CN117641188A - 音频系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种音频系统。该音频系统包括：包括多个目标音频信号生成器的目标音频信号生成器模块，其接收音频信号和跟踪信号并且基于所述音频信号和跟踪信号生成多个目标音频信号；包括多个跟踪电源电路的跟踪电源电路模块，其接收所述多个目标音频信号，并且基于所述多个目标音频信号产生多个电源电压；包括多个音频放大电路的音频功率放大电路模块，其接收所述多个目标音频信号和所述多个电源电压，并且对所述多个目标音频信号进行放大；其中，所述多个跟踪电源电路中的每一个为所述多个音频放大电路中的每一个提供相应的电源电压。

Description

音频系统

技术领域

本公开总体涉及音频系统，尤其涉及一种具有高效率的音频功率放大器的音频系统。

背景技术

随着音频功率放大器在车载音频系统中的广泛应用，对音频功率放大器的效率提出了更高的要求。因此，在提高音频功率放大器的效率方面，存在着一定的改进空间。此外，期望在降低功率放大器的功耗的同时，仍能保证用户的良好的聆听体验。

因此，需要一种改进的技术方案，以解决上述问题。

发明内容

根据本公开的一方面，提供一种系统。该系统可以包括目标音频信号生成器模块、跟踪电源电路模块和音频功率放大器模块。其中，目标音频信号生成器模块可以包括多个目标音频信号生成器。目标音频信号生成器模块接收音频信号和跟踪信号并且基于所述音频信号和跟踪信号生成多个目标音频信号。其中，跟踪电源电路模块包括多个跟踪电源电路。跟踪电源电路模块接收所述多个目标音频信号，并且基于所述多个目标音频信号产生多个电源电压。其中，音频功率放大器模块包括多个音频功率放大电路。音频功率放大器模块接收所述多个目标音频信号和所述多个电源电压，并且对所述多个目标音频信号进行放大。其中，所述多个跟踪电源电路中的每一个为所述多个音频功率放大电路中的每一个提供相应的电源电压。

根据一个或多个实施例，所述多个目标音频信号生成器包括第一目标音频生成器和第二目标音频生成器；其中，所述第一目标音频生成器接收所述音频信号的同相音频信号和所述跟踪信号，并且基于所述同相音频信号和所述跟踪信号生成第一目标音频信号；其中，所述第二目标音频生成器接收所述音频信号的反相音频信号和所述跟踪信号，并且基于所述反相音频信号和所述跟踪信号生成第二目标音频信号。

根据一个或多个实施例，其中，所述多个跟踪电源电路包括第一跟踪电源电路和第二跟踪电源电路；并且其中所述多个音频功率放大电路包括第一功率放大电路和第二功率放大电路。

根据一个或多个实施例，其中，所述第一跟踪电源电路接收所述第一目标音频信号，并基于所述第一目标音频信号产生用于所述第一功率放大电路的第一电源电压；其中，所述第二跟踪电源电路接收所述第二目标音频信号，并基于所述第二目标音频信号产生用于所述第二功率放大电路的第二电源电压。

根据一个或多个实施例，其中，所述第一功率放大电路基于所述第一电源电压，将接收的所述第一目标音频信号放大，以生成第一放大音频信号；其中，所述第二功率放大电路基于所述第二电源电压，将接收的所述第二目标音频信号放大，以生成第二放大音频信号。

根据一个或多个实施例，其中，所述第一目标音频生成器包括第一音频信号偏置电路和第一目标音频信号处理电路；其中，所述第二目标音频生成器包括第二音频信号偏置电路和第二目标音频信号处理电路。

根据一个或多个实施例，其中，所述第一音频信号偏置电路被配置为利用参考电压将所述同相音频信号进行直流偏置，以生成第一偏置音频信号；其中，所述第二音频信号偏置电路被配置为利用所述参考电压将所述反相音频信号进行直流偏置，以生成第二偏置音频信号。

根据一个或多个实施例，其中，所述第一目标音频信号处理电路接收所述第一偏置音频信号，并且将所述第一偏置音频信号与所述跟踪信号的一半进行叠加，以输出第一目标音频信号；其中，所述第二目标音频信号处理电路接收所述第二偏置音频信号，并且将所述第二偏置音频信号与所述跟踪信号的一半进行叠加，以输出第二目标音频信号。

