CN114430254A - 可抑制差模电源噪声的d类放大器 - Google Patents

Abstract

一种D类放大器，用于将至少一输入信号调整为至少一输出信号。D类放大器包含：一回路滤波器，用于接收该输入信号；一脉冲宽度调制(PWM)电路，用于产生至少一PWM信号；一加成电路，耦接于该回路滤波器的一输出以及该PWM电路的一输入；一输出电路，用于响应于该PWM信号产生该输出信号，其中该输出电路操作于一供应电压；以及一供应电压滤波器，用于监控该供应电压来产生一滤波信号给该加成电路。加成电路用于将该回路滤波器的该输出加成该滤波信号，来调整该PWM电路的该输入的一共模电平。

Description

可抑制差模电源噪声的D类放大器

技术领域

本发明有关于D类放大器，特别有关于可抑制差模电源噪声的D类放大器。

背景技术

传统上，D类放大器可能具有差模电源噪声(differential mode power noise)和共模电源噪声(common mode power noise)。在某些情况下，共模电源噪声可能因为反馈路径的不匹配而导致差模电源噪声。

然而，改善反馈路径的匹配需要额外的硅区域。因此，高性能D类放大器需要一种具有高电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio，PSRR)的设计。

发明内容

本发明一目的为提供一种可在不调整反馈路径的匹配的情况下降低差模电源噪声的D类放大器。

本发明一实施例揭示一种D类放大器，用于将至少一输入信号调整为至少一输出信号，包含：一回路滤波器，用于接收该输入信号；一脉冲宽度调制(PWM)电路，用于产生至少一PWM信号；一加成电路，耦接于该回路滤波器的一输出以及该PWM电路的一输入；一输出电路，用于响应于该PWM信号产生该输出信号，其中该输出电路操作于一供应电压；以及一供应电压滤波器，用于监控该供应电压来产生一滤波信号给该加成电路。其中该加成电路用于将该回路滤波器的该输出加成该滤波信号，来调整该PWM电路的该输入的一共模电平。

本发明另一实施例揭示一种D类放大器，用于将至少一输入信号调整为至少一输出信号，包含：一回路滤波器，用于接收该输入信号；一PWM电路，耦接至该回路滤波器，用于产生响应于一三角波信号的至少一PWM信号；一输出电路，在一供应电压下运作，用于响应于该PWM信号产生该输出信号；一供应电压滤波器，用于监控该供应电压以产生一滤波信号；以及一三角波调整电路，用于调整与该滤波信号对应的该三角波信号的一共模电平。

附图说明

图1绘示了根据本发明一实施例的D类放大器的方块图。

图2绘示了根据本发明一实施例的，图1中的供应电压滤波器的动作示意图。

图3和图4绘示了根据本发明不同实施例的，图1中的D类放大器的详细电路图。

图5绘示了根据本发明实施例的，图4中的D类放大器的波形图。

图6绘示了根据本发明另一实施例的D类放大器的方块图。

图7绘示了根据本发明一实施例的，图6中的供应电压滤波器的动作示意图。

图8和图9绘示了根据本发明不同实施例的，图6中的D类放大器的详细电路图。

具体实施方式

图1绘示了根据本发明一实施例的D类放大器100的方块图。如图1所示，D类放大器100用于调整(例如放大)输入信号V_ip、V_in以产生输出信号V_op、V_on，并且包含回路滤波器101、加成电路103、PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)电路105、输出电路107和供应电压滤波器109。此外，D类放大器100还包含位于回路滤波器101的输入和输出电路107的输出之间的反馈路径P_1和P_2。

回路滤波器101用于接收和滤波输入信号V_ip、V_in。加成电路103耦接于回路滤波器101的输出与PWM电路105的输入，用于加成回路滤波器101的输出和来自供应电压滤波器109的滤波信号FS以调整PWM电路105的输入信号的共模电平(即，输入信号的电压摆幅的平均电压)。PWM电路105用于响应于三角波信号Tr将来自加成电路103的输出调制为PWM信号PW_p和PW_n。在供应电压PVDD下操作的输出电路107用于根据PWM信号PW_p和PW_n产生输出信号V_op、V_on。供应电压滤波器109用于监控供应电压PVDD以产生滤波信号FS到加成电路103。还请留意，输出电路107和/或PWM电路105也可以在供应电压PVDD下操作。

