CN1614879A - 功放电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种功放电路，其包括：PWM信号生成部(12)，其形成对应于输入信号而脉宽的增减构成相反关系的第一及第二PWM信号；第一及第二延迟部(14、16)，其使第一及第二PWM信号分别延迟并只延迟不同时间；第一及第二开关放大部(19、21、23、25)，其对延迟后的第一及第二PWM信号进行功率放大，并将由此得到的第一及第二输出信号提供给电路负荷部(26、27、28)。本发明通过一对开关放大部分别进行脉宽的增减构成相反关系的一对PWM信号的功率放大，来分散由各开关放大部的开关操作所产生的噪声的时刻。

Description

功放电路

技术领域

在本申请的权利要求书中所记载的发明涉及一种功放电路，所述功放电路通过与基于声音信号的脉宽调制信号(以下称为PWM信号)相应的开关操作，来进行所述PWM信号的功率放大，并将由此得到的输出信号提供给包括扬声器等在内的负荷。

背景技术

对于将声音信号放大后提供给扬声器，从而从扬声器得到与声音信号对应的声音的音响装置来说，根据各种目的，在声音信号的放大方面会采取各种各样的方法。特别是在基于输入声音信号来得到用于驱动扬声器的输出信号的、与声音信号有关的功率放大方面，由于所谓的进行D级操作的D级放大可得到较好的畸变特性，因此多在进行所述功率放大的晶体管等有源放大元件上使用。

D级放大是由用于该D级放大的晶体管等有源放大元件例如通过响应作为声音信号的输入信号进行开关操作来进行的。并且，就进行有关声音信号的D级放大的功放电路而言，例如公开有这样的功放电路，所述功放电路获得基于输入声音信号的PWM信号，进行有关该PWM信号的功率放大，然后将功率放大了的PWM信号通过低通滤波器(下面，称为LPF)提供给扬声器部(例如参见专利文献1)。

在专利文献1公开的功放电路中，一对开关放大部采用所谓的桥式推挽放大(BTL)形式，并用于驱动作为它们共同部分的扬声器部。采用这种BTL形式的功放电路具有一种脉宽调制放大器，所述脉宽调制放大器形成对应于可听频带的数字信号(输入声音信号)而脉宽的增减构成相反关系的第一及第二PWM信号，通过第一功率开关电路部(第一开关放大部)响应于第一PWM信号的开关操作来进行从脉宽调制放大器得到的第一PWM信号的功率放大，由此将作为第一功率开关电路部的输出信号而得到的第一PWM信号提供给第一功率LPF。此外，通过第二功率开关电路部(第二开关放大部)响应于第二PWM信号的开关操作来进行从脉宽调制放大器得到的第二PWM信号的功率放大，由此将作为第二功率开关电路部的输出信号而得到的第二PWM信号提供给第二功率LPF。

并且，从第一及第二功率LPF分别导出且极性相反的一对信号被提供给与第一及第二功率LPF的双方相连接的扬声器部。由此，扬声器部通过极性相反的一对信号而被差动驱动，发出与输入声音信号对应的声音。

这里，专利文献1是指日本专利申请特开2002-158544号公报。

在上述已经公开的功放电路中，从脉宽调制放大器得到的第一及第二PWM信号由于是基于作为输入声音信号的可听频带的数字信号，并且例如使用共用的时钟信号来形成的，所以各周期同步。因此，就算第一及第二PWM信号存在极小的时间误差，各个周期开端的上沿部或下沿部实质上也会同时出现。其结果是，即使在进行响应于第一PWM信号的开关操作的第一功率开关电路部和进行响应于第二PWM信号的开关操作的第二功率开关电路部的每一个中存在极小的时间误差，实质上也会同时进行响应于第一及第二PWM信号的位于各个周期开端的上沿部或下沿部的开关操作。

在第一及第二功率开关电路部的每部分中，在每次进行响应于第一或第二PWM信号的开关操作时，会在由此得到的第一或第二PWM功率信号的上沿部或下沿部上产生由振荡等引起的过冲或下冲。仅由这些从所述第一及第二功率开关电路部得到的第一或第二PWM功率信号中的过冲或下冲就会构成产生不希望得到的噪声的原因。