根据一个或多个实施例，其中，所述第一功率放大电路与所述第二功率放大电路桥接，以使得第一功率放大电路与第二功率放大电路输出相位相反的放大信号。

根据一个或多个实施例，所述音频系统还包括扬声器，所述扬声器基于所述第一放大音频信号和所述第二放大音频信号，生成用于再现音频的输出信号。

附图说明

通过参考附图阅读对非限制性实施方案的以下描述，可更好地理解本公开，其中：

图1示意性示出了根据本公开的一个方面的一个或多个实施例的音频系统的原理示意图；

图2示出了图1中的TPS电路的输出电压信号、功率放大器模块108输出的同相音频信号OUT_P和反向音频信号OUT_N的波形图；

图3示意性示出了图2中的TPS电路的输出电压信号与其中一个功率放大器输出的同相音频信号OUT_P的瞬时输出；

图4示意性示出了根据本公开的另一个方面的一个或多个实施例的音频系统的原理示意图；

图5示出了图4的音频系统中的多个信号的时间-电压曲线图；

图6举例示出了根据本公开的一个或多个实施例的音频系统中的目标音频信号发生器模块的电路实现的一个示例性配置图；

图7示出了图6中的同相目标音频信号、反相目标音频信号，以及在图6的C点测得的偏置电压信号的时间-电压幅度曲线图；

图8示出了同相目标音频信号与反相目标音频信号的差分音频信号的电压波形曲线的示意图；

图9示出了根据本公开的一个或多个实施例的音频系统中的TPS电路模块和放大电路模块的电路实现的一个示例性电路配置示意图。

图10示出了图9中各个输出信号、电源电压信号以及差分信号的时间-电压幅度曲线图；

图11示出了图10上方的曲线波形图的局部图。

具体实施方式

应当理解，给出实施例的以下描述仅仅是为了说明的目的，而不是限制性的。在附图中示出的功能块、模块或单元中的示例的划分不应被解释为表示这些功能块、模块或单元必须实现为物理上分离的单元。示出或描述的功能块、模块或单元可以实现为单独的单元、电路、芯片、功能块、模块或电路元件。一个或多个功能块或单元也可以在公共电路、芯片、电路元件或单元中实现。

单数术语(例如但不限于“一”)的使用并不旨在限制项目的数量。关系术语的使用，例如但不限于“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“上部”、“下部”、“向下”、“向上”、“侧”、“第一”，“第二”(“第三”等)，“入口”，“出口”等用于书面说明是为了在具体参考附图时清楚，而非意图限制本公开或随附的权利要求书的范围，除非另外指出。术语“包括”和“诸如”是说明性的而非限制性的，除非另有说明，词语“可以”的意思是“可以，但不必须”。尽管在本公开中使用任何其他语言，但是在附图中示出的实施例是为了说明和解释的目的给出的示例，而不是本文的主题的唯一实施例。

通常，当音频功率放大器的输出功率一定时，如果采用过高的供电电压给音频功率放大器供电，功率放大器的功耗会过大。如果采用过低的供电电压给音频功率放大器供电，又会产生输出信号被削波的不利影响。因此，音频功率放大器的供电电压希望用满足输出信号不失真的较低的电压。采用跟踪电源(TPS)电路为音频功率放大器供电可以有效的满足上述期望。

图1示出了根据本公开的一个方面的一个或多个实施例的音频系统的示意图，其中示出了使用TPS电路为音频功率放大器供电的原理示意图。如图1所示，该系统包括跟踪信号生成器102、音频延迟电路104、TPS电路106、功率放大器模块108、扬声器110。音频信号分别输入到跟踪信号生成器102和音频延迟电路104。

跟踪信号生成器102可以基于输入的音频信号产生跟踪信号。在一些示例中，跟踪信号生成器102可以基于输入的音频信号的音量的大小(即，输入的音频信号电压幅度)来产生跟踪信号。例如，跟踪信号的幅度大小可以随着输入音频信号的音量的大小或者电压幅度的大小而变化。

TPS电路106位于电池输入与功率放大器模块108之间，用于为功率放大器模块108供电。TPS电路106基于由跟踪信号生成器102生成的跟踪信号以及由电池输入的电压，输出用于向功率放大器模块108供电的输出电压。例如，TPS电路106可以是升压TPS电路，其可以根据跟踪信号调整输出电压(例如，将电池输出的电压升压)，以给功率放大器模块108供电。例如，TPS电路的输出电压可以随着音频信号的音量或者幅度的变化而变化。例如，TPS电路的输出电压的大小可以与音频信号的音量或者幅度的大小成正比。换言之，跟踪信号产生于经由通道输入的待放大的音频信号的包络。音频信号包络的幅度变大时，则跟踪信号的信号幅度也变大，则TPS电路需要输出较高的电压给后面的音频放大器模块。反之，当音频信号包络幅度变小时，跟踪信号的信号幅度也变小，则TPS电路需要输出较低的电压给后面的音频放大器模块。

在TPS电路106的升压过程期间，如果音频信号直接输入到功率放大器模块108，经功率放大器108放大后的信号会出现削波现象。为了避免放大的音频信号出现削波的情况，音频信号在进入功率放大器模块108之前，先经由音频延迟电路104以对其进行延迟处理，并生成延迟的音频信号。这样，例如通过将音频延迟的时间与TPS电路106完成升压的时间相对应，从而可以避免了放大的音频信号中出现削波的现象。

该延迟的音频信号经过功率放大器模块108的放大后被提供给扬声器。在一些示例中，功率放大器模块108可以由两个异相桥接的功率放大器构成。该异相桥接的两个功率放大器可以基于延迟的音频信号，分别输出同相音频信号OUT_P和反向音频信号OUT_N。同相音频信号指的是与输入的音频信号的相位相同的输出信号。反相音频信号指的是与输入的音频信号的相位相反的输出信号。该同相音频信号OUT_P和反向音频信号OUT_N被提供给扬声器，以产生用于再现音频的输出信号。