供应电压滤波器109可以是带通滤波器，如图2所示。在一实施例中，供应电压滤波器109的低通截止频率f_L低于或等于音频信号频率(例如20Hz)。另外，在一实施例中，供应电压滤波器109的高通截止频率f_H取决于PWM电路107的调制频率。例如，PWM电路107响应于具有调整频率fc的频率信号将加成电路103的输出调制为PWM信号PW_p和PW_n，且高通截止频率f_H小于或等于

也就是说，高通截止频率f_H可以是

N是正整数。

图3和图4绘示了根据本发明不同实施例的，图1中的D类放大器的详细电路图。请注意，图3和图4中的电路仅作为范例，并非用于限制本发明的范围。可以达到相同功能的任何电路也应落入本发明的范围内。

在图3的实施例中，PWM电路105包含第一PWM输入和第二PWM输入。而且，加成电路103包含放大器a_p1、a_p2、a_n1、a_n2，第一加法器A_1和第二加法器A_2。放大器a_p1、a_p2、a_n1、a_n2的增益可以等于或大于1。此外，放大器a_p1和a_n2放大滤波信号FS，且放大器a_p2和a_n1放大回路滤波器101的输出信号。第一加法器A_1将放大器a_P1的放大信号和放大器a_P2的放大信号相加以产生PWM电路105的第一输入信号的共模电平。第二加法器A_2将放大器a_n1的放大信号和放大器a_n2放大信号A_n2相加而产生PWM电路105的第二输入信号的共模电平。因此，加法器A_1和A_2的输出可以反映来自滤波信号FS的变化。

图4是根据本发明的一实施例的，图3所示的D类放大器100的电路的更详细的电路。如图4所示，回路滤波器101包含电阻R_1i、R_2i、R_1z、R_2z，电容C_1a、C_1b、C_2a、C_2b以及运算放大器OP_1。而且，加成电路103包含电阻R_1a、R_1b、R_2a和R_2b。PWM电路105包含比较器CM_1、CM_2，比较器CM_1、CM_2分别包含用于接收三角波信号Tr的负输入端和用于接收来自加成电路103的输出的正输入端。输出电路107可以具有本领域技术人员所熟知的各种已知电路结构，在此为简洁起见不再赘述。此外，供应电压滤波器109包含运算放大器OP_2，电阻R_c1、R_c2和电容C_LP、C_HP。而且，在图4的实施例中，反馈路径P_1、P_2分别包含电阻R_1f和R_2f。

图5绘示了根据本发明一实施例的，图4中的D类放大器的波形图。在该实施例中，供应电压PVDD表示由供应电压滤波器109和输出电路107接收的供应电压。电压V_opx1表示电容C_1b和电阻R_1a的连接端上的电压，电压V_onx1表示电容C_2b和电阻R_2a的连接端上的电压。另外，电压V_opx2是指电阻R_1a和R_1b的连接端上的电压，电压V_onx2是指电阻R_2a和R_2b的连接端上的电压。此外，信号V_opi、V_oni表示将由输出电路107产生，而未经由供应电压滤波器109进行处理(例如，滤波)的输出信号。此外，输出信号V_op、V_on表示由加成电路103和供应电压滤波器109处理后，由输出电路107产生的输出信号。

如图5所示，供应电压PVDD可能具有涟波(ripple)，且滤波信号FS的部分或全部相位与供应电压PVDD相反。而且，滤波信号FS的振幅与供应电压PVDD成比例关系。此外，PWM信号PW_p、PW_n是通过以三角波信号TR对信号V_opx2、V_onx2进行处理来产生。由于信号V_opx2、V_onx2对应于滤波信号FS而变化，PWM信号PW_p、PW_n的占空比(duty cycle)也对应于滤波信号FS而变化。也就是说，PWM信号PW_p、PW_n的占空比可以对应于供应电压PVDD的涟波而变化。因此，由于PWM信号PW_p、PW_n的占空比可以对应于供应电压PVDD的涟波而变化，所以可以消除由供应电压PVDD的涟波对输出信号V_op、V_on造成的干扰。

