CN116743096A - D类功放缓启动方法及模块 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种D类功放缓启动方法及模块,其中D类功放缓启动方法包括:根据D类功放中调制电路接入的三角波幅度上限值确定电压上限值;控制调整偏置电压从所述电压上限值逐渐减小至设定电压;根据所述调整偏置电压确定输入所述调制电路的偏置电压。本申请能够将缓慢变化的调整偏置电压直接或间接提供至D类功放的调制电路,使调制电路采用调整偏置电压与幅度上限值为REFH、幅度下限值为REFL的三角波进行比较,实现对应的调制功能,达到在D类功放启动过程中抑制峰值电流的目的。
Description
技术领域
本申请涉及电路技术领域,具体涉及一种D类功放缓启动方法及模块。
背景技术
D类功放广泛应用在各类音频播放设备中,以对其中的音乐等音频信号进行处理。D类功的核心部分包括PWM(脉冲宽度调制,pulse width modulation)调制电路,一般应用中Class-D输出的pwm波形的占空比为50%,共模电压固定在功放供电电压的1/2,输出信号以功放供电电压的1/2为中心摆动。也有少许应用中PWM波形的占空比为D1(<50%),此时输出的共模电压为功放供电电压*D1.
D类功放中调制电路可以将一个幅度受控的三角波信号和经过放大的音频信号进行比较,以实现对应的调制功能,三角波的幅度上限值为REFH、幅度下限值为REFL。功放从静止模式到工作模式转换的过程中,输出的共模电压需要从0跳变到电源电压*D1,这样往往会导致较大的输出端LC滤波电路充电的电流,这个电流甚至有的时候会超过功放的限流阈值。
发明内容
鉴于此,本申请提供一种D类功放缓启动方法及模块,以解决D类功放启动时,调制过程容易存在峰值电流,影响调制性能的技术问题。
本申请提供的一种D类功放缓启动方法,包括:
根据D类功放中调制电路接入的三角波幅度上限值确定电压上限值;
控制调整偏置电压从所述电压上限值逐渐减小至设定电压;
根据所述调整偏置电压确定输入所述调制电路的偏置电压。
可选地,所述控制调整偏置电压从所述电压上限值逐渐减小至设定电压,包括:控制所述调整偏置电压从所述电压上限值以线性的方式匀速下降至设定电压。
可选地,所述控制调整偏置电压从所述电压上限值逐渐减小至设定电压,包括:控制所述调整偏置电压从所述电压上限值以线性阶跃的方式匀速下降至设定电压。
可选地,所述根据所述调整偏置电压确定输入所述调制电路的偏置电压,包括:对所述调整偏置电压进行有源电压跟随处理,得到有源跟随电压,并将所述有源跟随电压输入所述调制电路。
可选地,所述调整偏置电压为RC放电结构的输出电压;所述控制调整偏置电压从所述电压上限值逐渐减小至设定电压,包括:将所述电压上限值确定为所述RC放电结构的输出电压初值;控制所述RC放电结构放电设定时间,以使所述RC放电结构的输出电压逐渐下降至所述设定电压。
可选地,所述设定电压根据静态共模电压或者低静态共模电压确定。
本申请还提供一种D类功放缓启动模块,所述D类功放缓启动模块包括第一开关单元和RC放电结构;
所述第一开关单元的第一端用于接入电压上限值,第二端连接所述RC放电结构的输出端,所述RC放电结构的第一端用于接入设定电压,第二端作为输出端,用于输出控制调整偏置;
所述第一开关单元用于将所述电压上限值接入RC放电结构的输出端,以使所述RC放电结构的输出端以所述电压上限值为初值;
所述RC放电结构用于将输出端的电压从所述初值逐渐减小至所述设定电压。
可选地,所述D类功放缓启动模块还包括运算放大器;所述运算放大器的第一输入端连接所述RC放电结构的第二端,第二输入端连接所述运算放大器的输出端;所述运算放大器用于对所述调整偏置电压进行电压跟随,输出有源跟随电压。
可选地,所述RC放电结构包括电阻和电容;所述电阻的第一端用于接入设定电压,第二端通过所述电容接地,且作为所述RC放电结构的输出端。