为了直观理解，图2示出了图1中的TPS电路106的输出电压(也称为电源电压)信号202、功率放大器模块108输出的同相音频信号OUT_P 204和反向音频信号OUT_N 206的波形图。从图2中可以看出，当由功率放大器输出的音频信号具有较高幅度时，TPS电路输出的用于为功率放大器供电的电源电压也较高，以使得功率放大器输出的信号不会被削波。当由功率放大器输出的音频信号具有较低幅度时，TPS电路输出的用于为功率放大器供电的电压也随之下降。这样可以降低功率放大器损耗，提高功率放大器效率。

基于上述，图1的音频系统通过利用TPS电路的控制，可以实现根据音频信号的幅度的大小适应地为功率放大器供电。具体来说，音频信号的音量或幅度大，则为功率放大器供电的电源电压高。反之亦然。通过这种供电配置可以在一定程度上降低功率放大器的功耗，减少其散发的热量，从而可以在一定程度上提高了功率放大器的效率。

然而，发明人在图1的音频系统的基础上进一步发现了改进的空间。如上述针对图1的描述中，例举了功率放大器模块108有两个桥接的功率放大器构成的示例。在这种配置结构中，当其中一个功率放大器输出谷值电压时，另一个功率放大器输出峰值电压。为了使另一个功率放大器输出的峰值电压不出现削波的现象，必然要采用较高的电源电压进行供电。这种设计可能会使得在一个功率放大器输出谷值电压(另一个功率放大器输出峰值电压)时，为功率放大器模块供电的输出电压(下文也被称为电源电压)仍然过高，因此仍然会产生相当大的散热。以下结合图3进行举例说明。

为了清晰起见，图3仅示出了图2中的TPS电路的输出电压信号202与其中一个功率放大器输出的同相音频信号OUT_P 204的瞬时输出。应了解，此处仅是处于简洁说明原理的目的，而非对具体功率放大器的具体音频信号进行限制。例如，从图中可以观察出，当同相音频信号OUT_P处于谷值时，对于输出该音频信号OUT_P的那个功率放大器(即，功率放大器模块的一个半桥电路)来说，由TPS电路提供的电源电压过于高了。例如，可以从图3的灰色区域内中观察出，OUT_P信号的谷值电压接近0V，而电源电压在45V左右(以保证OUT_N信号不被削波)。这意味着，在此期间，TPS电路将电压从电池电压升压到45V，然后功率放大器将电压45V降压到接近0V。但是此时在这样的工作方式下，TPS电路和放大器电路都会引入很大的功率损耗。例如，在功率放大器的输出在谷值时，虽然谷值电压接近0V，但是此时对于例如4OHM的扬声器，扬声器电流大约10A，那么对于所需电源电压为45V的情况下，电源功率将会达到450VA。也就是说，功率放大器输出OUT_P在谷值时，放大器电路和TPS电路都会产生很大的功率损耗。因此，存在进一步的提升空间。

为了进一步提高功率放大器的效率以进一步降低功率放大器的功率损耗，或者为了在同样功率损耗的限制时，使得功率放大器可以输出更大的功率，从而带给收听者更好的听觉体验，本公开以下提供另一个方面的音频系统。在该音频系统的配置中，可以为功率放大器模块中的同相音频放大电路和反相音频放大电路分别配置TPS电路，并且用包含了共模跟踪信号的同相音频信号和反相音频信号来分别控制为同相音频放大电路和反相音频放大电路分别配置的TPS电路。

图4示出了根据本公开的另一方面的一个或多个实施例的音频系统的原理配置图。图4所示的音频系统的工作原理如下。概括来说，目标音频信号发生器模块接收音频信号和跟踪信号，并生成目标音频信号。目标音频信号被馈送到功率放大器以对其进行放大。同时，目标音频信号也被馈送到TPS电路以产生略高于功率放大器输出信号的输出电压。其中，功率放大器模块可以包括同相功率放大电路和反相功率放大电路。同相功率放大电路和反相功率放大电路分别由各自的TPS电路提供电源电压。以下结合图4进行具体描述。

如图4所示，上述目标音频信号生成器模块可以包括第一目标音频生成器410和第二目标音频生成器412。其中，第一目标音频生成器410接收同相音频信号；第二目标音频生成器412接收反相音频信号。同相音频信号是指与音频信号幅度相同并且相位也相同的信号。反相音频信号是指与音频信号幅度相同但是相位相反的信号。换言之，同相音频信号与反向音频信号之间的差别仅在于二者相位相反。为了直观理解，图4中示例性示出了同相音频信号和反相音频信号的的示意波形4102和4122。