在此基础上，如上所述，如果在进行响应于第一PWM信号的开关操作的第一功率开关电路部和进行响应于第二PWM信号的开关操作的第二功率开关电路部的每部分中，存在极小的时间误差，实质上也会同时进行响应于第一及第二PWM信号的位于各个周期开端的上沿部或下沿部的开关操作，从而第一功率开关电路部所产生的噪声和第二功率开关电路部所产生的噪声将被重叠成较大规模。并且，所述较大规模的噪声存在如下的问题：所述噪声不但对第一及第二功率LPF及包括扬声器部在内的负荷部产生坏影响，而且作为不需要的辐射被送到外部，从而干扰外部的通信，进而还会对外部的电子设备产生坏影响。

特别是，例如当音响装置是多声道方式的，并且与上述第一及第二功率开关电路部相当的功率开关电路部的组分别对应多个声道而构成多组时，随着这些开关操作的进行而产生的噪声给外部带来妨碍或坏影响的可能性将变大。

发明内容

鉴于上述问题，本申请的权利要求书中所记载的发明提供一种功放电路，所述功放电路得到对应于输入信号而脉宽的增减构成相反关系的一对PWM信号，并通过一对开关放大部来分别进行有关这些PWM信号的功率放大，从而将从一对开关放大部的各部分得到的输出信号提供给包括扬声器等在内的负荷，由此来分散在一对开关放大部的各部分中产生噪声的时刻，从而可降低由噪声带来妨害和坏影响的可能性。

与本申请权利要求书的第一至第四技术方案中任一方案所记载的发明相关的功放电路包括：

PWM信号生成部，形成对应于输入信号而脉宽的增减构成相反关系的第一及第二PWM信号；第一延迟部，使从PWM信号生成部得到的第一PWM信号延迟并只延迟第一时间；第一开关放大部，通过响应于由第一延迟部延迟后的第一PWM信号的开关操作，来进行关于由第一延迟部延迟后的第一PWM信号的功率放大，并将由此得到的第一输出信号提供给电路负荷部；第二延迟部，使从PWM信号生成部得到的第二PWM信号并只延迟与第一时间不同的第二时间；第二开关放大部，通过响应于由第二延迟部延迟后的第二PWM信号的开关操作，来进行关于由第二延迟部延迟后的第二PWM信号的功率放大，并将由此得到的第二输出信号提供给所述电路负荷部。

在与本申请权利要求书的第一至第四技术方案中任一方案所记载的发明相关的功放电路中，从PWM信号生成部得到并对应于输入信号而脉宽的增减构成相反关系的第一及第二PWM信号通过第一及第二延迟部成为具有相互不同的延迟时间的信号，并分别被提供给第一及第二开关放大部，第一开关放大部通过响应于第一PWM信号的开关操作来进行有关第一PWM信号的功率放大，同时第二开关放大部通过响应于第二PWM信号的开关操作来进行有关第二PWM信号的功率放大，其结果是，从第一及第二开关放大部分别得到的第一及第二输出信号被提供给电路负荷部。

发明效果

因此，根据与本申请权利要求书的第一至第四技术方案中任一方案所记载的发明有关的功放电路，响应于第一开关放大部的第一PWM信号的开关操作和响应于第二开关放大部的第二PWM信号的开关操作在相互不同的时刻进行，从而分散了由第一开关放大部的响应于第一PWM信号的开关操作和第二开关放大部的响应于第二PWM信号的开关操作分别产生的噪声的时刻。由此，可降低所述噪声带来妨碍或坏影响等的可能性。

此外，第一及第二PWM信号所分别具有的相互不同的延迟时间之差被选定为较短的时间，例如，如与第四技术方案所记载的发明有关的功放电路的情况那样选定为用于分别形成第一及第二PWM信号的时钟信号周期的10倍以下，从而可避免第一及第二输出信号通过双方的合成而带来实质上的失真的情况，其中所述第一及第二输出信号是从第一及第二开关放大部分别得到并提供给负荷电路部的。