可选地,所述RC放电结构还包括第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元;所述第二开关单元的第一端用于接入静态共模电压,第二端连接所述电阻的第一端,所述第三开关单元的第一端用于接入低静态共模电压,第二端连接所述电阻的第一端,所述第四开关单元并联在所述电阻的两端。
可选地,所述RC放电结构还包括第五开关单元和第六开关单元;所述第五开关单元的第一端用于接入静态共模电压,第二端连接所述电容的第一端,所述第六开关单元的第一端用于接入低静态共模电压,第二端连接所述电阻的第一端。
本申请还提供一种调制电路,包括上述任一种D类功放缓启动模块。
本申请还提供一种D类功放,包括上述任一种D类功放缓启动模块或者上述任一种调制电路。
本申请提供的上述D类功放缓启动方法及模块,通过根据D类功放中调制电路接入的三角波幅度上限值确定电压上限值,控制调整偏置电压从电压上限值逐渐减小至设定电压,根据调整偏置电压确定输入调制电路的偏置电压,以避免将静态共模偏置电压直接给到D类功放的调制电路,而是将缓慢变化的调整偏置电压直接或间接提供至D类功放的调制电路,使调制电路采用调整偏置电压与幅度上限值为REFH、幅度下限值为REFL的三角波进行比较,实现对应的调制功能,达到在D类功放启动过程中抑制峰值电流的目的。
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是本申请一实施例的D类功放缓启动方法流程示意图;
图2a、图2b和图2c是本申请一实施例的电压变化规则示意图;
图3是本申请一实施例的D类功放缓启动模块结构示意图;
图4是本申请另一实施例的D类功放缓启动模块结构示意图;
图5a和图5b是本申请另一实施例的D类功放缓启动模块结构示意图;
图6是本申请一实施例的开关时序示意图;
图7是本申请另一实施例的D类功放缓启动模块结构示意图。
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。
本申请第一方面提供一种D类功放缓启动方法,该D类功放缓启动方法用于D类功放的调制过程,以抑制D类功放在启动时的峰值电流。参考图1所示,所述D类功放缓启动方法包括步骤S110至S130。
S110,根据D类功放中调制电路接入的三角波幅度上限值REFH确定电压上限值。
上述电压上限值可以根据所述D类功放的三角波幅度上限值REFH确定,例如电压上限值可以为三角波幅度上限值REFH,也可以为一略小于三角波幅度上限值REFH的电压值。
S120,控制调整偏置电压Vcom2从所述电压上限值逐渐减小至设定电压。
可选地,调整偏置电压Vcom2可以从电压上限值按照预设规则逐渐减小至设定电压。上述预设规则可以依据D类功放调制过程中静态共模偏置电压的变化需求或者D类功放的调制电路的具体结构等因素设定。上述设定电压可以根据静态共模电压Vcom1或者低静态共模电压VLcom确定,例如设定电压可以为D类功放的静态共模电压Vcom1,又例如设定电压也可以为D类功放的低静态共模电压VLcom,又例如设定电压也可以包括将静态共模电压和低静态共模电压进行其他形式处理后确定的动态电压。
在一个示例中,所述控制调整偏置电压Vcom2从所述电压上限值逐渐减小至设定电压,包括:控制所述调整偏置电压Vcom2从所述电压上限值以线性的方式匀速下降至设定电压,例如参加图2a所示。
在另一个示例中,所述控制调整偏置电压Vcom2从所述电压上限值逐渐减小至设定电压,包括:控制所述调整偏置电压Vcom2从所述电压上限值以线性阶跃的方式匀速下降至设定电压,例如参加图2b所示。
在另一个示例中,所述控制调整偏置电压Vcom2从所述电压上限值逐渐减小至设定电压,包括:控制所述调整偏置电压Vcom2从所述电压上限值以指数曲线的方式匀速下降至设定电压,例如参加图2c所示。