此外，跟踪信号(其波形参见示例性示意波形4112)被分别输入到第一目标音频生成器410和第二目标音频生成器412中。在一些示例中，跟踪信号可以由跟踪信号发生器基于音频信号的音量或幅度而生成。与上述参考图1所描述的，跟踪信号产生于经由通道输入的待放大的音频信号的包络。音频信号包络的幅度变大时，则跟踪信号的信号幅度也变大。反之，当音频信号包络幅度变小时，跟踪信号的信号幅度也变小。

第一目标音频生成器410接收同相音频信号和跟踪信号，并且基于同相音频信号和跟踪信号生成同相目标音频信号(参见示意性波形4104)。在一些示例中，第一目标音频生成器410将同相音频信号和跟踪信号叠加，以生成同相目标音频信号。从波形4104中可以看出，生成的同相目标音频信号由于在同相音频信号中混合叠加了跟踪信号而具有失真。同样，第二目标音频生成器412接收反相音频信号和跟踪信号，并且基于反相音频信号和跟踪信号生成反向目标音频信号(参见示意性波形4124)。在一些示例中，第二目标音频生成器412将反相音频信号和跟踪信号叠加，以生成反相目标音频信号。从波形4124中也可以看出，生成的反相目标音频信号由于在反相音频信号中混合叠加了跟踪信号而具有一定程度的失真。

在上述过程中，通过将跟踪信号同时输入到第一目标音频生成器410和第二目标音频生成器412中，使得生成的同向目标音频信号和反向目标音频信号具有共模信号部分。虽然由此生成的同相目标信号和反相目标信号中存在失真，但在系统的后续处理中，该失真会得以消除。此部分稍后描述。

在图4的音频系统的原理示意图中，音频功率放大器模块可以由两个功率放大电路构成。并且两个功率放大电路中的每一个均配置有单独的TPS电路以为其供电。具体来说，上述的音频功率放大器模块可以由同相功率放大电路430和反相功率放大电路432构成。同相功率放大电路430配置有为其供电的第一TPS电路420；反相功率放大电路432配置有为其供电的第二TPS电路422。P由第一目标音频生成器410输出的同相目标音频信号被输入到第一TS电路420和同相功率放大电路430中。由第二目标音频生成器412输出的同相目标音频信号被输入到第二TPS电路422和反相功率放大电路432中。

其中，第一TPS电路420接收同相目标音频信号并基于该同相目标音频信号产生用于同相功率放大电路430的第一电源电压。例如，第一TPS电路420基于同相目标音频信号的包络幅度来产生用于同相功率放大电路430的第一电源电压。同相功率放大电路430接收同相目标音频信号，并基于第一TPS电路420输出的第一电源电压将同相目标音频信号进行放大。第一TPS电路420输出的第一电源电压的示意波形例如由波形曲线4202直观表示。由同相功率放大电路430输出的放大的同相音频信号OUT_P的信号波形由波形曲线4302直观表示。

同样，第二TPS电路422接收反相目标音频信号并基于该反相目标音频信号产生用于反相功率放大电路432的第二电源电压。例如，第二TPS电路422基于反相目标音频信号的包络幅度来产生用于反相功率放大电路432的第二电源电压。反相功率放大电路432接收反相目标音频信号，并基于第二TPS电路422输出的第二电源电压将反相目标音频信号进行放大。第二TPS电路422输出的第二电源电压的示意波形例如由波形曲线4222直观表示。由反相功率放大电路432输出的放大的反向音频信号OUT_N的信号波形由波形曲线4322直观表示。

由同相功率放大电路430输出的放大的同相音频信号OUT_P，以及由反相功率放大电路432输出的放大的反向音频信号OUT_N被输入到扬声器440的两个输入端。在扬声器440两端观测的差分音频信号(OUT_P–OUT_N)的信号波形示意图如波形曲线4402所示。

图5更清楚地示出了采用上述结合图4阐述的音频系统而输出的各个信号的时间-电压曲线图，其中示出了由第一TPS电路输出的第一电源电压的时间-电压幅度曲线5202、由同相功率放大电路输出的放大的同相音频信号OUT_P的时间-电压幅度曲线5302、由第二TPS电路输出的第二电源电压的时间-电压幅度曲线5222、由反相功率放大电路输出的放大的反相音频信号OUT_N的时间-电压幅度曲线5322、以及扬声器两端的差分音频信号(OUT_P–OUT_N)5402的时间-电压幅度曲线。从图5中可以观察到，无论是同相功率放大电路的输出处于谷值时还是反相功率放大电路的输出处于谷值时，其电源电压都具有合适范围的值，即略高于谷值输出。

虽然，由同相功率放大电路输出的放大的同相音频信号OUT_P和由反相功率放大电路输出的放大的反相音频信号OUT_N存在一定程度的失真，但是最后由扬声器输出的差分音频信号的波形是几乎没有失真的。这是因为本方案并没有将跟踪信号直接输入给TPS电路，而是作为共模信号分别与待放大的同相音频信号和反相音频信号先进行叠加，再作为相应TPS电路的控制信号。这样使得同相功率放大电路的输出信号OUT_P与反相功率放大电路的输出信号OUT_N包含有相同的共模信号(通常为电源电压的一半)，因此通过扬声器的差分输出(OUT_P–OUT_N)可以抵消共模信号以避免失真。