附图说明

图1是表示与本申请权利要求书的第一至第四技术方案中任一方案所记载的发明有关的功放电路的一个例子的电路连接图；

图2是用于说明图1所示例子的操作的信号波形图；

图3是用于说明图1所示例子的操作的信号波形图；

图4是用于说明图1所示例子的操作的信号波形图。

具体实施方式

现通过将在下面进行描述的实施例来说明用于实施本申请权利要求书的第一至第四技术方案中任一方案所记载的发明的优选方式。

(实施例)

图1示出了与本申请权利要求书的第一至第四技术方案中任一方案所记载的发明有关的功放电路的一个例子。

在图1所示的例中，例如，声音信号SA作为输入信号通过输入端子11提供给PWM信号生成部12。从时钟信号生成部13送出的时钟信号CK也被提供给PWM信号生成部12。时钟信号CK例如是将其周期设为20nsec(20纳秒)或其附近时间的信号。

PWM信号生成部12在使用时钟信号CK的基础上，形成如图2的A及B所示的第一PWM信号PP和第二PWM信号PN，所述第一PWM信号PP和第二PWM信号PN对应于作为输入信号的声音信号SA而脉宽的增减构成相反的关系。有关这种第一及第二PWM信号PP及PN的、上述“对应于作为输入信号的声音信号SA而脉宽的增减构成相反的关系”的含义是指：当对应于作为输入信号的声音信号SA的电平变化而第一PWM信号PP的脉宽增加时，对应于作为输入信号的声音信号SA的电平变化而第二PWM信号PN的脉宽将减少；此外，当对应于作为输入信号的声音信号SA的电平变化而第一PWM信号PP的脉宽减少时，对应于作为输入信号的声音信号SA的电平变化而第二PWM信号PN的脉宽将增加。此外，通过使用通用的时钟信号来形成第一及第二PWM信号PP及PN，从而各周期互相都同步，并且实质上同时产生各周期开端的上沿部或下沿部。

从PWM信号生成部12得到的第一PWM信号PP在第一延迟部14中延迟并只延迟预定的第一时间ta，从而如图3的A所示，成为延迟PWM信号PPD，并被提供给缓冲放大部15。此外，从PWM信号生成部12得到的第二PWM信号PN在第二延迟部16中延迟且只延迟预定的与上述第一延迟时间不同的第二时间tb，从而如图3的B所示，成为延迟PWM信号PND，并被提供给缓冲放大部17。

例如将相对于第一延迟部14中的第一PWM信号PP的第一时间ta和相对于第二延迟部16中的第二PWM信号PN的第二时间tb之差选定为下述的时钟信号CK的周期，例如为20nsec或其附近时间的10倍以下，所述时钟信号CK是从时钟信号生成部13送出并被提供给PWM信号生成部12，从而用于形成第一及第二PWM信号PP及PN的时钟信号。由此，从第一延迟部14得到的延迟PWM信号PPD和从第二延迟部16得到的延迟PWM信号PND之间将具有时钟信号CK的周期，例如20nsec或其附近时间的10倍以下的时间差tx，从而延迟PWM信号PPD及PND的各自的位于各个周期开端的上沿部或下沿部，例如将隔着时钟信号CK的周期，例如20nsec或其附近时间的10倍以下的时间差tx而产生。图3示出了延迟PWM信号PPD及PND的各自的位于各个周期开端的上沿部或下沿部隔着时间差tx而产生的状态。

在缓冲放大部15中被放大的延迟PWM信号PPD进一步通过不发生极性翻转的放大部18，被提供给场效应晶体管(以下称为FET)19的栅极，同时通过发生极性翻转的反相放大部20，从而极性翻转并被提供给FET 21的栅极。FET 19的漏极连接在电源线+B上，此外，FET 19的源极连接在FET 21的漏极上，而且，FET 21的源极连接在基准电位点上。并且，FET 19及21分别起开关元件的功能，从而由两者构成第一开关放大部，所述第一开关放大部对从第一延迟部14得到并通过缓冲放大部15的延迟PWM信号PPD进行功率放大。

