图2b为本申请一实施例的音频功放电路的结构示意图；

图3为本申请一实施例的音频功放电路应用图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，本申请不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。

应当理解，尽管在本文可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本文范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语"如果"可以被解释成为"在……时"或"当……时"或"响应于确定"。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。本申请使用的术语“或”、“和/或”、“包括以下至少一个”等可被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。例如，“包括以下至少一个：A、B、C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A和B和C”，再如，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A和B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

现有的音频功放电路包括数模转换器(DAC)、数字脉宽调制器DPWM和D类音频功率放大器。数模转换器通过数据接口电路接收上位机传输的下行数字音频信号，并将该数字音频信号转换成模拟音频数据，该模拟音频数据输入至数字脉宽调制器DPWM的输入端。数字脉宽调制器DPWM连接至数模转换器的输出端，用于将该模拟音频数据进行信号调制，并输出脉宽调制信号PWM至D类音频功率放大器，该D类音频功率放大器根据脉宽调制信号PWM输出驱动信号至扬声器，控制扬声器的输出声音。现有的音频功放电路，在输入的数字音频信号为大音量数据时，数字脉宽调制器DPWM正常工作，在输入的数字音频信号为小音量数据或为0时，数字脉宽调制器DPWM输出的脉宽调制信号PWM的占空比一直保持在50％，此时，D类音频功率放大器仍然保持工作，带来较大的功率损耗，另外，D类音频功率放大器会输出较大噪声，降低了音频的输出品质。鉴于此，本申请提供一脉宽调制模块。

请参考图1，为本申请一个实施例的脉宽调制模块的结构示意图。

本实施例的脉宽调制模块应用于音频功放电路中，通过控制端接收控制信号System_mode，该控制信号System_mode为一个高电平控制信号或一个低电平控制信号，也可以为多个比特位的控制码。该控制信号可以通过外部电路产生以方便控制，也可以通过内部电路产生以节约面积和成本，提高集成度。本实施例的脉宽调制模块用于根据控制信号System_mode选择对应的数据源进行脉宽调制，以输出脉宽调制信号PWM，该脉宽调制信号PWM的占空比与调制的数据源相对应。

数据源包括第一数据源和第二数据源，第一数据源为根据控制信号System_mode生成的第一数据信号，第一数据源可以通过外部电路产生以方便控制，也可以通过内部电路产生以方便集成，第一数据源可以为0、为1或其他任意固定数值，也可以为逐渐变化的数值，比如由0逐步增加到MAX(MAX为调制参考信号的幅度)，每步增加的值可以为1，2，3，…，MAX。当每步增加的值为MAX时，第一数据源由0直接变化到MAX。第二数据源为音频功放输入的数字音频信号经数模转换器后生成的模拟音频数据dac_do，该模拟音频数据dac_do作为第二数据信号。

该脉宽调制模块的工作原理如下：当输入的数字音频信号为小音量数据或为0时，控制信号System_mode为高电平，脉宽调制模块进入低噪声模块，选择第一数据源进行调制，此时脉宽调制模块输出的脉宽调制信号PWM的占空比为低电平甚至是0，以关闭连接的驱动放大器，以降低功耗和噪声水平。当输入的数字音频信号为大音量数据时，控制信号System_mode为低电平，脉宽调制模块进入正常工作模块，脉宽调制模块选择第二数据源进行调制，即为选择经数模转换器转换后的模拟音频数据dac_do进行调制，输出正常的脉宽调制信号PWM。可见，本实施例的脉宽调制模块通过控制控制信号System_mode的电平电压，进而控制脉宽调制模块选择的调制数据源，以实现在输入的数字音频信号为小音量数据或为0时，选择第一数据源进行调制，此时脉宽调制信号PWM的占空比为低电平甚至是0，以关闭连接的驱动放大器，以降低功耗和噪声水平。在其他可选的实施方式中，也可以当输入的数字音频信号为小音量数据或为0时，控制信号System_mode为低电平，当输入的数字音频信号为大音量的数据时，控制信号System_mode为高电平。

