CN1267955A - 双模式d级放大器 - Google Patents

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阿克绍·赫尔南德斯
帕特里克·伯格利
斯图尔特·普雷
杰弗里·斯特朗
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Abstract

在50khz到2MHz范围内切换的脉宽调制(“D级”)放大器和控制器产生干扰AM无线电接收的谐波。这就妨碍了D级放大器在具有AM无线电接收的产品中广泛使用。本文所述放大器在通过AM无线电进行操作时使用改进的调制技术以避免在接收机所选频率或其中间(IF)频率产生谐波。一个实施例使用谐波消除调制器。第二实施例使用两个或多个振荡器用于测试失真最小的输出信号。第三实施例在放大AM信号时将操作模式切换到AB级放大器。

Description

双模式D级放大器
本发明涉及D级放大器，特别涉及具有一个或多个用于避免操作期间的AM无线电谐波频率的操作模式的D级放大器。
D级功率放大器一般是脉宽调制放大器，它在远高于声频段最上方的频率、常常是100kHz或更高的频率上进行切换。当D级放大器在这些高频切换时，切换频率或其谐波可能干扰靠近D级放大器的AM无线电接收机。由于这些干扰问题，D级放大器不能轻易地集成到象立体声接收机这样的消费电子产品中，这些电子产品具有位于同一机架上的AM调谐器和功率放大器。在50kHz到2MHz范围内切换的D级调制器产生干扰AM无线电接收的谐波。这就阻碍了D级放大器在使用AM无线电的产品中的广泛应用。
在美国，AM无线电广播的频段从540到1700kHz，在世界范围内高达30MHz。为了采样一个20kHz的音频信号，D级调制器必须以高于200khz的频率工作。由于这些调制器的输出是脉宽调制方波，所以调制器产生奇次谐波和偶次谐波。将载波从扬声器导线中去除的低通滤波器也衰减谐波。然而，要设计一个既能适应高频衰减、又能通过20kHz无线电信号而不影响敏感的AM接收机带通的滤波器是不现实的。此外，带有脉宽调制方波的印刷电路板迹线也产生辐射。这些辐射能够由AM天线直接拾取。
理论上，通过保证D级调制器的时钟频率远远高于AM广播波段可以解决该问题。但是由于下面的原因却难以实现：1)具有2MHz载波的FETs必须由大电流门电路驱动器切换。在占空比的极限值，即使由大电流门电路驱动，很短的开和关时间也是不可能实现的。因此，理论上的作用是有限的。2)快的切换时间将使得在30Mhz以上实现电磁兼容性(EMC)几乎是不可能的。3)除非所有时钟与立体声和五个信道应用同步，否则将产生干扰AM波段的IMD效果。4)具有较长恢复时间的MOSFETS的体二极管不能用于高频。因此，需要Shottky整流二极管。在高于48伏直流电压的总线电压，该二极管的正向压降将高于体二极管，并且体二极管由漏极二极管阻断。5)在欧洲AM波段达到30Mhz。
本发明包括一个D级放大器，其特点是包含一个具有多个输入的积分器，这些输入包括音频输入、音频反馈输入和数字反馈输入；一个用来接收积分器的输出并产生脉冲序列的比较器，每一个脉冲对应于比较器的两个状态中的一个并且具有与积分器的输出斜率成正比的宽度；一个用于接收比较器的输出脉冲并产生与脉冲宽度的持续时间成正比的门驱动信号的驱动电路；一个包含两个或多个MOSFET的桥电路，每一个MOSFET都具有接收一个门驱动信号的门电路；一个连接到桥电路的输出的低通滤波器，用来将桥电路的输出切换为表示音频输入信号的功率信号；以及用于从输出信号中消除输入AM信号的谐波的连接到比较器的装置。
本发明还包括用于避免D级放大器中的AM无线电干扰的方法，其特点是将AM信号转换为幅值与AM信号的频率成比例的直流信号；
将直流信号与一个或多个基准信号进行比较来产生比较器信号，比较器信号用于表示直流信号是大于还是小于基准信号；
组合比较器信号的结果来产生频率因子数；
用频率因子信号分频AM号的频率来产生一个用于D级放大器的振荡器信号，其中AM信号最好是本机振荡器信号。