FET 19响应于通过放大部18且没有发生极性翻转的延迟PWM信号PPD中的上沿部及下沿部而进行开关操作(从截止到导通/从导通到截止)，此外，FET 21响应于通过反相放大部20且发生了极性翻转的延迟PWM信号PPD中的上沿部及下沿部而进行开关操作(从导通到截止/从截止到导通)。其结果是，在FET 19的源极和FET 21的漏极的连接点上如图4的A所示，将导出对延迟PWM信号PPD进行功率放大后所得的第一输出信号OPP。

另一方面，在缓冲放大部17中被放大的延迟PWM信号PND进一步通过不发生极性翻转的放大部22，被提供给FET 23的栅极，同时通过发生极性翻转的反相放大部24，从而极性翻转并被提供给FET 25的栅极。FET 23的漏极连接在电源线+B上，此外，FET 23的源极连接在FET 25的漏极上，而且，FET 25的源极连接在基准电位点上。并且，FET 23及25分别起开关元件的功能，从而由两者构成第二开关放大部，所述第二开关放大部对从第二延迟部16得到并通过缓冲放大部17的延迟PWM信号PND进行功率放大。

FET 23响应于通过放大部22且没有发生极性翻转的延迟PWM信号PND中的上沿部及下沿部而进行开关操作(从截止到导通/从导通到截止)，此外，FET 25响应于通过反相放大部24且发生了极性翻转的延迟PWM信号PND中的上沿部及下沿部而进行开关操作(从导通到截止/从截止到导通)。其结果是，在FET 23的源极和FET 25的漏极的连接点上如图4的B所示，将导出对延迟PWM信号PND进行功率放大后所得的第二输出信号OPN。

对应于延迟PWM信号PPD和延迟PWM信号PND所具有的时间差tx，第一输出信号OPP和第二输出信号OPN也具有时钟信号CK的周期，例如20nsec或其附近时间的10倍以下的时间差tx，从而第一及第二输出信号OPP及OPN的各自的位于各个周期开端的上沿部或下沿部将隔着时钟信号CK的周期，例如20nsec或其附近时间的10倍以下的时间差tx而产生。图4示出了第一及第二输出信号OPP及OPN的各自的位于各个周期开端的上沿部或下沿部隔着时间差tx而产生的状态。

在包括FET 19及21而构成的第一开关放大部中，在进行有关延迟PWM信号PPD的功率放大并导出第一输出信号OPP时，将产生噪声，所述噪声是由响应于延迟PWM信号PPD而进行的FET 19及21的各自的开关操作引起的。由于FET 19及21的各自的开关操作是响应延迟PWM信号PPD中的上沿部及下沿部来进行，因此，起因于第一开关放大部中的FET 19及21的各自的开关操作的噪声的产生时刻也与延迟PWM信号PPD中的上沿部及下沿部相对应。

在包括FET 23及25而构成的第二开关放大部中，也同样在进行有关延迟PWM信号PND的功率放大并导出第二输出信号OPN时，将产生噪声，所述噪声是由响应延迟PWM信号PND而进行的FET 23及25的各自的开关操作引起的。由于FET 23及25的各自的开关操作响应延迟PWM信号PND中的上沿部及下沿部来进行，因此，起因于第二开关放大部中的FET 23及25的各自的开关操作的噪声的产生时刻也与延迟PWM信号PND中的上沿部及下沿部相对应。

如上所述，延迟PWM信号PPD和延迟PWM信号PND之间具有时间差tx，从而延迟PWM信号PPD及PND的各自的位于各个周期开端的上沿部或下沿部将隔着时间差tx而产生。因此，如上所述，由第一开关放大部中的FET 19及21的各自的开关操作而引起的噪声的产生时刻和由第二开关放大部中的FET 23及25的各自的开关操作而引起的噪声的产生时刻被分散开，从而大大降低了两者一致的概率。其结果是，显著降低了发生以下问题的可能性：在第一及第二开关放大部中分别产生的噪声被重叠成较大规模的噪声，而且这些噪声作为不需要的辐射被送到外部，从而干扰外部的通信，进而对外部的电子设备产生坏影响。