另一方面，由于为同相功率放大电路和反相功率放大电路分别配置了各自的TPS电路，相当于为同相功率放大电路和反相功率放大电路分别配置了各自的电源。这样的设计避免了在TPS电路和放大器电路中引入大的功率损耗。尤其是在功率放大电路输出谷值电压时，这种优势将更加明显。

基于以上，本公开的根据一个或多个实施例的音频系统可以在提高功放效率的同时保证音频输出质量，由此给用户能够带来更好的聆听体验。

图6举例示出了根据本公开的一个或多个实施例的音频系统中的目标音频信号发生器模块的电路实现的一个示例性配置图。目标音频信号发生器模块可以包括分别用于两个通道(P通道和N通道)的两个目标信号发生器。例如，第一目标信号发生器是对应于P(同相)通道的信号发生器。该第一目标信号发生器包括第一音频信号偏置电路602和第一目标音频信号处理电路606。

第一音频信号偏置电路602将经由P通道的同相音频信号偏置在电压VREF处。第一音频信号偏置电路602的输出信号(即，第一偏置音频信号)被输入到第一目标音频信号处理电路606中。此外，第一目标音频信号处理电路606还接收跟踪信号。跟踪信号的产生与本文前述方法相同，在此不再赘述。在一些示例中，该跟踪信号先经过一个电路(例如图中E7)，产生幅度值减半的跟踪信号(即，0.5倍的跟踪信号)。应了解，用于实现输出信号是输入信号的一半的电路有很多种，图中仅以E7代表这样的实现电路模型，而并非对具体电路进行限制。该0.5倍的跟踪信号提供给第一目标音频信号处理电路606。第一目标音频信号处理电路606的输出信号将作为控制第一TPS电路的控制信号。例如，第一目标音频信号处理电路606的输出信号(即，同相目标音频信号)是幅度值减半的跟踪信号叠加第一偏置音频信号。

第二音频信号偏置电路604将经由N通道的反相音频信号偏置在电压VREF处。第二音频信号偏置电路604的输出信号(即，第二偏置音频信号)被输入到第二目标音频信号处理电路608中。与第一目标音频信号处理电路606相似，第二目标音频信号处理电路606也接收0.5倍的跟踪信号。第二目标音频信号处理电路608的输出信号将作为控制第二TPS电路的控制信号。例如，第二目标音频信号处理电路608的输出信号(即，反相目标音频信号)是幅度值减半的跟踪信号叠加第一偏置信号。

需要注意的是，在如图6所示的电路中，在第一目标音频信号处理电路和第二目标音频信号处理电路之前均各自配置有第一音频信号偏置电路和第二音频信号偏置电路，其目的是使得音频信号在馈送到第一目标音频信号处理电路和第二目标音频信号处理电路之前是直流偏置的。这是为了避免在第一目标音频信号处理电路和第二目标音频信号处理电路中使用直流去耦电容。因为我们希望跟踪信号的增益是固定的。如果在运算放大器U3和U5的反相输入路径中使用直流去耦电容，则输入的“0.5倍跟踪信号”的增益将随着直流去耦阻抗的变化而变化(例如，跟踪信号频率从直流到几百赫兹不等),这种情况是不利的。因此，在将音频输入信号馈送到“目标音频信号处理”模块之前对其进行直流偏置。例如，图6中A点处的电压为VREF与同相音频信号的电压的差，图6中B点处的电压为VREF与反相音频信号的电压的差。换言之，第一音频偏置信号的电压为VREF与同相音频信号的电压的差，并且第二音频偏置信号的电压为VREF与反相音频信号的电压的差。应了解，VREF的幅度值无需具体限定，只要能满足输出的音频信号不被削波即可。在一个示例中，例如，VREF为2.5V。因为该VREF在原理上可以在“目标音频信号处理”模块的输出处抵消。

图7显示了图6中的同相(P)目标音频信号、反相(N)目标音频信号，以及在图6的C点测得的偏置电压信号的时间-电压幅度曲线图。其中，图中的曲线702是同相目标音频信号的时间-电压幅度曲线；图中的曲线704是反相目标音频信号的时间-电压幅度曲线；图中的曲线706是偏置电压信号(即，在图6中的C点处测得0.5倍跟踪信号)的时间-电压幅度曲线。可以观察出，同相目标音频信号和反相目标音频信号都是严重失真的信号，因为跟踪信号是由于来自输入音频信号的非线性运算而产生的严重失真的音频信号。然而，可了解的是，同相目标音频信号与反相目标音频信号的差分(P-N)音频信号是输入音频信号的一个很好的复制，因为导致失真的跟踪信号可以作为共模信号出现并被抵消，如本公开上文已经描述的那样，在此不再赘述。图8示出了同相目标音频信号与反相目标音频信号的差分(P-N)音频信号的电压波形曲线800的示意图。