除了调整PWM电路105的输入信号的共模电平之外，还可以调整三角波信号的共模电平以补偿由供应电压PVDD的涟波引起的影响，以实现相同的功效。图6绘示了根据本发明另一实施例的D类放大器的方块图。如图6所示，D类放大器600包含回路滤波器601、PWM电路603、输出电路605、供应电压滤波器607、三角波调整电路609。而且，D类放大器600还包含位于回路滤波器601和输出电路605之间的反馈路径P_1、P_2。回路滤波器601、PWM电路603和输出电路605可以包含与图1所示的回路滤波器101、PWM电路105和输出电路107相同的电路结构。

回路滤波器601用于接收输入信号V_ip、V_in。PWM电路603耦接到回路滤波器601的输出，并用于响应于三角波信号Tr产生PWM信号。在供应电压PVDD下操作的输出电路605用于响应于PWM信号PW_p、PW_n来产生输出信号V_op、V_on。供应电压滤波器607用于监控供应电压PVDD以产生滤波信号FS。另外，三角波调整电路609用于相对应于滤波信号FS调整三角波信号Tr的共模电平。三角波产生电路611用于产生三角波信号Tr。

供应电压滤波器607可以是带通滤波器，如图2所示。在一实施例中，供应电压滤波器607的低通截止频率f_L低于或等于音频信号频率(例如20Hz)。同样的，在一实施例中，供应电压滤波器607的高通截止频率f_H取决于PWM电路603的调制频率。例如，PWM电路603响应于具有调制频率fc的频率信号将回路滤波器601的输出调制为PWM信号PW_p和PWM信号PW_n，且高通截止频率f_H小于或等于

即，高通截止频率f_H可以是

N是正整数。

此外，在另一实施例中，供应电压滤波器607是低通滤波器，如图7所示。供应电压滤波器607的高通截止频率f_H小于或等于PWM电路的调制频率。在这情况下，供应电压滤波器607的电路可以被设计为确保供应电压滤波器607中的运算放大器可以接收适当的电压。稍后将描述作为低通滤波器的供应电压滤波器607的细节。

图8和图9绘示了根据本发明不同实施例的，图6中的D类放大器的详细电路图。还请留意，图8和图9中的电路仅作为范例，并不意味着限制本发明的范围。可以达到相同功能的任何电路也应落入本发明的范围内。供应电压滤波器607在图8的实施例中是带通滤波器，且在图9的实施例中是低通滤波器。

在图8的实施例中，回路滤波器601包含电阻R_1i、R_2i、R_1z、R_2z，电容C_1a、C_1b、C_2a、C_2b和运算放大器OP_1。PWM电路603包含比较器CM_1、CM_2，比较器CM_1、CM_2分别包含用于接收三角波信号Tr的负输入端和用于接收来自回路滤波器601的输出的正输入端。输出电路605可以具有本领域技术人员熟知的各种已知电路结构，在此为简洁起见不再赘述。此外，供应电压滤波器607包含运算放大器OP_2，电阻R_c1、R_c2、R_c3、R_c4和电容C_LP1、C_LP2、C_HP。另外，在这种情况下，滤波信号FS的振幅与供应电压PVDD的振幅成比例关系，且滤波信号FS的相位与供应电压的相位成比例关系而不是相反。

此外，在图8的实施例中，三角波调整电路609包含加法器AD，其将三角波信号Tr的初始共模电平与滤波信号FS相加，以产生三角波信号Tr的当前共模电平给PWM电路603。在本实施例中，三角波信号的初始共模电平(V_cmi)设定为1/2VP，且信号V_cm是初始共模电平V_cmi和滤波信号FS之和。因此，信号V_cm的相位与供应电压PVDD的相位成比例关系。如果供应电压PVDD的正涟波增加，则信号V_cm也增加，从而三角波信号Tr向上移动。通过这种方式，PWM信号PW_p、PW_n的占空比相应地减小，以抵消由供应电压PVDD的正涟波引起的影响。

在图9的实施例中，供应电压滤波器607不包含图7所示的电容C_HP。因此，供应电压滤波器607是低通滤波器而不是带通滤波器。在这种情况下，运算放大器OP_2的输出电压等于

在本实施例中，运算放大器OP_2的输出电压作为三角波信号Tr的当前共模电平。因此，如果三角波信号Tr的电压摆幅为Vp，则可以通过比例R_c1/R_c2来产生电压Vp/2。即，低通滤波器607的输出电压用于设定三角波信号Tr的共模电平。此外，在某些情况下，从供应电压PVDD到PWM电路603的电源噪声消除增益可能小于比例R_c1/R_c2，因此三角波调整电路609还包含电阻R_a2，该电阻R_a2接收另一个电压V_opcm(设定电压)。如此，藉由电压V_opcm，可以提高三角波信号Tr的共模电平。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