在第一开关放大部中的FET 19的源极和FET 21的漏极的连接点上得到的第一输出信号OPP被提供给第一LPF 26，由此，从第一LPF 26送出与第一输出信号OPP对应的模拟电平变化信号SPO。此外，在第二开关放大部中的FET 23的源极和FET 25的漏极的连接点上得到的第二输出信号OPN被提供给第二LPF 27，由此，从第二LPF 27送出与第二输出信号OPN对应的模拟电平变化信号SNO。

从第一及第二LPF 26及27分别得到的模拟电平变化信号SPO及SNO作为基于输入信号的声音信号SA被功率放大的声音信号，被提供给扬声器部28。由此，通过由模拟电平变化信号SPO及SNO所合成的信号来驱动扬声器部28，从而从扬声器部28发出与作为输入信号的声音信号SA相对应的声音。

此时，由于在第一开关放大部中的FET 19的源极和FET 21的漏极的连接点上得到的第一输出信号OPP和在第二开关放大部中的FET 23的源极和FET 25的漏极的连接点上得到的第二输出信号OPN之间所具有的时间差tx是比较短的时间，即时钟信号CK的周期，例如为20nsec或其附近时间的10倍以下的时间，因此，驱动扬声器部28的由模拟电平变化信号SPO及SNO所合成的信号实质上不会产生失真。

在上述前提下，第一LPF 26及第二LPF 27和扬声器部28构成第一开关放大部和第二开关放大部的共同的负荷电路部，所述第一开关放大部包括FET 19及21，所述第二开关放大部包括FET 23及25。

上述的图1所示的例子不仅可单独构成单频方式的音响装置等中的功放电路来使用，还可以通过并列配置多个所述电路来构成用于多频方式的音响装置等中的功放电路。

此外，在图1中所示的例子中，第一及第二开关放大部包括FET 19、21、23及25，但作为构成第一及第二开关放大部从而实现开关功能的元件，当然也可以使用例如双极晶体管等其他的元件来代替FET 19、21、23及25的各元件。

工业实用性

如上述的与本申请权利要求书的第一至第四技术方案中任一方案所记载的发明有关的功放电路例如不仅适用于不论单声道方式还是多声道方式的各种音响装置中的功放电路，还可以广泛适用于音响装置以外的电子设备中的功放电路。

Claims (4)

1.一种功放电路，其特征在于，包括：

脉宽调制信号生成部，其形成对应于输入信号而脉宽的增减构成相反关系的第一及第二脉宽调制信号；

第一延迟部，其使从所述脉宽调制信号生成部得到的所述第一脉宽调制信号延迟并只延迟第一时间；

第一开关放大部，其通过响应于由所述第一延迟部延迟后的第一脉宽调制信号的开关操作，来进行关于由所述第一延迟部延迟后的第一脉宽调制信号的功率放大，并将由此得到的第一输出信号提供给电路负荷部；

第二延迟部，其使从所述脉宽调制信号生成部得到的所述第二脉宽调制信号延迟并只延迟与所述第一时间不同的第二时间；以及

第二开关放大部，其通过响应于由所述第二延迟部延迟后的第二脉宽调制信号的开关操作，来进行关于由所述第二延迟部延迟后的第二脉宽调制信号的功率放大，并将由此得到的第二输出信号提供给所述电路负荷部。

2.如权利要求1所述的功放电路，其特征在于，所述电路负荷部包括：第一低通滤波器部，所述第一输出信号被提供给该第一低通滤波器部；第二低通滤波器部，所述第二输出信号被提供给该第二低通滤波器部；以及终端负荷部，从所述第一及第二低通滤波器部分别得到的信号被提供给该终端负荷部。

3.如权利要求2所述的功放电路，其特征在于，所述输入信号是声音信号，所述终端负荷部是连接在所述第一及第二低通滤波器部上的扬声器部。

4.如权利要求3所述的功放电路，其特征在于，所述第一及第二时间的相互时间差是用于分别形成所述第一及第二脉宽调制信号的时钟信号周期的10倍以下。

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