本发明提供用于解决D级放大器干扰AM无线电频带的电路和方法。本发明的比较显著方面是提供一个或多个频率的参考标准。将AM无线电的本机振荡器信号或切换放大器信号、或将二者都与标准进行比较。接着，适当的电路修改切换放大器信号以使得切换放大器信号远离调谐AM无线电台和本机振荡器，从而避免干扰的问题。本发明提供用于监控本机振荡器和切换信号并选择一个切换振荡器信号的装置，该切换振荡器信号具有一个既不是本机振荡器也不是调谐AM无线电台的谐波的频率。本发明或者从本机振荡器产生切换信号或者选择另一个具有既不是本机振荡器也不是调谐AM无线电台的谐波的频率的振荡器。
在这些实施例中的每一个实施例，由被分频的本机振荡器信号控制的D级放大器可以是任何适合的放大器，该放大器包括一个具有自激振荡脉冲宽度的调制器，调制器具有一个带有来自放大器输出的反馈的积分器和一个连接到积分器输出的比较器。调制器的输出连接到控制到MOSFET桥电路的电源的桥门电路驱动器。桥电路连接在高和低电压电源总线之间并具有至少两个相互串联的MOSFET。所讨论的D级放大器必须具有用于其切换频率的外部控制的措施。
本机振荡器信号出现在所有AM无线电设备，并处于一个比被设计为接收US广播频带的无线电设备中的调谐无线电台的频率高450或455KHz的频率上。在其他国家本机振荡器可以出现在距无线电台的不同偏移，但是只要偏移已知就可以设计电路。根据调谐器的设计本机振荡器可以采取任何循环形式。本机振荡器常常采用锁相环电路产生的正弦波。
本领域的技术人员应该明白可以通过使用较多数量的任何物理产品来实现模拟比较器实施例中的所述控制概念，这些物理产品包括但并不仅限于数字设备，例如复杂的可编程逻辑设备(CPLD)、现场可编程门电路阵列(FPGA)、微控制器、部分常规或常规专用集成电路(ASIC)、以及74xxxx系列集成电路逻辑门电路。可以以不同方式组合许多不同的模拟器件以实现这里所示算法的模拟部分，模拟器件包括电阻器、电容器、电感器、晶体管、以及场效应管(FET)。未来的技术进步可以产生能够实现该算法的其他物理设备。与用于实现该算法的设备无关，该算法的任何实现都涵盖在本专利申请中。
本发明的一个实施例使用模拟比较器和数字计数器。该实施例从AM调谐器得到一个本机振荡器信号并使用该信号来智能确定一个D级放大器的固定操作频率。本机振荡器信号被一个整数N所分频，对于美国的AM广播频带和为其设计了本系统的特定D级放大器，2＜N＜7。N在3和6之间变化，这包含了AM调谐器所用的本机振荡器频率范围。选择用于任何特定的本机振荡器频率的N，以便使该频率及其将本机振荡器频率除以N所产生的谐波尽可能远离对应于本机振荡器的频率的调谐无线电台。
模拟比较器实施例提供一种根据预定算法确定适当的N值的方法。该方法包括一组控制数字N分频电路的模拟电压比较器。N分频电路将AM本机振荡器脉冲序列的频率进行适当值N分频。
本发明的另一个实施例基于方波输入振荡器信号和一个用于将方波分频为无干扰频率的数字电路。该实施例从AM调谐器得到一个本机振荡器信号并使用该信号来智能确定一个D级放大器的固定操作频率。将本机振荡器信号以一个整数N分频，在这里示出的该控制方法的一个特定应用中，对于美国的AM广播频带，2＜N＜7。N将在3和6之间变化，这包含了AM调谐器所用的本机振荡器频率范围。选择N，以便使该频率及其将本机振荡器频率除以N所产生的谐波尽可能远离对应于本机振荡器的频率的调谐无线电台。使切换谐波和基频远离调谐无线电台的频率和本机振荡器防止了电磁干扰。
在本文中描述了提供一种确定适当的N值的方法的数字比较器实施例。该方法本质上是一个数字窗口比较器，该数字窗口比较器由一个计数器和一个作为到三数字幅值比较器的输入的锁存器组成。该幅值比较器将一个分频本机振荡器的适当的N值指示给N分频电路。
所讨论的D级放大器必须具有用于其切换频率的外部控制的措施。具有外部输入的这样的放大器由本专利所述的算法控制。
第三实施例是两个循环数字比较器电路。该实施例从AM调谐器得到一个本机振荡器信号并使用该信号来智能确定一个D级放大器的固定操作频率。将本机振荡器信号以一个整数N分频，对于这里所使用的特定放大器，对于美国的AM广播频带，2＜N＞7。N将在AM调谐器所用的本机振荡器频率范围内变化。选择N，以便使该频率及其将本机振荡器频率除以N所产生的谐波尽可能远离对应于本机振荡器的频率的调谐无线电台。
在本文描述了一种用于确定N的适当值的算法。该算法本质上是一对频率比较器，该对频率比较器将本机振荡器频率与最大频率以及在前检测的频率进行比较。该频率比较器将一个分频本机振荡器的适当的N值指示给N分频电路。