S130,根据所述调整偏置电压Vcom2确定输入所述调制电路的偏置电压,以避免将静态共模偏置电压直接给到D类功放的调制电路,而是将缓慢变化的调整偏置电压Vcom2直接或间接提供至D类功放的调制电路,使调制电路采用调整偏置电压与幅度上限值为REFH、幅度下限值为REFL的三角波进行比较,实现对应的调制功能,达到在D类功放启动过程中抑制峰值电流的目的。
在一个实施例中,所述根据所述调整偏置电压Vcom2确定输入所述调制电路的偏置电压,包括:对所述调整偏置电压Vcom2进行有源电压跟随处理,得到有源跟随电压Vcom3,并将所述有源跟随电压Vcom3输入所述调制电路。
在一个实施例中,所述调整偏置电压Vcom2为RC放电结构的输出电压;所述控制调整偏置电压Vcom2从所述电压上限值逐渐减小至设定电压,包括:将所述电压上限值确定为所述RC放电结构的输出电压初值;控制所述RC放电结构放电设定时间,以使所述RC放电结构的输出电压逐渐下降至所述设定电压,保证调整偏置电压Vcom2缓慢下降过程中的稳定性。其中,设定时间可以依据RC放电结构所包括的器件以及各器件之间的连接关系确定,例如设定时间t可以为RC或者RC的整数倍,其中R表示RC放电结构所包括的电阻参数,C表示RC放电结构所包括的电容参数。
以上D类功放缓启动方法,根据D类功放中调制电路接入的三角波幅度上限值REFH确定电压上限值,控制调整偏置电压Vcom2从电压上限值逐渐减小至设定电压,根据调整偏置电压Vcom2确定输入调制电路的偏置电压,以避免将静态共模偏置电压直接给到D类功放的调制电路,而是将缓慢变化的调整偏置电压Vcom2直接或间接提供至D类功放的调制电路,使调制电路采用调整偏置电压与幅度上限值为REFH、幅度下限值为REFL的三角波进行比较,实现对应的调制功能,达到在D类功放启动过程中抑制电源峰值电流的目的。
本申请第二方面提供一种D类功放缓启动模块,该D类功放缓启动模块可以执行上述任一实施例所述的D类功放缓启动方法,以在D类功放的调制过程中,抑制D类功放在启动时的峰值电流。可选地,上述D类功放缓启动模块可以通过RC放电结构实现调整偏置电压Vcom2的缓慢变化。
具体地,参考图3所示,所述D类功放缓启动模块包括第一开关单元210和RC放电结构220。所述第一开关单元的第一端用于接入电压上限值,第二端连接所述RC放电结构的输出端,所述RC放电结构的第一端用于接入设定电压,第二端作为输出端,用于输出控制调整偏置Vcom2。
所述第一开关单元210用于将所述电压上限值接入RC放电结构220的输出端,以使所述RC放电结构220的输出端以所述电压上限值为初值。上述电压上限值可以根据D类功放的三角波幅度上限值REFH确定,例如电压上限值可以为三角波幅度上限值REFH,也可以为一略大于三角波幅度上限值REFH的电压值。具体地,第一开关单元210在导通时,可以将电压上限值提供至RC放电结构220的输出端,以使RC放电结构220以该电压上限值作为所输出的控制调整偏置Vcom2的初值。
所述RC放电结构220用于将输出端的电压从所述初值逐渐减小至所述设定电压,以在D类功放启动时输出缓慢变化的控制调整偏置Vcom2,实现缓启动功能。这样在D类功放启动时,D类功放缓启动模块能够将缓慢变化的调整偏置电压Vcom2提供至D类功放的调制电路,使调制电路采用调整偏置电压Vcom2与具有幅度上限值为REFH和幅度下限值为REFL的三角波进行比较,实现对应的调制功能,达到抑制峰值电流的目的。
可选地,上述设定电压可以根据静态共模电压Vcom1或者低静态共模电压VLcom确定,例如设定电压可以为D类功放的静态共模电压Vcom1,又例如设定电压也可以为D类功放的低静态共模电压VLcom,又例如设定电压也可以包括将静态共模电压和低静态共模电压进行其他形式处理后确定的动态电压,等等。