图9是根据本公开的一个或多个实施例的音频系统中的TPS电路模块和放大器电路模块的电路实现的一个示例性电路配置示意图。其中，TPS电路模块可以包括第一TPS电路902和第二TPS电路906。放大器电路模块包括桥接的同相功率放大电路904和反相功率放大电路908。该第一TPS电路902和第二TPS电路906分别为同相功率放大电路904和反相功率放大电路908提供电源电压。

在一些示例中，第一TPS电路902接收由第一目标音频信号处理电路输出的同相目标音频信号，并基于同相目标音频信号产生第一电源电压TPS_OUT_P，以用于为同相功率放大电路904供电。在一些示例中，第一TPS电路902基于同相目标音频信号的电压幅度产生提供给同相功率放大电路904的第一电源电压TPS_OUT_P。由第一目标音频信号处理电路输出的同相目标音频信号还被输入到同相功率放大电路904中。由第一电源电压TPS_OUT_P作为供电电压的同相功率放大电路904将接收的同相目标音频信号放大，以生成同相放大音频信号SPK_P。

例如，在图中第一TPS电路902中，示出了电路的行为模型。其中，TPS_P是根据输入的同相目标音频信号计算得到的一个电压信号。行为模式电压源B1将TPS_P信号的电压跟电池电压做比较。如果TPS_P信号的电压高于电池电压，则采用TPS_P信号的这个电压作为提供给同相功率放大电路904的电源电压。如果TPS_P信号的电压低于电池电压，就使用电池电压作为提供给同相功率放大电路904的电源电压。由此，用来模拟TPS升压电路的输出电压只能高于电池电压的行为模型。输出信号TPS_OUT_P是B1的输出结果，其用于为同相功率放大电路(例如Class D型功率放大器)904供电的电压。换言之，第一TPS电路是输出电压(TPS_OUT_P)与输入信号(同相目标音频信号)的电压幅度成正比的升压电路。当同相功率放大电路904所需电压高于电池电压时，第一TPS电路会产生略高于同相功率放大电路904输出信号(SPK_P)的电压。此外，应了解，功率放大器U1的输入是直流耦合的，即从同相目标音频信号处理模块606输出的同相目标音频信号不经过电容连接直接输入到功率放大器U1，以保持其中的跟踪信号。

在一些示例中，第二TPS电路906接收由第二目标音频信号处理电路输出的反相目标音频信号，并基于反相目标音频信号产生第二电源电压TPS_OUT_N，以用于为反相功率放大电路908供电。在一些示例中，第二TPS电路906基于反相目标音频信号的电压幅度产生提供给反相功率放大电路908的第二电源电压TPS_OUT_N。由第二目标音频信号处理电路输出的反相目标音频信号还被输入到反相功率放大电路908中。由第二电源电压TPS_OUT_N作为供电电压的反相功率放大电路908将接收的反相目标音频信号放大，以生成反相放大音频信号SPK_N。

例如，在图中第二TPS电路906中，同样示出了电路的行为模型。TPS_N是根据输入的反相目标音频信号计算得到的一个电压信号。行为模式电压源B2将TPS_N信号的电压跟电池电压做比较。如果TPS_N信号的电压高于电池电压，则采用TPS_N信号的这个电压作为给反相功率放大电路908的供电电压。如果TPS_N信号的电压低于电池电压，就使用电池电压作为提供给反相功率放大电路908的供电电压。由此，用来模拟TPS升压电路的输出电压只能高于电池电压的行为模型。输出信号TPS_OUT_N是B2的输出结果，其用于为反相功率放大电路(例如Class D型功率放大器)908供电的电压。换言之，第二TPS电路906是输出电压(TPS_OUT_N)与输入信号(反相目标音频信号)的电压幅度成正比的升压电路。当反相功率放大电路908所需电压高于电池电压时，第二TPS电路会产生略高于反相功率放大电路的输出信号(SPK_N)的电压。此外，应了解，功率放大器U2的输入是直流耦合的，即从反相目标音频信号处理模块608输出的反相目标音频信号不经过电容连接直接输入到功率放大器U2，以保持其中的跟踪信号。

图10示出了图9中各个输出信号、电源电压信号以及差分信号的时间-电压幅度曲线图。其中，曲线1002是同相功率放大电路904(P通道放大电路)输出的放大的音频信号(SPK_P)的时间-电压幅度曲线；曲线1004是提供给同相功率放大电路904的电源电压信号(即，P通道的第一TPS电路输出的电压信号TPS_OUT_P)的时间-电压幅度曲线。其中，曲线1006是反相功率放大电路908(N通道放大电路)输出的放大的音频信号(SPK_N)的时间-电压幅度曲线；曲线1008是提供给反相功率放大电路906的电源电压信号(即，N通道的第二TPS电路906输出的电压信号TPS_OUT_N)的时间-电压幅度曲线。其中，曲线1010是从扬声器两端看的差分信号(SPK_P-SPK_N)的时间-电压幅度曲线。