第四实施例基于根据本机振荡器频率与D级放大器的切换频率的比较选择多个时钟或振荡器中的一个。该实施例提供一种防止D级放大器干扰与其处于同一机架的AM无线电设备所产生的电磁干扰的电路和方法。在诸如AM/FM立体声接收机、便携式“音箱”之类的各种消费品电子音频产品以及诸如Sony Walkman之类的个人立体声设备中可以使用该方法。已经开发了一种控制D级放大器的切换频率以防止其切换基频和谐波干扰机架内的AM无线电设备的电子控制器。
参照附图，现在以实例方式描述本发明，其中：
图1是一个典型的已有技术的D级放大器的示意图；
图2是一个双模式消除谐波的D级放大器的示意图；
图3是一个双模式组合D/AB级放大器的示意图；
图4是一种将AM本机振荡器用作D级放大器的时钟源的方法的方框图；
图5是一种将AM本机振荡器用作D级放大器的时钟源的方法的方框图；
图6是一种用于将AM本机振荡器下分频为可由一个适当的D级放大器使用的频率的方框图；
图7是一种用于将AM本机振荡器用作一个对不干扰附近的AM无线电设备的D级放大器的切换频率进行智能控制判定的基准的方法的方框图。
MOSFET技术的进步以及集成电路的进步使得有可能将D级放大器用于音频应用中。D级放大器比AB级放大器更为有效。过去，D级放大器的不足包括较多的部件数、成本、电磁干扰、以及低性能。通过增加集成度和引入复杂的控制集成电路，这些不足正变得较不明显。在不远的将来，在很多应用中D级放大器将取代AB级放大器。在大功率应用中D级放大器已经具有明显的优势。由于这些放大器的成本和部件数的降低，在小和中等功率应用中D级放大器能够等同于AB级放大器。
为克服D级放大器的低性能，可以使用图1所示的本机振荡可变频率调制器。积分器10具有一个经输入电阻器RIN的音频输入。积分器10具有一个经电阻器RDFB的数字反馈输入A，以及在输入B具有一个经电阻器RAFB的模拟反馈。从桥电路20和包括电感器L和电容器CLP的低通滤波器的输出得到相应的模拟和数字反馈信号A、B。为便于理解，让我们仅注意数字输出A并假定没有音频输入。在这种情况下，点A的输出是具有50％占空比的方波。当方波为高电平时，电流通过电阻器RDFB流入积分器10的求和点。其输出直线减小直到其达到比较器12的负阈值。R1和R2用于增加到比较器12的滞后。这些电阻器可用于调整比较器的正负阈值。当比较器12的输出变小时，较高的FET22断开，并在一个短的延迟之后，较低的FET24导通。方波变小，现在电流通过电阻器RDFB流出积分器10的求和点。积分器10的输出反相并直线增加直到其达到比较器12的正阈值为止。这就向较低的FET24发出断开信号并在一个短的延迟之后，接通较高的FET22。方波变高并继续循环。当没有音频信号时，点A的输出是50％的方波，并且积分器10的输出为三角波。
现在考虑使用音频信号的情况。假定音频信号为正，电流通过RIN流入积分器的求和点。电流还通过RAFB流出积分器的求和点(负反馈)。音频信号对积分器求和点电流的净贡献为IRIN-IRAFB。当较高的FET22接通时，电流IDFB和(IRIN-IRAFB)都流入求和点。这就增大了积分器10的输出的斜坡。当较高的FET24接通时，通过IDFB的电流反向并且两个电流现在处于相反方向。这就减慢了直线减小。可以将一个类似的分析应用到输入信号为负的情况。
由于进入比较器12的滞后恒定，正和负斜坡的斜率直接影响正和负脉冲宽度，以及占空比和比较器输出的频率。在较高的正音频输入电压，音频输出变为负，并且与低侧切换的工作时间周期相比高侧切换的工作时间可忽略。低侧脉冲的宽度大约与输出电压成比例并且主要设定环路频率。
声音性能在音频放大器中非常重要。音频D级放大器必须具有低THD、低噪声、以及平滑的频率响应。这些性能规定与放大器必须不干扰AM无线电设备的要求矛盾。解决办法是双模式操作。当处于AM-兼容模式时，放大器必须不干扰AM无线电接收。由于AM无线电处于限定到5khz的频带并且背景噪声较高，在多数情况下性能的轻微下降是可接收的。在其他方面，则设计目标是最优化声音使之具有最大保真度。
图2示出一种包括一个消除谐波的放大器的解决方法。AM接收机的本机振荡器信号为大于所选择的接收频率450KHz。该信号向谐波消除电路提供知晓要消除的频率所必须的信息。该信号还提供用于同步多个放大器的频率标准，以避免可在所选频率产生干扰的各个放大器时钟的相互调制。