在一个实施例中,参考图4所示,所述D类功放缓启动模块还包括运算放大器230。所述运算放大器230的第一输入端连接所述RC放电结构220的第二端,第二输入端连接所述运算放大器230的输出端;所述运算放大器230用于对所述调整偏置电压Vcom2进行电压跟随,输出有源跟随电压Vcom3。上述有源跟随电压Vcom3与调整偏置电压Vcom2的大小相等。其中运算放大器230的第一输入端可以为其正输入端,第二输入端可以为其负输入端。本实施例增加运算放大器230,将RC放电结构220变成有源特性,调整偏置电压Vcom2得到其有源跟随,可以形成有源跟随电压Vcom3,以将有源跟随电压Vcom3输入D类功放的调制电路。
在一个实施例中,所述RC放电结构220包括电阻R和电容C;所述电阻R的第一端用于接入设定电压,第二端通过电容C接地,且电阻R的第二端作为所述RC放电结构的输出端。
在一个示例中,若电压上限值为D类功放的三角波幅度上限值REFH。参考图5a和图5b所示,所述RC放电结构220包括在电阻R和电容C的基础上,还包括第二开关单元221、第三开关单元222和第四开关单元223。所述第二开关单元221的第一端用于接入静态共模电压Vcom1,第二端连接所述电阻R的第一端,所述第三开关单元222的第一端用于接入低静态共模电压VLcom,第二端连接所述电阻R的第一端,所述电阻R的第二端通过所述电容C接地,且作为所述RC放电结构220的输出端,所述第四开关单元223并联在所述电阻R两端。
其中第二开关单元221导通时可以为电阻R接入静态共模电压Vcom1,第三开关单元222导通时可以为电阻R接入低静态共模电压VLcom;低静态共模电压VLcom小于静态共模电压Vcom1,例如在一些D类功放中,静态共模电压Vcom1为2.5V,低静态共模电压VLcom为2V。
可选地,上述第一开关单元210、第二开关单元221、第三开关单元222和第四开关单元223可以分别采用开关器件或者开关管实现,例如参考图5b所示,第一开关单元210包括第一开关S1,第二开关单元221包括第二开关S2,第三开关单元222包括第三开关S3,第四开关单元223包括第四开关S4。
进一步地,发明人对图5a和图5b所示进行研究发现,若电压上限值为D类功放的三角波幅度上限值REFH,设定电压为D类功放的静态共模电压Vcom1。调整偏置电压Vcom2的缓慢变化过程通过RC放电结构220实现,三角波幅度上限值REFH作为电容C的初始电压(初值),静态共模电压Vcom1作为终值电压,初始电压REFH通过RC放电结构220放电得到静态共模电压Vcom1。初始电压REFH经过其中RC时间的放电,电压为:REFH-(REFH-Vcom1)*63.2%;初始电压REFH经过2RC时间的放电,电压为:REFH-(REFH-Vcom1)*86.5%;初始电压REFH经过3RC时间的放电,电压为:REFH-(REFH-Vcom1)*95%;初始电压REFH经过4RC时间的放电,电压为:REFH-(REFH-Vcom1)*98.2%;初始电压REFH经过5RC时间的放电,电压为:REFH-(REFH-Vcom1)*99.3%;在2RC的放电时间之后,随着电压差的减小,放电速度越来越慢,作为共模电压,容易对相应调制电路产生不利影响。
本示例设定D类功放的低静态共模电压VLcom,REFH作为电容C的初始电压,低静态共模电压VLcom作为终值电压,初始电压REFH通过RC电路向低静态共模电压VLcom放电,t为放电时间,放电系数τ为1-exp(-t/RC),放电实时电压为:REFH-(REFH-Vcom1)*τ,在放电实时电压达到静态共模电压Vcom1时,RC放电结构220停止放电,放电实时电压停止在静态共模电压Vcom1。
具体地,图5b所示D类功放缓启动模块中各个开关的工作时序可以参考图6所示,图6中,高电平表示开关闭合,低电平表示开关断开。第一开关S1在给定电容C初值后断开,第三开关S3随之闭合导通,RC放电结构220开始以初值REFH、终值VLcom进行放电,放电实时电压持续下降,经过时间t,放电实时电压达到了静态共模电压Vcom1,此时,第三开关S3断开,而第二开关S2和第四开关S4随之闭合导通。