请参考图1a，为本申请一个实施例的脉宽调制模块的结构示意图。

本实施例的脉宽调制模块为脉宽调制器DPWM，脉宽调制器DPWM包括：占空比控制单元1、选择单元2和脉宽调制单元3。

占空比控制单元1的输入端用于输入控制信号System_mode，输出端分别连接选择单元的输入端，占空比控制单元1用于根据控制信号System_mode产生第一数据源。可选的，当控制信号System_mode为低电平时，占空比控制单元1输出的第一数据源为0，在控制信号System_mode为高电平时，或由第二电平转换为第一电平时，占空比控制单元1输出的第一数据源由第一数值转变为第二数值，输出的脉宽调制信号的占空比由第一占空比值转换为第二占空比值，其中，第一电平为高电平，第二电平为低电平。可选的，在控制信号System_mode为高电平时，或由第二电平转换为第一电平时，占空比控制单元1输出的第一数据源由0逐步增加到MAX(MAX为调制参考信号的幅度)，每步增加的值可以为1，2，3，…，MAX，其中，第一数值为0，第二数值为MAX，输出第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB的占空比均由50％逐步减小至0％，并最终保持低电平不变，其中，第一占空比值为50％，第二占空比值为0％。当输入的控制信号System_mode从高电平转换为低电平后，占空比控制单元1输出信号由MAX逐步变化为0，输出的第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB的占空比均由0％逐步增大至50％；在可选的其他实施例中，第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB的占空比可由其他数值进行变化，比如从60％、70％、80％变化至0％。通过第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB的占空比均由50％逐步减少至0％，可以降低输出信号的噪声。在其他可选的实施例中，第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB的占空比也可由50％直接减少至0％，或由其他占空比数值直接减少至低电平。占空比控制单元1输出的第一数据源，变化方式可以是线性的，也可以是根据查表法获得的：线性增加：如0，2，4，6，8，……，MAX(步长任意可配)；线性降低：如0，-3，-6，-9，-12，…，-MAX(步长任意可配)；按照预设值查表获得：如0，2，5，9，16，…，MAX。占空比控制单元1包括使用微控制器或计数器产生第一数据源。在其他可选的实施例中，占空比控制单元1也可使用寄存器，通过查表法产生第一数据源。本实施例中的占空比控制单元1集成在DPWM的内部，可以提高芯片的集成度，减少误差，提高精度。在其他可选的实施例中，占空比控制单元1可以省略，通过外部产生第一数据源，以提高产生第一数据源的灵活性，拓宽应用场景。

选择单元2包括反相子单元、第一选择子单元和第二选择子单元，反相子单元包括反相器I，第一选择子单元包括选择器A，第二反相子单元包括选择器B。

选择器A的一个输入端输入第二数据源，另一个输入端输入占空比控制单元1输出的第一数据源，选择器A受控制信号System_mode控制，根据控制信号System_mode选择输出第二数据源或第一数据源。

反相器I的输入端输入第二数据源，将第二数据源的相位反转180度后输出反相数据源。

选择器B的一个输入端输入反相数据源，另一个输入端输入占空比控制单元1输出的第一数据源，选择器A受控制信号System_mode控制，根据控制信号System_mode选择输出第一数据源或反相数据源。可选的，第一电平为高电平，第二电平为低电平，当控制信号System_mode为第一电平时，选择器A和选择器B均输出第一数据源，当控制信号System_mode为第二电平时，选择器A输出第二数据源，选择器B输出反相数据源。在其他可选的实施方式中，第一电平为低电平，第二电平为高电平。

脉宽调制单元3包括调制信号生成子单元、第一比较子单元和第二比较单元，调制信号生成子单元包括调制信号生成器M，第一比较子单元包括比较器A，第二比较单元包括比较器B。

调制信号生成器M用于生成三角波、锯齿波、正弦波等信号，并输入到比较器A和比较器B的输入端，作为后续比较器A和比较器B的调制参考信号。调制信号生成器M包括计数器、信号发生器和寄存器中的至少一种，通过计数器或信号发生器产生调制参考信号，当包括寄存器时，通过查表法生成调制参考信号。调制信号生成器M设置在DPWM的内部，可以提高集成度，提高调制参考信号与比较器输入信号的比较结果的准确度。调制信号生成器M也可以省略，通过外部电路提高调制参考信号，以减少芯片面积，提高应用范围。