可以观察出，虽然放大电路输出的放大的音频信号SPK_P和SPK_N都是严重失真的信号，然而，扬声器负载处的差分音频信号(SPK_P-SPK_N)完美的再现了输入的音频信号。可见，本公开上述提出的技术方案能够保证音频信号的高质量再现。

为了更加清楚起见，图11示出了图10上方的波形图的局部图。从图中可以观察出，当功率放大器输出的信号1102的电压幅度处于谷值时，功率放大器的电源电压为电池电压(即，TPS电路可以输出的最低电压)。显然，功率放大器的电源电压与输出电压之间的差距被缩小。例如，对于功率放大器，在其输出信号的电压幅度处于谷值期间，它将电池电压(约10V)转换为接近0V的电压，而不是将高达45V的高压转换为接近0V的电压。因此，在此期间，功率放大器和TPS电路的效率得到了极大地提高。

基于以上，本公开提出的用于提高功率放大器的效率的方案通过巧妙的设计，实现了在功率放大器输出谷值电压时显着降低功率放大器的电源电压。这极大减少了TPS电路和放大器电路的功耗以及热量散发。随着散热量的减少，在功率放大器的散热器或金属外壳的散热能力相同的情况下，可以使功率放大器具有更高的输出功率。

此外，本公开提供的改进的方案，对于重低音功率放大器来说，优势更为明显。而在车载音频系统中，往往是重低音的声压级限制了用户的聆听体验。因此，本公开提供的改进的方案通过对重低音音频功率放大器的重低音声道的输出功率的极大提高，能够给用户提供更好地听觉效果，极大地改善了用户的体验。

因此，本公开提供的改进的方案，既能降低音频功率放大器的功耗、减少散热、提高音频功率放大器的效率，又能提高用户的听觉体验。

本文中的电路原理示意图和配置示意图仅仅是为了本领域的技术人员更好的理解和实现本公开的教导而给出的示例性电路实现原理图，而并非是对本发明的技术方案的具体限制。本领域的技术人员可以理解的是，可以根据电路的具体应用条件而增加或减少组件，或者改变组件的参数值。

条款1.在一些实施例中，一种音频系统，包括：

包括多个目标音频信号生成器的目标音频信号生成器模块，其接收音频信号和跟踪信号并且基于所述音频信号和跟踪信号生成多个目标音频信号；

包括多个跟踪电源电路的跟踪电源电路模块，其接收所述多个目标音频信号，并且基于所述多个目标音频信号产生多个电源电压；

包括多个音频功率放大电路的音频功率放大器模块，其接收所述多个目标音频信号和所述多个电源电压，并且对所述多个目标音频信号进行放大；

其中，所述多个跟踪电源电路中的每一个为所述多个音频功率放大电路中的每一个提供相应的电源电压。

条款2.根据条款1所述的音频系统，其中，所述多个目标音频信号生成器包括第一目标音频生成器和第二目标音频生成器；

其中，所述第一目标音频生成器接收所述音频信号的同相音频信号和所述跟踪信号，并且基于所述同相音频信号和所述跟踪信号生成第一目标音频信号；

其中，所述第二目标音频生成器接收所述音频信号的反相音频信号和所述跟踪信号，并且基于所述反相音频信号和所述跟踪信号生成第二目标音频信号。

条款3.根据前述任一项条款所述的音频系统，其中，所述多个跟踪电源电路包括第一跟踪电源电路和第二跟踪电源电路；并且其中所述多个音频功率放大电路包括第一功率放大电路和第二功率放大电路。

条款4.根据前述任一项条款所述的音频系统，其中，所述第一跟踪电源电路接收所述第一目标音频信号，并基于所述第一目标音频信号产生用于所述第一功率放大电路的第一电源电压；