该放大器通过避免时钟谐波与接收机所选频率处于同一位置而解决了AM干扰问题。使用适当的滤波、屏蔽、以及软切换技术可以解决FM干扰。这种技术允许AM和FM接收的满负荷操作，仅在AM兼容模式具有与固定频率调制器有关的AM接收的音频性能的较小下降。双模式操作的概念不限定到该具体实例。双模式操作可包含控制由切换放大器或其他放大技术在接收AM信号时产生的谐波的其他技术。AM干扰是主要问题。另外，音频保真度是主要设计目标。
图3示出一种用于双模式放大器的可能的方案。当处于AM模式时，控制两个MOSFETS作为一个AB级放大器。否则，该放大器作为一个D级放大器进行工作。
AM/FM切换10设定操作模式。AM模式检测模块1根据该切换产生一个逻辑信号。如果AM-兼容模式被启动，则该放大器作为一个AB级放大器进行工作。将AM逻辑信号应用到两个传输门电路4，因此将AB级放大器直接连接到MOSFETS的栅极。同时，反相的AM信号使两个门驱动器三态稳定。检测在两个电阻器Re1和Re2上的压降，提供限流保护。当AM-兼容模式不被启动时，该放大器作为一个D级放大器进行工作。两个传输门电路打开，使AB级与门电路断开。反相的AM信号使能两个门驱动器。
该放大器通过在AM-兼容模式时作为一个AB级放大器进行工作来解决AM干扰问题。使用适当的滤波、屏蔽、以及软切换技术可以解决FM干扰。尽管最高功率对于两个操作模式相同，但AB级放大器的低效限制了AM模式。
双模式操作的概念不限于具体的实例。在理论上，该概念可以扩展到覆盖A级和B级线性放大器。另外，双模式操作可以包含控制切换放大器本身产生的谐波的其他技术。这就允许放大器在两个高效模式之间切换。在AM模式，AM干扰是主要关注点。另一方面，音频保真度是主要设计目标。
图4示出一种使用AM本机振荡器(LO)作为D级放大器的时钟源的方法。本机振荡器信号100通过可以为有源或者无源电路的滤波器110输入。只要滤波器的时间常数足够长，输入本机振荡器频率的变化将从滤波器导致几乎为直流的、变化缓慢的输出电压150。输出电压的幅度随着输入AM本机振荡器电压的频率变化：输入频率越高，输出电压越高，反之亦然。将输出电压馈送给三个模拟滞后电压比较器电路160、161、162。滞后特征使比较器脱离快速变化状态，这样，使比较器输出稳定。每个比较器具有不同的基准电压120、130或135作为其比较点。使用预定算法可以找到基准电压，该预定算法确定AM频带内从一个N值切换到另一个的最佳点。最佳点基于所产生的切换频率与调谐无线电台的接近程度、最大希望切换频率(由于考虑到效率)、最小希望切换频率(基于音频频率滤波考虑)以及本机振荡器频率(450或455kHz)。本领域技术人员应该明白比较器所覆盖的频率范围以及该算法随输入AM频率和本机振荡器的频率的范围变化。
组合逻辑180考虑三个模拟比较器的状态并产生N的三比特值190。N是到数字N分频电路的三比特二进制输入。本领域的技术人员应该明白可以使用包括AND、NAND、OR或NOR门电路的很多不同逻辑设备来设计组合逻辑模块180。N分频电路200以N190对LO输入100的频率进行分频。分频LO 210是所产生的输出。本领域的技术人员应该明白可以以很多不同方式创建N分频电路，包括使用集成电路N分频逻辑设备、其他现有的逻辑产品或门电平设计。分频LO 210是基于LO 1O0的频率的固定频率的方波。分频LO 210用于控制所连接的D级放大器的频率。
这里是电路和方法如何实现提供一个不干扰输入AM信号的D级振荡器信号的实例。假定AM振荡器处于1200kHz频率。滤波器110是一个包括电容器和电阻器的无源电路。滤波器110将1200kHz信号转换为4伏直流信号。基准电压信号在参考点A为6伏，在参考点B为3伏，以及在参考点C为1伏。比较器160、161、162为滞后比较器。当输入信号大于基准信号时其输出二进制信号“1”，当输入信号小于基准信号时其输出二进制信号“0”。这里输出分别为0，1，1。逻辑电路180将二进制输出信号转换为分频输入频率的二进制数。可能的二进制输出信号的真值表如下：
A  B  C  N(十进制)
0  0  0  0
 0  0  1  1
 0  1  0  2
 0  1  1  3
 1  0  0  4
 1  0  1  5