比较器A的一个输入端连接选择器A的输出端，另一个输入端连接调制信号生成器M的输出端，用于将选择器A输出的第一数据源或第二数据源与调制参考信号进行比较，当调制参考信号大于第一数据源或第二数据源时，比较器A输出的第一脉宽调制信号PWMA为高电平，当调制参考信号小于第一数据源或第二数据源时，比较器A输出的第一脉宽调制信号PWMA为低电平，从而实现将不同大小的第一数据源或第二数据源转换为对应占空比的第一脉宽调制信号PWMA。

比较器B的一个输入端连接选择器B的输出端，另一个输入端连接调制信号生成器M的输出端，用于将选择器B输出的第一数据源或反相数据源与调制参考信号进行比较，当调制参考信号大于第一数据源或反相数据源时，比较器B输出的第二脉宽调制信号PWMB为高电平，当调制参考信号小于第一数据源或反相数据源时，比较器B输出的第二脉宽调制信号PWMB为低电平，从而实现将不同大小的第一数据源或反相数据源转换为对应占空比的第二脉宽调制信号PWMB。第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB构成一对差分形式的脉宽调制信号PWM。

本实施例的DPWM，当输入的控制信号System_mode为低电平时，DPWM模块进入正常工作模式，选择器A选择模拟音频信号dac_do输出到比较器A，选择器B选择模拟音频信号dac_do经过反相器I后的信号输出到比较器B。占空比控制单元1停止工作。DPWM模块正常调制数模转换器DAC的输出模拟音频信号dac_do，输出的第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB的占空比根据模拟音频信号dac_do变化。当输入的控制信号System_mode信号为高电平时，DPWM进入低噪声模式，选择器A和选择器B输出数据均为占空比控制单元1输出的第一数据源，此时比较器A和比较器B的输入的信号一致，并都受控于占空比控制单元1。此时脉宽调制信号PWM的占空比为低电平甚至是0，以关闭连接的驱动放大器，以降低功耗和噪声水平。

请参考图1b，为图1a中脉宽调制模块的信号时序图。

控制信号System_mode由输入信号与预设阈值和持续时间的比较结果决定。输入信号包括数字音频信号和模拟音频信号dac_do。当输入信号高于预设阈值时，控制信号System_mode为低电平，所有电路均正常工作。当输入信号低于预设阈值时，控制信号System_mode为高电平，或，当输入信号低于预设阈值且持续时间大于设定时间时，控制信号System_mode为高电平，DPWM检测到控制信号System_mode为高电平，或检测到控制信号System_mode的低电平转换成高电平的上升沿后进入低噪声模式，输出的第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB占空比逐步调整为0％并保持为低电平不变，此时因为PWMA和第二脉宽调制信号PWMB不再为脉冲信号，驱动的功率放大器的输出噪声降至极低水平，同时功耗大幅降低。当输入信号再次高于预设阈值时，控制信号System_mode变为低电平，输出第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB占空比先逐步由0％调整为50％，然后脉宽调制器DPWM进入正常工作模式，恢复正常调制功能。

请参考图1c，为图1a中脉宽调制模块的另一种信号时序图。

控制信号System_mode由输入信号与预设阈值和持续时间的比较结果决定。输入信号包括数字音频信号和模拟音频信号dac_do。当输入信号高于预设阈值时，控制信号System_mode为低电平，所有电路均正常工作。当输入信号低于预设阈值时，控制信号System_mode为高电平，或，当输入信号低于预设阈值且持续时间大于设定时间时，控制信号System_mode为高电平，DPWM检测到控制信号System_mode为高电平，或检测到控制信号System_mode的低电平转换成高电平的上升沿后进入低噪声模式，输出的第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB占空比直接从50％占空比信号切换为低电平，并保持为低电平不变，而无需逐步变化，此时因为PWMA和第二脉宽调制信号PWMB不再为脉冲信号，驱动的功率放大器的输出噪声降至极低水平，同时功耗大幅降低。当输入信号再次高于预设阈值时，控制信号System_mode变为低电平，输出第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB占空比直接由0％变化为50％，无需逐渐变化，然后脉宽调制器DPWM进入正常工作模式，恢复正常调制功能。输出第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB占空比直接由0％变化为50％，可以快速降低噪声。