其中，所述第二跟踪电源电路接收所述第二目标音频信号，并基于所述第二目标音频信号产生用于所述第二功率放大电路的第二电源电压。

条款5.根据前述任一项条款所述的音频系统，

其中，所述第一功率放大电路基于所述第一电源电压，将接收的所述第一目标音频信号放大，以生成第一放大音频信号；

其中，所述第二功率放大电路基于所述第二电源电压，将接收的所述第二目标音频信号放大，以生成第二放大音频信号。

条款6.根据前述任一项条款所述的音频系统，

其中，所述第一目标音频生成器包括第一音频信号偏置电路和第一目标音频信号处理电路；

其中，所述第二目标音频生成器包括第二音频信号偏置电路和第二目标音频信号处理电路。

条款7.根据前述任一项条款所述的音频系统，

其中，所述第一音频信号偏置电路被配置为利用参考电压将所述同相音频信号进行直流偏置，以生成第一偏置音频信号；

其中，所述第二音频信号偏置电路被配置为利用所述参考电压将所述反相音频信号进行直流偏置，以生成第二偏置音频信号。

条款8.根据前述任一项条款所述的音频系统，

其中，所述第一目标音频信号处理电路接收所述第一偏置音频信号，并且将所述第一偏置音频信号与所述跟踪信号的一半进行叠加，以输出第一目标音频信号；

其中，所述第二目标音频信号处理电路接收所述第二偏置音频信号，并且将所述第二偏置音频信号与所述跟踪信号的一半进行叠加，以输出第二目标音频信号。

条款9.根据前述任一项条款所述的音频系统，其中所述第一功率放大电路与所述第二功率放大电路桥接，以使得第一功率放大电路与第二功率放大电路输出相位相反的放大信号。

条款10.根据前述任一项条款所述的音频系统，所述音频系统还包括扬声器，所述扬声器基于所述第一放大音频信号和所述第二放大音频信号，输出音频信号。

已经出于说明和描述的目的而呈现了对实施方案的描述。可鉴于以上描述来执行对实施方案的合适的修改和改变，或者可通过实践方法来获取所述合适的修改和改变。还可按照除了在本申请中描述的次序之外的各种次序、并行地和/或同时地执行所描述的方法和相关联的动作。所描述的系统在本质上是示例性的，并且可包括其他的元件和/或省略元件。本公开的主题包括所公开的各种系统和配置与其他特征、功能和/或性质的所有新颖和非明显的组合。

如本申请中所使用的，以单数形式列举并且前面带有词语“一/一个”的元件或步骤应当被理解为并不排除多个所述元件或步骤，除非指出这种排除情况。此外，对本公开的“一个实施方案”或“一个示例”的参考并非意图解释为排除也并入所列举特征的另外实施方案的存在。上文已参考特定实施方案描述了本发明。然而，本领域的一般技术人员将理解，可在不脱离如所附权利要求书中陈述的本发明的较广精神和范围的情况下对其作出各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种音频系统，包括：

包括多个目标音频信号生成器的目标音频信号生成器模块，其接收音频信号和跟踪信号并且基于所述音频信号和跟踪信号生成多个目标音频信号；

包括多个跟踪电源电路的跟踪电源电路模块，其接收所述多个目标音频信号，并且基于所述多个目标音频信号产生多个电源电压；

包括多个音频功率放大电路的音频功率放大器模块，其接收所述多个目标音频信号和所述多个电源电压，并且对所述多个目标音频信号进行放大；

其中，所述多个跟踪电源电路中的每一个为所述多个音频功率放大电路中的每一个提供相应的电源电压。

2.根据权利要求1所述的音频系统，其中，所述多个目标音频信号生成器包括第一目标音频生成器和第二目标音频生成器；

其中，所述第一目标音频生成器接收所述音频信号的同相音频信号和所述跟踪信号，并且基于所述同相音频信号和所述跟踪信号生成第一目标音频信号；

其中，所述第二目标音频生成器接收所述音频信号的反相音频信号和所述跟踪信号，并且基于所述反相音频信号和所述跟踪信号生成第二目标音频信号。

3.根据权利要求1或2所述的音频系统，其中，所述多个跟踪电源电路包括第一跟踪电源电路和第二跟踪电源电路；并且其中所述多个音频功率放大电路包括第一功率放大电路和第二功率放大电路。

4.根据权利要求3所述的音频系统，

其中，所述第一跟踪电源电路接收所述第一目标音频信号，并基于所述第一目标音频信号产生用于所述第一功率放大电路的第一电源电压；

其中，所述第二跟踪电源电路接收所述第二目标音频信号，并基于所述第二目标音频信号产生用于所述第二功率放大电路的第二电源电压。

5.根据权利要求4所述的音频系统，

其中，所述第一功率放大电路基于所述第一电源电压，将接收的所述第一目标音频信号放大，以生成第一放大音频信号；

其中，所述第二功率放大电路基于所述第二电源电压，将接收的所述第二目标音频信号放大，以生成第二放大音频信号。

6.根据权利要求2所述的音频系统，

其中，所述第一目标音频生成器包括第一音频信号偏置电路和第一目标音频信号处理电路；

其中，所述第二目标音频生成器包括第二音频信号偏置电路和第二目标音频信号处理电路。

7.根据权利要求6所述的音频系统，

其中，所述第一音频信号偏置电路被配置为利用参考电压将所述同相音频信号进行直流偏置，以生成第一偏置音频信号；

其中，所述第二音频信号偏置电路被配置为利用所述参考电压将所述反相音频信号进行直流偏置，以生成第二偏置音频信号。

8.根据权利要求7所述的音频系统，

其中，所述第一目标音频信号处理电路接收所述第一偏置音频信号，并且将所述第一偏置音频信号与所述跟踪信号的一半进行叠加，以输出第一目标音频信号；

其中，所述第二目标音频信号处理电路接收所述第二偏置音频信号，并且将所述第二偏置音频信号与所述跟踪信号的一半进行叠加，以输出第二目标音频信号。

9.根据权利要求3所述的音频系统，其中所述第一功率放大电路与所述第二功率放大电路桥接，以使得第一功率放大电路与第二功率放大电路输出相位相反的放大信号。

10.根据权利要求5所述的音频系统，所述音频系统还包括扬声器，所述扬声器基于所述第一放大音频信号和所述第二放大音频信号，生成用于再现音频的输出信号。