 1  1  0  6
 1  1  1  7
正如所示出的，组合逻辑将比较器信号的结果转换为十进制数。适当的逻辑可以提供一个大于1小于8的输出整数因子信号。将输入频率由该因子分频以产生一个不干扰AM信号的D级振荡器信号。这里011产生因子3，输入频率从1200kHz分频为400kHz。
本领域的技术人员应该明白可以根据输入频率的范围配置组合逻辑电路以提供不同的因子。比较器输出可以与AND、OR、NOR或XNOR逻辑门电路组合以产生实际的结果。上述实例仅给出了一个简单的逻辑电路。
图5示出一种将AM本机振荡器(LO)用作D级放大器的时钟源的方法。方波LO100与低频基准时钟频率110A一起作为到12位计数器和锁定电路120的输入。(如果AM调谐器的LO不是方波，本领域的技术人员应该明白可以配置一个简单的模拟电路将其转换为方波。)12位计数器在很长的基准时钟周期期间累积来自LO的脉冲。当基准时钟周期结束时，将计数器的最高有效8位锁定到模块120的输出。由于计数器输出的最低有效4位仅有助于滤波计数器值，因此将其丢弃。
8位锁定计数器值130作为到三数字幅值比较器140到142的输入。幅值比较器将三个不同的基准值150、160、170与锁定计数器值130进行比较。本领域的技术人员应该明白可以以不同方式实现幅值比较器。一种可能的方式是用两个7485型的数字四位比较器级联成每个八位比较器。还要求在每个比较器内部具有滞后以便使边界条件处的噪声不影响比较器140-142输出的稳定性。
基准值150、160、和170对应于N值应该变化之处的频率。根据一个特定的算法和本机振荡器频率100与基准时钟频率的比率确定基准值。N可以是3和6之间所包含的一个整数。每个8位幅值比较器具有指示基准值150、160、或170是否小于、等于或大于锁定计数器值130的三个输出180。所有三个比较器的三个输出180作为到向组合逻辑200提供信号的滤波器电路190的输入，组合逻辑200根据比较器的滤波输出设定N210的三位值。本领域的技术人员应该明白，可以使用包含AND、NAND、OR和NOR门电路的很多不同逻辑设备来设计组合逻辑模块200和滤波器电路190。
N分频电路220取得N210值和方波LO输入100，并由N210分频LO输入100。分频LO230是N分频电路210的输出。本领域的技术人员应该明白可以以不同方式实现N分频电路210，包括使用集成电路N分频逻辑设备、其他现有的逻辑产品或门电平设计。分频LO230是基于LO100的频率的固定频率方波。使用分频LO220控制所连接的D级放大器的频率。
这里是该电路和方法如何实现提供一个不干扰输入AM信号的D级振荡器信号的实例。假定AM振荡器处于1200kHz频率。12位计数器120计数AM本机振荡器100在一个固定的时间周期内的脉冲。将计数的最高有效8位周期性地锁定到计数器和锁定120的输出130。假定计数器和锁定120的输出130为“200”。则“200”作为最高有效8位被锁定以提供一个输入信号到三个比较器140、141、142。每个比较器分别存储或接收一个基准数A、B和C。基准数对应于输入本机振荡器信号的980-2160kHz范围内的AM信号的频率断点。例如，基难A可以是“220”，基准B可以是“150”以及基准C可以是“100”。比较器140-142输出表示该输入是大于、小于、还是等于基准数的两位二进制数。例如，当输入信号大于基准信号时比较器具有一个二进制输出“010”，当输入信号小于基准信号时具有输出“001”，当输入信号等于基准信号时具有输出“100”。
逻辑电路180将比较器的二进制输出信号转换为分频输入频率的二进制数。选择基准数之间的差值使其对应于所要求的频率的范围。例如，大于A的数可以对应于大于1800kHz的频率；A和B之间对应于1500-1800kHz；1200-1500对应于B和C之间的一个数，以及任何小于C的数对应于小于1200kHz的频率。这样的选择建立选择分频AM本机振荡器频率的数N的算法。例如，小于1200kHz范围内的频率由3分频以保持所产生的切换频率远离450kHz或其任何谐波。
组合逻辑将比较器的结果转换为十进制数。适当的逻辑提供一个大于1并小于8的输出整数因子信号。输入频率由该因子分频以产生不干扰AM信号的D级振荡器信号。这里011产生一个因子3，输入频率从1200kHz分频到400kHz。