请参考图1d，为图1a中脉宽调制模块的另一种信号时序图。

当输入信号低于预设阈值时，控制信号System_mode为高电平，或，当输入信号低于预设阈值且持续时间大于设定时间时，控制信号System_mode为高电平，DPWM检测到控制信号System_mode为高电平，或检测到控制信号System_mode的低电平转换成高电平的上升沿后进入低噪声模式，输出的第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB占空比直接调整为0％并保持为高电平不变，此时因为PWMA和第二脉宽调制信号PWMB不再为脉冲信号，驱动的功率放大器的输出噪声降至极低水平，同时功耗大幅降低。当输入信号再次高于预设阈值时，控制信号System_mode变为低电平，输出第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB占空比直接由高电平调整为50％，然后脉宽调制器DPWM进入正常工作模式，恢复正常调制功能。在其他可选的实施例中，上面实施方式可以任意进行组合，不仅限于上述框图中的方案。

请参考图2a，为本申请一实施例的音频功放电路的结构示意图。

本实施例的音频功放电路，包括上述的脉宽调制模块21、数模转换器22、控制信号产生模块23和功率放大模块24。

数模转换器22用于将输入的数字音频信号转换成模拟音频数据dac_do，该模拟音频数据dac_do即为第二数据信号。在其他可选的实施例中，数模转换器22的输入端连接一数据接口电路，该数据接口电路为I2S/TDM(内置音频总线/分时复用总线)，用于接收上位机传输的下行数字音频信号。

控制信号产生模块23，连接至数模转换器22的输入端，用于根据数字音频信号生成控制信号System_mode。可选的，控制信号产生模块23包括：控制信号产生单元，用于根据数字音频信号与预设阈值的比较结果输出所述控制信号System_mode。所述预设阈值范围为-72db(分贝)—-180db，预设阈值优选为-72db、-180db、或-100db。当数字音频信号大于预设阈值时，说明输入的音频信号为大音量信号，此时控制信号System_mode为低电平，控制脉宽调制模块21进入正常工作模式，在正常工作模式下，脉宽调制模块21根据数模转换器22输出的模拟音频信号dac_do进行脉宽调制，输出的第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB为不同占空比的脉冲信号。当数字音频信号小于预设阈值时，说明输入的音频信号为小音量信号，此时控制信号System_mode为高电平，控制脉宽调制模块21进入低噪声工作模式，当进入低噪声模式后，脉宽调制模块21输出的第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB逐步变为持续的低电平信号(或高电平)。在其他可选的实施例中，所述控制信号产生单元，还用于根据所述数字音频信号保持为预设电压的时间与预设时间的比较结果输出所述控制信号System_mode。所述预设时间范围为1ms-2s，所述预设时间优选为1ms、1s、或30ms。比如，当数字音频信号大于预设阈值时，不进行时间判断，当数字音频信号小于预设阈值时，进一步判断数字音频信号保持为预设电压的时间是否大于预设时间，若大于则输出控制信号System_mode为高电平。通过增加预设时间判断，可进一步提高判断结果的准确性。

脉宽调制模块21，连接至所述控制信号产生模块23和所述数模转换器22的输出端，用于根据所述控制信号System_mode选择数据源进行脉宽调制，以输出所述脉宽调制信号PWM。脉宽调制模块21为DPWM。数据源包括第一数据源和第二数据源，第一数据源和第二数据源的生成方式与上述描述的内容相一致，此处不再赘述。另外，脉宽调制模块21的结构、工作原理、输入输出信号的时序图在上述已经进行了描述，此处不再赘述。脉宽调制模块21包括脉宽调制器DPWM。