可选地,第三开关S3闭合的持续时间t可以设为RC或2RC,这里可以通过RC定时电路实现第三开关S3的切换。可选地,第三开关S3从闭合到关断的状态翻转,还可以通过缓启动静态共模电压Vcom2与静态共模电压Vcom1进行比较得到,此时可以采用比较器实现开关控制。
在其他示例中,RC放电结构220的开关也可以采用其他形式连接,例如参考图7所示,RC放电结构220在包括电阻R和电容C之外,还包括第五开关单元224和第六开关单元225,第五开关单元224的第一端用于接入静态共模电压Vcom1,第二端连接电容C的第一端,第六开关单元225的第一端用于接入低静态共模电压VLcom,第二端连接电阻R的第一端。
可选地,第五开关单元224包括第五开关S5,第六开关单元225包括第六开关S6。第五开关S5的第一端用于接入静态共模电压Vcom1,第二端连接电容C的第一端,第六开关S6的第一端用于接入低静态共模电压VLcom,第二端连接电阻R的第一端,电阻R的第二端连接电容C的第一端,且作为RC放电结构220的输出端,电容C的第二端接地。本实施例中,静态共模电压Vcom1经过开关S2连接到缓启动共模电压Vcom2节点;低静态共模电压VLcom经过第六开关S6、串联电阻R连接到缓启动共模电压Vcom2节点(即RC放电结构220的输出端),此种实施例的连接方式可以少设置一个开关,能够简化对应电路。本示例中,三角波幅度上限值REFH取值3.5V,静态共模电压Vcom1取2.5V,低静态共模电压VLcom取2V,放电实时电压为:3.5-1.5*τ,放电实时电压达到静态共模电压Vcom1=2.5V时,放电系数τ为0.667,放电时间约为RC。
以上D类功放缓启动模块中,第一开关单元210可以将电压上限值接入RC放电结构220的输出端,以使RC放电结构220的输出端以电压上限值为初值,输出的控制调整偏置Vcom2可以从该初值逐渐减小至设定电压,以在D类功放启动时输出缓慢变化的控制调整偏置Vcom2,实现缓启动功能。这样在D类功放启动,没有音乐输入时,D类功放缓启动模块能够将缓慢变化的调整偏置电压Vcom2提供至D类功放的调制电路,使调制电路采用调整偏置电压Vcom2与具有幅度上限值为REFH和幅度下限值为REFL的三角波进行比较,实现对应的调制功能,达到在抑制峰值电流的目的。
本申请第三方面提供一种制电路,该调制电路设于D类功放,包括上述任一实施例所述D类功放缓启动模块。其中D类功放缓启动模块能够将缓慢变化的调整偏置电压Vcom2提供至调制电路,使调制电路采用调整偏置电压Vcom2与具有幅度上限值为REFH和幅度下限值为REFL的三角波进行比较,实现对应的调制功能,达到在D类功放启动时抑制峰值电流的目的。
本申请在第四方面提供一种D类功放,包括上述任一实施例所述的D类功放缓启动模块或者上述任一实施例所述的调制电路,能够在D类功放启动时抑制峰值电流。
尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本申请,但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本申请包括所有这样的修改和变型,并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件执行的各种功能,用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示),即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。
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。