本领域的技术人员应该认识到可以根据输入频率范围配置组合逻辑电路以提供不同的因子。比较器的输出可以与AND、OR、NOR或XNOR逻辑门电路组合以产生实际结果。上述实例仅给出一个简单的逻辑电路。
图6示出一个进行所述算法的AM无线电本机振荡器(LO)信号1600。该信号通过N分频电路，N分频电路通过处于3和6之间所包含的整数值N分频LO频率。分频本机振荡器620是来自该电路的输出。本领域的技术人员应该认识到可以以很多不同方式创建N分频电路，包括使用集成电路N分频逻辑设备、其他现有的逻辑产品或门电平设计。分频LO620是基于LO600的频率的固定频率的方波。分频LO620用于控制所连接的D级放大器的频率。
通过将两个频率比较器电路用作反馈控制器来确定N值。一个比较器630将分频LO与最大频率“最高限度”进行比较，最高限度根据所要求的最大工作频率和在切换谐波和最高限度提供的调谐无线电台之间的差额确定。如果分频LO频率大于最高限度，则增加N值。通过增加N值，分频LO频率将减小。最高限度比较器630将一直增加N，直到分频LO处于或小于频率最高限度为止。当分频LO小于频率最高限度时，最高限度比较器630不再增加N。只要适当地选择频率最高限度，当本机振荡器处于其最大频率2260kHz时N将处于其最大值6。对于一个特定的D级放大器频率最高限度为360kHz。360kHZ提供切换谐波与调谐无线电台分开的最大可能，同时保持适合于至少一个特定D级放大器设计的切换。
刚才所述反馈回路仅增加N。如果AM无线电设备的用户正调谐AM频带使其减小，则不存在减小N值的机构，分频LO将减少到这样的低频，即，所连接的D级放大器将其输出滤波器切换的太慢以致不能完全消除切换频率及其来自输出的谐波。另外，N将不处于避免AM无线电干扰的正确值。因此，设计了重新将N设定到其三个值中的最小值的机构。重新设定N的反馈回路640与最高限度比较器630反馈回路并行工作。
N重新设定反馈回路640将一个最近的LO频率值存储在诸如数字计数器之类的存储器中。该回路将当前LO频率与存储在其存储器内的一个频率进行比较。如果新频率小于已有频率，则用户正将AM无线电设备从较高电台向较低电台调谐。这样的变化将N重新设定到其三个值中的最小值。如果N值远远小于新调谐的电台，则最高限度比较器将检测该情况并适当地增加N。
图7示出一种将AM本机振荡器(LO)用作一个D级放大器控制器的确定时钟源的方法。方波LO100与低频基准时钟频率110A一起作为到12位计数器和锁定电路120的输入。(如果AM调谐器的LO不是方波，本领域的技术人员应该明白可以配置一个简单的模拟电路将其转换为方波。)12位计数器在很长的基准时钟周期期间累积来自LO的脉冲。当基准时钟周期结束时，将计数器的最高有效8位锁定到模块120的输出。由于计数器输出的最低有效4位仅有助于滤波计数器值，因此将其丢弃。
8位锁定计数器值130作为到三数字幅值比较器140到142的输入。幅值比较器140-142将三个不同的基准值150、160、170与锁定计数器值130进行比较。本领域的技术人员应该明白可以以不同方式实现幅值比较器140-142。一种可能的方式是用两个7485型的数字四位比较器级联成每个八位比较器。还要求在每个比较器内部具有滞后，或在计数器之后使用滤波190，以便使窗口比较器转换点附近的计数值处的噪声不影响比较器140-142输出的稳定性。
基准值150、160和170对应于控制器应在不同的振荡器频率之间触发的频率。根据一个特定的算法和本机振荡器频率100与基准时钟频率110的比率确定基准值。
逻辑模块200用于确定哪个外部振荡器220应由电子开关210启动。如果输出振荡器220的频率被正确拾取并且适当地选择了使其工作的基准频率150，则所产生的分频D级放大器的输出频率230将一直产生一个不影响调谐AM无线电台的切换频率和谐波。
在50khz到2MHz范围切换的脉宽调制(“D级”)放大器和控制器产生影响AM无线电接收的谐波。这就妨碍了D级放大器在具有AM无线电接收的产品中广泛使用。本文所述放大器在通过AM无线电进行操作时使用改进的调制技术以避免在接收机所选频率或其中间(IF)频率产生谐波。一个实施例使用谐波消除调制器。第二实施例使用两个或多个振荡器用于测试失真最小的输出信号。第三实施例在放大AM信号时将操作模式切换到AB级放大器。