功率放大模块24，连接至所述脉宽调制模块21的输出端，用于根据所述脉宽调制信号PWM输出功率放大信号，以驱动外部扬声器。功率放大模块24包括D类音频功率放大器。

本实施例的音频功放电路，控制信号产生模块23根据系统输入的数字音频信号的幅值动态调整脉宽调制器DPWM的工作模式：当输入的数字音频信号为大信号时，脉宽调制器DPWM进入正常工作模式，对数模转换器22的输出信号进行调制，输出脉宽调制信号PWM为脉冲信号；当输入的数字音频信号为小信号时，脉宽调制器DPWM进入低噪声模式，输出的脉宽调制信号PWM最终保持低电平或高电平不变，此时由于功率放大模块24无需开关动作，音频功放电路的功耗有效降低，同时音频功放电路的输出噪声也大幅降低。通过这种方式，在保证对输入大信号无任何不良影响的情况下，有效降低了音频功放电路工作功耗，并提升小音量下的音频功放电路的输出音质。相比于现有技术中，通过动态范围增强技术(DRE)降低系统噪声，即通过动态的控制DAC电路和功率放大电路的增益，达到降低噪声的目的。具体地，在输入小信号时，大幅降低功率放大电路的增益，与此同时增加DAC电路的增益，在保证最终输出信号幅度不变的情况下，实现了输出噪声的降低。现有技术主要有以下缺点：噪声降低有限、不能降低功耗、功率放大电路设计复杂。本实施例的方案主要有以下优势：噪声极低、控制逻辑简单使得关键单元面积均很小，成本低，另外功耗大幅降低。

本实施例的音频功放电路可应用与手机、平板等电子设备，也可应用与穿戴设备。由于穿戴设备非常关心电池使用寿命和输出音质，因此，使用本实施例的音频功放电路可以保证穿戴设备具有高品质音质和尽可能低的功耗。

请参考图2b，为本申请一实施例的音频功放电路的结构示意图。

本实施例的音频功放电路是在图2a中的音频功放电路的基础上进行的改进。

本实施例的音频功放电路与图2a中的音频功放电路的区别在于，本实施例中，控制信号产生模块23，连接至数模转换器22的输出端，用于根据第二数据信号生成控制信号System_mode。可选的，控制信号产生模块23包括：控制信号产生单元，用于根据第二数据信号与预设阈值的比较结果输出所述控制信号System_mode。所述预设阈值范围为-72db(分贝)—-180db，预设阈值优选为-72db、-180db、或-100db。当第二数据信号大于预设阈值时，说明输入的音频信号为大音量信号，此时控制信号System_mode为低电平，当第二数据信号小于预设阈值时，说明输入的音频信号为小音量信号，此时控制信号System_mode为高电平。在其他可选的实施例中，所述控制信号产生单元，还用于根据所述第二数据信号保持为预设电压的时间与预设时间的比较结果输出所述控制信号System_mode。所述预设时间范围为1ms-2s，所述预设时间优选为1ms、1s、或30ms。比如，当第二数据信号大于预设阈值时，不进行时间判断，当第二数据信号小于预设阈值时，进一步判断数字音频信号保持为预设电压的时间是否大于预设时间，若大于则输出控制信号System_mode为高电平。通过增加预设时间判断，可进一步提高判断结果的准确性。

请参看图3，为本申请一实施例的音频功放电路的应用图。

本实施例的音频功放电路在应用时，通过数据接口接收输入信号，经数模转换器DAC转换成模拟音频信号，控制信号产生模块根据数据接口输出的数据产生控制信号System_mode，控制脉宽调制器DPWM的工作模式，当输入信号高于预设阈值时，所有电路正常工作，控制信号System_mode为0，当输入信号降至预设阈值以下，并持续超过设定时间后，控制信号System_mode为1。脉宽调制器DPWM检测到控制信号为1后进入低噪声模式，输出第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB占空比逐步调整为0％并保持为低电平不变，此时因为第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB不再为脉冲信号，连接的D类音频功率放大器AMP不再工作，开关不发生切换，连接的扬声器没有声音，以使得输出噪声降至极低水平，同时功耗大幅降低。当输入信号再次高于预设阈值时，控制信号System_mode变为0，输出第一脉宽调制信号PWMA和第二脉宽调制信号PWMB占空比先逐步由0％调整为50％，然后脉宽调制器DPWM电路进入正常工作模式，恢复正常调制功能，连接的D类音频功率放大器AMP正常工作，开关正常导通，连接的扬声器输出正常声音，以提高输出声音的品质。

本发明还提供一种电子设备，包括上述音频功放电路，该电子设备包括手机、平板电脑等。通过上述音频功放电路，该电子设备降低了设备的功率损耗和噪声水平。在可选的其他实施例中，该电子设备为穿戴产品，该穿戴产品可以延长电池使用寿命和提高输出音质。

