CN113676144A - D类放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种D类放大器,包括:环路滤波器、脉宽调制信号发生器、栅极驱动器、功率驱动器和回馈电路,用于建立闭合放大回路;其中,该回馈电路用于建立回馈路径;以及回馈断路器,响应于该D类放大器的无信号信息情况而中断回馈路径。因此,当信号放大电路中没有有意义的信号时,不会通过回馈路径将噪声馈入信号放大电路,信噪比性能得到了显著改善。
Description
技术领域
本发明电路技术领域,尤其涉及一种D类放大器。
背景技术
D类音讯放大器(class-D audio amplifier)基本上是开关放大器或脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)放大器,在这种类型的放大器中,功率驱动器的金属氧化物硅晶体管(metal–oxide–silicon transistor,MOS)完全导通或完全导通关断,大大降低了输出级的功率损耗,实现了高效率的放大。
有几种将模拟信号转换为PWM信号以驱动功率驱动器MOS的方法,为了消除输出滤波器,开发了BD调制开关技术。根据BD调制切换技术,对D类放大器的两个输出信号VOP和VON之差的占空比进行调制,以使放大结果的平均内容与模拟输入信号相对应。D类放大器是一个死循环电路,模拟输入信号越大,两个输出信号之间的差异越显著。
然而,在BD调制中没有信号信息情况,例如(VON,VOP)可以是(VDD,VDD)或(GND,GND)。在这些无信号信息情况下,尽管环路(loop)中没有有意义的信号,但噪声被馈送到环路,从而降低了信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)。
在音讯应用中通常使用D类放大器。用户无法忍受在无信号信息情况下馈入环路的任何小噪声,如何处理无信号信息情况是D类放大器领域中的重要问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种D类放大器,以解决上述问题。
根据本发明的第一方面,公开一种D类放大器,包括:
环路滤波器、脉宽调制信号发生器、栅极驱动器、功率驱动器和回馈电路,用于建立闭合放大回路;其中,该回馈电路用于建立回馈路径;以及
回馈断路器,响应于该D类放大器的无信号信息情况而中断回馈路径。
本发明的D类放大器由于包括:回馈断路器,响应于该D类放大器的无信号信息情况而中断回馈路径。因此本发明中,当信号放大电路中没有有意义的信号时,不会通过回馈路径将噪声馈入信号放大电路,信噪比性能得到了显著改善。
附图说明
图1示出了根据本发明的示例性实施例的差分输入和差分输出架构中的D类放大器;
图2示出了根据本发明示例性实施例的图1的D类放大器中的信号的波形;
图3描绘了根据本发明的示例性实施例的单端输入和单端输出架构中的D类放大器;以及
图4示出了根据本发明示例性实施例的图3的D类放大器中的信号的波形。
具体实施方式
以下描述是实施本发明的最佳构想模式。进行该描述是为了说明本发明的一般原理,而不应被认为是限制性的。本发明的范围由所附权利要求书确定。
图1描绘了根据本发明示例性实施例的差分输入和差分输出架构中的D类放大器。D类放大器包括环路滤波器102、脉宽调制(PWM)信号发生器104、栅极驱动器106、功率驱动器108以及一对回馈电阻器Rfbp和Rfbn,它们(上述这些部件)配置为建立封闭的(或闭合)放大环路(closed amplification loop)。通过回馈电阻Rfbp和Rfbn建立闭合放大环路中的回馈路径。D类放大器还包括一对开关RTO_SWp和RTO_SWn,以及逻辑电路110。逻辑电路110用于检测D类放大器的无信号信息情况。当检测到无信号信息情况时,逻辑电路110输出开关信号RTO_clk以分别将回馈电阻器Rfbp和Rfbn与D类放大器的正输入端子Inp和负输入端子Inn断开。以此方式,响应于D类放大器的无信号信息情况,断开闭合放大环路的回馈路径。当信号放大电路中没有有意义的信号时,不会通过回馈路径将噪声馈入信号放大电路。因此,信噪比(SNR)性能得到了显著改善。