Claims (18)

1.一种D级放大器，其特征在于包含一个具有多个输入的积分器，这些输入包括音频输入、音频反馈输入和数字反馈输入；一个用来接收积分器的输出并产生脉冲序列的比较器，每一个脉冲对应于比较器的两个状态中的一个并且具有与积分器的输出斜率成正比的宽度；一个用于接收比较器的输出脉冲并产生与脉冲宽度的持续时间成正比的门驱动信号的驱动电路；一个包含两个或多个MOSFETS的桥电路，每一个MOSFETS都具有接收门驱动信号的门电路；一个连接到桥电路的输出的低通滤波器，用来将桥电路的输出转换为表示音频输入信号的功率信号；以及连接到比较器的、用于从输出信号中消除输入AM信号的谐波的装置。
2.如权利要求1所述的D级放大器，其中连接到比较器的装置包括一个连接到比较器的用于检测输入AM信号频率的谐波消除检测电路，响应谐波消除检测电路用于产生与输入AM频率完全不同的比较器切换信号的本机振荡器装置，其中连接到比较器的装置包括一个连接到放大器的输出用于检测谐波干扰输入AM信号的干扰检测电路、两个或多个固定振荡器、以及连接到固定振荡器和干扰检测电路的用于选择振荡器中产生最小干扰的振荡器的装置，以及连接到比较器的装置还包括用于检测AM输入信号的装置、响应所述AM信号用于断开比较器与驱动器电路并将输入音频信号连接到驱动器电路以便使桥电路用作AB级放大器的装置。
3.一种避免D级放大器中的AM无线电干扰的方法，其特征在于将AM信号转换为幅值与AM信号的频率成比例的直流信号；
将直流信号与一个或多个基准信号进行比较来产生比较器信号，比较器信号用于表示直流信号是大于还是小于基准信号；
组合比较器信号的结果来产生频率因子数；
用频率因子信号分频AM信号的频率来产生一个用于D级放大器的振荡器信号，其中AM信号最好是本机振荡器信号。
4.如权利要求3所述方法，其中将AM信号转换为直流信号的步骤包括使用一个或多个基准电压进行有源滤波或无源滤波的步骤，其中该因子为大于1并小于8的整数。
5.一种用于避免D级放大器中的AM无线电干扰的电路，其特征在于用于滤波AM信号以便将其转换为幅值与AM信号的频率成比例的直流信号的装置，用于将直流信号与一个或多个基准信号进行比较来产生表示直流信号是大于还是小于基准信号的比较器信号的装置，用于逻辑组合比较器信号的结果来产生频率因子数的装置，用于用频率因子信号分频AM信号的频率来产生一个用于D级放大器的振荡器信号的装置，其中AM信号最好是本机振荡器信号。
6.如权利要求5所述电路，其中用于滤波的装置包括一个有源或无源滤波器，基准信号包括一个或多个基准电压，其中用于分频的装置产生大于1并小于8的整数因子。
7.一种用于避免D级放大器中的AM无线电干扰的电路，其特征在于用于转换AM信号以便将其转换为幅值与AM信号的频率成比例的直流信号的一个滤波器，用于将直流信号与一个或多个基准信号进行比较来产生表示直流信号是大于还是小于基准信号的比较器信号的多个比较器，用于逻辑组合比较器信号的结果来产生频率因子数的组合逻辑电路，用于用频率因子信号分频AM信号的频率来产生一个用于D级放大器的振荡器信号的分频电路。
8.一种避免D级放大器中的AM无线电干扰的方法，其特征在于将AM信号转换为幅值与AM信号的频率成比例的二进制信号；
将转换的二进制信号与一个或多个基准二进制信号进行比较来产生比较器信号，比较器信号用于表示二进制信号是大于还是小于基准二进制信号；
组合比较器信号的结果来产生频率因子数；
用频率因子信号分频AM号的频率来产生一个用于D级放大器的振荡器信号，其中AM信号最好是本机振荡器信号。
9.如权利要求8所述方法，包括对比较器的输出二进制信号进行滤波的步骤，其中存在一个或多个基准二进制信号，因子为大于1并小于8的整数。
10.一种用于避免D级放大器中的AM无线电干扰的电路，包括：
用于将AM信号转换为幅值与AM信号的频率成比例的二进制信号的装置；
用于将转换二进制信号与一个或多个基准二进制信号进行比较来产生比较器信号的装置，比较器信号用于表示直流信号是大于还是小于基准信号；
用于组合比较器信号的结果来产生频率因子数的装置；
用于用频率因子信号分频AM信号的频率来产生一个用于D级放大器的振荡器信号的装置，其中AM信号是本机振荡器信号，基准信号包括一个或多个基准二进制信号，用于分频的装置产生一个大于1并小于8的整数因子。