[符号说明]

100、600 D类放大器

101、601 回路滤波器

103 加成电路

105 PWM电路

107、605 输出电路

109、607 供应电压滤波器

603 PWM电路

609 三角波调整电路

611 三角波产生电路

AD 加法器

a_p1、a_p2、a_n1、a_n2 放大器

A_1 第一加法器

A_2 第二加法器

P_1、P_2 反馈路径

R_1i、R_2i、R_1z、R_2z、R_c1、R_c2、R_1a、R_1b、R_2a 电阻

R_2b、R_1f、R_2f、R_c3、R_c4、R_a1、R_a2 电阻

C_1a、C_1b、C_2a、C_2b、C_LP、C_LP1、C_LP2、C_HP 电容

OP_1、OP_2 运算放大器

CM_1、CM_2 比较器

Claims (14)

1.一种D类放大器，用于将至少一输入信号调整为至少一输出信号，包含：

一回路滤波器，用于接收该输入信号；

一脉冲宽度调制(PWM)电路，用于产生至少一PWM信号；

一加成电路，耦接于该回路滤波器的一输出以及该PWM电路的一输入；

一输出电路，用于响应于该PWM信号产生该输出信号，其中该输出电路操作于一供应电压；以及

一供应电压滤波器，用于监控该供应电压来产生一滤波信号给该加成电路；

其中该加成电路用于将该回路滤波器的该输出加成该滤波信号，来调整该PWM电路的该输入的一共模电平。

2.如权利要求1所述的D类放大器，其中该供应电压滤波器为一带通滤波器。

3.如权利要求2所述的D类放大器，其中该供应电压滤波器的一低通截止频率低于或等于一音频信号频率。

4.如权利要求2所述的D类放大器，其中该供应电压滤波器的一高通截止频率取决于该PWM电路的一调制频率。

5.如权利要求2所述的D类放大器，其中该滤波信号的部分或全部相位与该供应电压相反，且该滤波信号的振幅与该供应电压成比例关系。

6.如权利要求1所述的D类放大器，其中该PWM电路包含一第一PWM输入以及一第二PWM输入，且该加成电路包含：

一第一放大器，用于接收该滤波信号；

一第二放大器，用于接收该滤波信号；

一第三放大器，用于接收该回路滤波器的一第一输出信号；

一第四放大器，用于接收该回路滤波器的一第二输出信号；

一第一加法器，用于将该第一放大器的一放大信号与该第三放大器的一放大信号相加，来产生该PWM电路的该第一PWM输入的该共模电平；以及

一第二加法器，用于将该第四放大器的一放大信号与该第二放大器的一放大信号相加，来产生该PWM电路的该第二PWM输入的该共模电平。

7.一种D类放大器，被用于将至少一输入信号调整为至少一输出信号，包含：

一回路滤波器，用于接收该输入信号；

一PWM电路，耦接至该回路滤波器，用于产生响应于一三角波信号的至少一PWM信号；

一输出电路，在一供应电压下运作，用于响应于该PWM信号产生该输出信号；

一供应电压滤波器，用于监控该供应电压以产生一滤波信号；以及

一三角波调整电路，用于调整与该滤波信号对应的该三角波信号的一共模电平。

8.如权利要求7所述的D类放大器，其中该供应电压滤波器为一带通滤波器。

9.如权利要求8所述的D类放大器，其中该供应电压滤波器的一低通截止频率低于或等于一音频信号频率。

10.如权利要求8所述的D类放大器，其中该供应电压滤波器的一高通截止频率取决于该PWM电路的一调制频率。

11.如权利要求8所述的D类放大器，其中该被滤波信号的振幅与该供应电压成比例关系。

12.如权利要求7所述的D类放大器，其中该供应电压滤波器为一低通滤波器。

13.如权利要求12所述的D类放大器，其中该供应电压滤波器的一高通截止频率小于或等于该PWM电路的一调制频率。

14.如权利要求12所述的D类放大器，其中该三角波调整电路包含：

一第一电阻，用于接收该滤波信号，以调整该三角波信号的该共模电平；以及

一第二电阻，用于接收一设置电压，来调整该三角波信号的该共模电平。

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