如图所示,D类放大器的输入信号(Iinp,Iinn)耦接到环路滤波器102。环路滤波器102耦接到PWM信号发生器104。PWM信号发生器104产生PWM信号Vpwmp通过将来自环路滤波器102的信号与锯信号Vsaw进行比较,可以得到Vpwmn和Vpwmn。栅极驱动器106将PWM信号Vpwmp和Vpwmn转换为控制信号CSAp、CSAn、CSBp和CSBn。功率驱动器108包括由控制信号CSAp、CSAn、CSBp和CSBn控制的H桥(H-bridge)电路,以驱动负载112。回馈电阻器Rfbp耦接在D类放大器的正输出端子Vop和D类放大器的正端子输入端子Inp之间。回馈电阻器Rfbn耦接在D类放大器的负输出端子Von和D类放大器的负输入端子Inn之间。在无信号信息情况下,PWM信号Vpwmp可以等于PWM信号Vpwmn。例如,在无信号信息情况下,(VON,VOP)可以是(VDD,VDD)或(GND,GND)。
如图所示,逻辑电路110可以集成到栅极驱动器106中。逻辑电路110包括异或门(Exclusive-OR gate)114和延迟单元116。异或门114接收PWM信号Vpwmp和Vpwmn,异或门114的输出端耦接至延迟单元116。延迟单元116根据D类放大器的响应时间提供延迟时间。以这种方式,开关信号RTO_clk具有适当的延迟。在放大电路中所有有意义的信号都被放大之前,回馈路径不会中断。延迟单元116是可选装置。
在另一示例性实施例中,对正输出信号Vop和负输出信号Von而不是对PWM信号Vpwmp和Vpwmn进行异或计算。
图2示出了根据本发明示例性实施例的图1的D类放大器中的信号的波形。
PWM信号Vpwmp和Vpwmn的状态反映在D类放大器的正输出信号Vop和负输出信号Von上。在无信号信息情况下,PWM信号Vpwmp等于PWM信号Vpwmn,因此正输出信号Vop等于负输出信号Von。根据异或计算,XOR(Vpwmp,Vpwmn)或XOR(Vop,Von),将检测到Vpwmp和Vpwmn的状态相同。在取决于D类放大器的响应时间的延迟之后,产生开关信号RTO_clk。当开关信号RTO_clk为高时,开关RTO_SWp和RTO_SWn断开。回馈路径已断开。噪声不会通过回馈路径馈入信号放大电路。在无信号信息情况下,此时环路中没有有意义的信号,本发明断开回馈路径使得噪声无法被馈送到环路滤波器102的输入端,因此在无信号信息情况下没有馈入环路的噪声,例如在耳机的应用环境中,本发明的方式可以避免在无信号信息情况下用户受到的任何小噪声的干扰。其中没有意义的信号可以是非正常播放音乐或声音的信号,或者没有声音信号,或者没有声音时偶尔的杂音等等。
图3描绘了根据本发明示例性实施例的单端输入和单端输出架构中的D类放大器。D类放大器包括环路滤波器302、PWM信号发生器304、栅极驱动器306、功率驱动器308和回馈电阻器Rfb,它们配置为建立闭合的放大环路(闭合放大环路)。通过回馈电阻Rfb建立闭合放大环路中的回馈路径。D类放大器还包括开关RTO_SW和逻辑电路310。逻辑电路310用于检测D类放大器的无信号信息情况。当检测到无信号信息情况时,逻辑电路310输出开关信号RTO_clk以分别将回馈电阻器Rfb与D类放大器的输入端子In断开。以此方式,响应于D类放大器的无信号信息情况,闭合放大环路的回馈路径被断开。当信号放大电路中没有有意义的信号时,不会通过回馈路径将噪声馈入信号放大电路。因此,信噪比(SNR)性能得到了显著改善。
如图所示,D类放大器的输入信号Iin耦接到环路滤波器302。环路滤波器302耦接到PWM信号发生器304。PWM信号发生器304通过比较产生PWM信号Vpwmp和Vpwmn来自环路滤波器302的信号带有锯齿信号Vsaw。栅极驱动器306将PWM信号Vpwmp和Vpwmn转换成控制信号CSp和CSn。功率驱动器308包括晶体管Mp、Mn和Mcm。晶体管Mp由控制信号CSp控制,并耦接在电源端子(VDD)和D类放大器的输出端子VOUT之间。晶体管Mn由控制信号CSn控制,并耦接在D类放大器的输出端子VOUT和负电源端子(-VDD)之间。晶体管Mcm由控制信号CScm控制(例如,当PWM信号Vpwmp和Vpwmn处于相同值时设为有效(asserted)(例如高电位等)),并且耦接在D类放大器的输出端子VOUT和D类放大器的共模节点(GND)之间,GND可以是接地。功率驱动器308驱动负载312。回馈电阻器Rfbp耦接在D类放大器的输出端子VOUT与D类放大器的输入端子In之间。在无信号信息情况下,PWM信号Vpwmp可以等于PWM信号Vpwmn。例如,在无信号信息情况下,(Vpwmp,PWM)可以是(VDD,VDD)或(GND,GND)。
如图所示,逻辑电路310可以集成到栅极驱动器306中。逻辑电路310包括异或门314和延迟单元316。异或门314接收PWM信号Vpwmp和Vpwmn,异或门314的输出端耦接至延迟单元316。延迟单元316根据D类放大器的响应时间提供延迟时间。以这种方式,开关信号RTO_clk具有适当的延迟。在放大电路中所有有意义的信号都被放大之前,回馈路径不会中断。延迟单元316是可选装置。