11.一种用于避免D级放大器中的AM无线电干扰的电路，其特征在于：
用于接收一个输入振荡器信号并产生与输入振荡器信号频率成比例的输出二进制信号的计数器和锁定电路；
用于将二进制信号与基准二进制信号并比较来产生比较器信号的多个比较器，比较器信号用于表示二进制信号是大于还是小于或等于基准二进制信号；
用于组合比较器输出信号以产生频率因子信号的组合逻辑电路；
用于用频率因子信号分频AM信号的频率来产生一个用于D级放大器的振荡器信号的分频电路。
12.一种用于避免D级放大器中的AM无线电干扰的方法，其特征在于由一个整数因子信号分频AM信号的频率以产生一个不干扰本机振荡器信号的用于D级放大器的分频振荡器信号；将分频振荡器信号的频率与基准频率进行比较；当分频信号的频率与基准频率相差较大时改变整数分频因子。
13.一种用于避免D级放大器中的AM无线电干扰的方法，包括：由一个整数因子信号分频AM号的频率以产生一个不干扰本机振荡器信号的用于D级放大器的分频振荡器信号；将分频振荡器信号的频率与基准频率进行比较；将分频振荡器信号的频率与其最近的频率比较；当分频信号的频率大于基准频率时增加整数分频因子；当本机振荡器的频率小于本机振荡器的最近频率时将因子重新设定到最小，其中本机振荡器在980kHz到2260kHz范围内变化，最小整数为3，以及整数值在从3到6所包含的整数内变化。
14.一种用于避免D级放大器中的AM无线电干扰的电路，包括：用于由整数因子信号分频AM信号频率以产生一个不干扰本机振荡器信号的用于D级放大器的分频振荡器信号的装置；将分频振荡器信号的频率与基准频率进行比较的装置；将本机振荡器信号的频率与其最近的频率比较的装置；当分频信号的频率大于基准频率时增加整数分频因子的装置；当本机振荡器的频率小于本机振荡器的最近频率时将因子重新设定到最小的装置，其中本机振荡器在980kHz到2260kHz围内变化，最小整数为3，以及整数值在从3到6所包含的整数内变化。
15.一种用于避免D级放大器中的AM无线电干扰的电路，包括：用于接收输入本机振荡器信号并由整数分频本机振荡器信号的频率以产生一个不干扰本机振荡器信号的用于D级放大器的分频振荡器信号的N分频电路；将分频振荡器信号的频率与基准频率进行比较的第一比较器；将本机振荡器信号的频率与其最近的频率比较的第二比较器；当分频信号的频率大于基准频率时增加整数分频因子的加法器电路；当本机振荡器的频率小于本机振荡器的最近频率时将因子重新设定到最小的重新设定电路，其中本机振荡器在980kHz到2260kHz围内变化，最小整数为3，以及整数值在从3到6所包含的整数内变化。
16.一种避免D级放大器中的AM无线电干扰的方法，包括：
将AM信号转换为幅值与AM信号的频率成比例的二进制信号；
将转换的二进制信号与一个或多个基准二进制信号进行比较来产生比较器信号，比较器信号用于表示直流信号是大于还是小于或等于基准二进制信号；
逻辑组合比较器信号的输出来产生振荡器选择信号；
选择多个振荡器中对应于振荡器选择信号的振荡器，还包括对比较器的输出二进制信号进行滤波的步骤，其中存在一个或多个基准二进制信号。
17.一种用于避免D级放大器中的AM无线电干扰的电路，包括：
将AM信号转换为幅值与AM信号的频率成比例的二进制信号的装置；
将转换的二进制信号与一个或多个基准二进制信号进行比较来产生比较器信号的装置，比较器信号用于表示二进制信号是大于还是小于或等于基准二进制信号；
逻辑组合比较器信号的输出来产生振荡器选择信号的装置；
选择多个振荡器中对应于振荡器选择信号的振荡器的装置；AM信号是一个本机振荡器信号；基准信号包括一个或多个基准二进制信号。
18.一种用于避免D级放大器中的AM无线电干扰的电路，包括：
接收输入振荡器信号并产生与输入振荡器信号的频率成比例的输出二进制信号的计数器和锁定电路；
用于将二进制信号与基准二进制信号进行比较并产生比较器输出信号的多个比较器，比较器输出信号用于表示二进制信号是大于还是小于或等于基准二进制信号；
用于组合比较器输出信号来产生频率选择信号的组合逻辑电路；
多个振荡器，每个振荡器的频率与其他振荡器不同，并响应振荡器选择信号以便将一个相应的振荡器连接到消除电路的输出。
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