另外,对于特性相同或相似的结构元件,本申请可采用相同或者不相同的标号进行标识。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本申请中,“示例性”一词是用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何一个实施例不一定被解释为比其它实施例更加优选或更加具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请,本申请给出了以上描述。在以上描述中,为了解释的目的而列出了各个细节。应当明白的是,本领域普通技术人员可以认识到,在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实施例中,不会对公知的结构和过程进行详细阐述,以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此,本申请并非旨在限于所示的实施例,而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。
Claims (10)
1.一种D类功放缓启动方法,其特征在于,所述D类功放缓启动方法包括:
根据D类功放中调制电路接入的三角波幅度上限值确定电压上限值;
控制调整偏置电压从所述电压上限值逐渐减小至设定电压;
根据所述调整偏置电压确定输入所述调制电路的偏置电压。
2.根据权利要求1所述的D类功放缓启动方法,其特征在于,所述控制调整偏置电压从所述电压上限值逐渐减小至设定电压,包括:
控制所述调整偏置电压从所述电压上限值以线性的方式匀速下降至设定电压。
3.根据权利要求1所述的D类功放缓启动方法,其特征在于,所述控制调整偏置电压从所述电压上限值逐渐减小至设定电压,包括:
控制所述调整偏置电压从所述电压上限值以线性阶跃的方式匀速下降至设定电压。
4.根据权利要求1所述的D类功放缓启动方法,其特征在于,所述调整偏置电压为RC放电结构的输出电压;
所述控制调整偏置电压从所述电压上限值逐渐减小至设定电压,包括:将所述电压上限值确定为所述RC放电结构的输出电压初值;控制所述RC放电结构放电设定时间,以使所述RC放电结构的输出电压逐渐下降至所述设定电压。
5.根据权利要求1所述的D类功放缓启动方法,其特征在于,所述设定电压根据静态共模电压或者低静态共模电压确定。
6.一种D类功放缓启动模块,其特征在于,所述D类功放缓启动模块包括第一开关单元和RC放电结构;
所述第一开关单元的第一端用于接入电压上限值,第二端连接所述RC放电结构的输出端,所述RC放电结构的第一端用于接入设定电压,第二端作为输出端,用于输出控制调整偏置;
所述第一开关单元用于将所述电压上限值接入RC放电结构的输出端,以使所述RC放电结构的输出端以所述电压上限值为初值;
所述RC放电结构用于将输出端的电压从所述初值逐渐减小至所述设定电压。
7.根据权利要求6所述的D类功放缓启动模块,其特征在于,所述D类功放缓启动模块还包括运算放大器;所述运算放大器的第一输入端连接所述RC放电结构的第二端,第二输入端连接所述运算放大器的输出端;所述运算放大器用于对所述调整偏置电压进行电压跟随,输出有源跟随电压。
8.根据权利要求6所述的D类功放缓启动模块,其特征在于,所述RC放电结构包括电阻和电容;所述电阻的第一端用于接入所述设定电压,第二端通过所述电容接地,且作为所述RC放电结构的输出端。
9.根据权利要求8所述的D类功放缓启动模块,其特征在于,所述RC放电结构还包括第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元;
所述第二开关单元的第一端用于接入静态共模电压,第二端连接所述电阻的第一端,所述第三开关单元的第一端用于接入低静态共模电压,第二端连接所述电阻的第一端,所述第四开关单元并联在所述电阻的两端。
10.根据权利要求8所述的D类功放缓启动模块,其特征在于,所述RC放电结构还包括第五开关单元和第六开关单元;
所述第五开关单元的第一端用于接入静态共模电压,第二端连接所述电容的第一端,所述第六开关单元的第一端用于接入低静态共模电压,第二端连接所述电阻的第一端。
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