图4示出了根据本发明示例性实施例的图3的D类放大器中的信号的波形。
在无信号信息情况下,PWM信号Vpwmp等于PWM信号Vpwmn,使得正输出信号Vop等于负输出信号Von。根据异或计算XOR(Vpwmp,Vpwmn),检测到Vpwmp和Vpwmn的状态相同。在取决于D类放大器的响应时间的延迟之后,产生开关信号RTO_clk。当开关信号RTO_clk为高时,开关RTO_SW断开。回馈路径已断开。噪声不会通过回馈路径馈入信号放大电路。
在D类放大电路中可以有各种修改。具有以下组件的任何D类放大器应被认为在本发明的范围内。所提出的D类放大器包括环路滤波器、脉宽调制信号发生器、栅极驱动器、功率驱动器和回馈电路,它们被配置为建立闭合放大环路。回馈电路被配置为建立回馈路径。所提出的D类放大器还包括回馈断路器。回馈断路器响应于D类放大器的无信号信息情况而中断回馈路径。
本领域的技术人员将容易地观察到,在保持本发明教导的同时,可以做出许多该装置和方法的修改和改变。因此,上述公开内容应被解释为仅由所附权利要求书的界限和范围所限制。
Claims (13)
1.一种D类放大器,其特征在于,包括:
环路滤波器、脉宽调制信号发生器、栅极驱动器、功率驱动器和回馈电路,用于建立闭合放大回路;其中,该回馈电路用于建立回馈路径;以及
回馈断路器,响应于该D类放大器的无信号信息情况而中断回馈路径。
2.如权利要求1所述的D类放大器,其特征在于:
该D类放大器的输入信号耦接至该环路滤波器;
该环路滤波器耦接至该脉宽调制信号产生器;
该脉宽调制信号发生器产生第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号;
该栅极驱动器将该第一脉宽调制信号和该第二脉宽调制信号转换为控制信号;
该功率驱动器由该控制信号控制以驱动负载;以及
该回馈电路耦接在该功率驱动器和该环路滤波器之间,以建立该回馈路径。
3.如权利要求2所述的D类放大器,其特征在于:
在该无信号信息情况下,该第一脉宽调制信号等于第该二脉宽调制信号。
4.如权利要求3所述的D类放大器,其特征在于:
该回馈断路器包括逻辑电路和开关电路;
该逻辑电路检测该无信号信息情况;以及
当检测到该无信号信息情况时,该逻辑电路输出开关信号来切换该开关电路,以断开回馈路径。
5.如权利要求4所述的D类放大器,其特征在于:
逻辑电路包括异或门,该异或门接收该第一脉宽调制信号和该第二脉宽调制信号,以输出该开关信号。
6.如权利要求5所述的D类放大器,其特征在于:
该逻辑电路集成到该栅极驱动器中。
7.如权利要求5所述的D类放大器,其特征在于:
该逻辑电路还包括延迟单元,该延迟单元根据D类放大器的响应时间来延迟该开关信号。
8.如权利要求4所述的D类放大器,该D类放大器是差分输入和差分输出放大器,其特征在于:
该回馈电路包括:第一回馈电阻,耦接在该D类放大器的正输出端子与该D类放大器的正输入端子之间;以及第二回馈电阻,耦接在该D类放大器的负输出端子与该D类放大器的负输入端子之间;
该开关电路包括:第一开关,用于将该第一回馈电阻器与该D类放大器的正输入端子断开;以及第二开关,用于将该第二回馈电阻器与该D类放大器的负输入端子断开。
9.如权利要求8所述的D类放大器,其特征在于:
该功率驱动器包括H桥电路。
10.如权利要求9所述的D类放大器,其特征在于:
该逻辑电路包括异或门,该异或门接收该第一脉宽调制信号和该第二脉宽调制信号,以输出该开关信号;以及
该第一开关和该第二开关通过该开关信号断开。
11.如权利要求4所述的D类放大器,其特征在于,该D类放大器是单端输入和单端输出放大器,其中:
该回馈电路包括回馈电阻,该回馈电阻耦接在该D类放大器的输出端子与该D类放大器的输入端子之间;以及
该开关电路包括可操作以将该回馈电阻器与该D类放大器的输入端子断开的开关。
12.如权利要求11所述的D类放大器,其特征在于,该功率驱动器包括由该栅极驱动器控制的第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管,其中:
该第一晶体管耦接在该D类放大器的电源端子与输出端子之间。
该第二晶体管耦接于该D类放大器的输出端子与负电源端子之间。和
该第三晶体管耦接在该D类放大器的输出端子与D类放大器的共模节点之间。
13.如权利要求12所述的D类放大器,其特征在于:
该逻辑电路包括异或门,该异或门接收该第一脉宽调制信号和该第二脉宽调制信号以输出该开关信号;以及
通过该开关信号打开该开关。
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