即，以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种脉宽调制模块，其特征在于，所述脉宽调制模块应用于音频功放电路中，用于通过控制端接收控制信号并根据所述控制信号选择对应的数据源进行脉宽调制，以输出脉宽调制信号；

所述数据源包括第一数据源和第二数据源，所述第一数据源为根据所述控制信号生成的第一数据信号，所述第二数据源为所述音频功放电路输入的数字音频信号经数模转换器后生成的第二数据信号。

2.如权利要求1所述的脉宽调制模块，其特征在于，所述脉宽调制模块包括：

占空比控制单元，用于根据所述控制信号产生所述第一数据源；

选择单元，连接至所述占空比控制单元的输出端，用于根据所述控制信号选择输出所述第一数据源或所述第二数据源；

脉宽调制单元，连接至所述选择单元的输出端，用于将所述第一数据源或所述第二数据源与调制参考信号进行比较，以输出所述脉宽调制信号。

3.如权利要求2所述的脉宽调制模块，其特征在于，所述选择单元包括：

反相子单元，用于将所述第二数据源的相位反转180度后输出反相数据源；

第一选择子单元，连接至所述占空比控制单元的输出端，用于在所述控制信号为第一电平时选择输出所述第一数据源，在所述控制信号为第二电平时选择输出所述第二数据源；和，

第二选择子单元，连接至所述反相子单元的输出端，用于在所述控制信号为第一电平时选择输出所述第一数据源，在所述控制信号为第二电平时选择输出所述反相数据源；

所述脉宽调制单元，还用于在所述控制信号为第二电平时将所述第二数据源和所述反相数据源与调制参考信号进行比较，以输出所述脉宽调制信号。

4.如权利要求3所述的脉宽调制模块，其特征在于，所述调制单元包括：

调制信号生成子单元，用于生成所述调制参考信号；

第一比较子单元，连接至所述第一选择子单元和所述调制信号生成子单元的输出端，用于将所述第一选择子单元输出的第一数据源或第二数据源与所述调制参考信号进行比较，以输出第一脉宽调制信号；

第二比较子单元，连接至所述第二选择子单元和所述调制信号生成子单元的输出端，用于将所述第二选择子单元输出的第一数据源或反相数据源与所述调制参考信号进行比较，以输出第二脉宽调制信号；

所述第一脉宽调制信号和所述第二脉宽调制信号形成差分信号。

5.如权利要求2所述的脉宽调制模块，其特征在于，在所述控制信号由第二电平转换为第一电平时，所述占空比控制单元产生的所述第一数据源由第一数值逐渐增加到第二数值，所述脉宽调制信号的占空比由第一占空比值逐渐变成第二占空比值；或，

在所述控制信号由第二电平转换为第一电平时，所述占空比控制单元产生的所述第一数据源由第一数值转变为第二数值，所述脉宽调制信号的占空比由第一占空比值转换为第二占空比值。

6.如权利要求5所述的脉宽调制模块，其特征在于，所述第二数值为所述调制参考信号的最大幅值。

7.一种音频功放电路，其特征在于，包括权利要求1-6中任意一项所述的脉宽调制模块，所述音频功放电路还包括：

数模转换器，用于将输入的数字音频信号转换成所述第二数据信号；

控制信号产生模块，连接至所述数模转换器的输入端或输出端，用于根据所述数字音频信号或所述第二数据信号生成所述控制信号；

所述脉宽调制模块，连接至所述控制信号产生模块和所述数模转换器的输出端，用于根据所述控制信号选择数据源进行脉宽调制，以输出所述脉宽调制信号；

功率放大模块，连接至所述脉宽调制模块的输出端，用于根据所述脉宽调制信号输出功率放大信号。

8.如权利要求7所述的音频功放电路，其特征在于，所述控制信号产生模块包括：

控制信号产生单元，用于根据所述数字音频信号与预设阈值的比较结果输出所述控制信号。

9.如权利要求8所述的音频功放电路，其特征在于，所述控制信号产生单元，还用于在所述数字音频信号小于预设阈值时，根据所述数字音频信号保持为预设电压的时间与预设时间的比较结果输出所述控制信号。

10.如权利要求9所述的音频功放电路，其特征在于，所述预设阈值范围为-72db—-180db；和/或，

所述预设时间范围为1ms-2s。

11.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求7-10中任意一项所述的音频功放电路。

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