CN201440647U - 具有双调变模块的d类放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型关于一种具双调变模块的D类放大器，令H型桥式开关电路的二半桥电路分别包含有第一及第二子半桥开关电路，且第一子半桥开关电路的上/下侧开关数量大于第二子半桥开关电路的上/下侧开关数量，又输出至二第一子半桥开关电路的脉宽调变信号分别为同一半桥电路的第二子半桥开关电路之脉宽调变信号与另一半桥电路的第二子半桥开关电路的脉宽调变信号之差；因此，当D类放大器无信号输出时，二第一子半桥开关电路不须切换，而于信号输出时，在对应声音信号同一半周内，仅其中一组第一子半桥动作；是以，能有效降低半桥电路的切换损失及输出切换回转率，以降低整体D类放大器的电磁干扰值。

Description

具有双调变模块的D类放大器

技术领域

本实用新型关于一种D类放大器，尤指一种具双调变模块的D类放大器。

背景技术

一般来说，输出级的放大电路概包含有A类、B类、AB类及D类等放大器，早期较常见的为AB类放大器，但随着半导体加工技术的成熟，具有较低消耗功率的D类放大器渐为常见。

D类放大器与AB类放大器最大差异即是输出脉宽调变信号推动电感性负载，而并非以线性信号推动之；其中该脉宽调变信号包含有声音信号以及脉宽调变开关信号和谐波信号。由于D类放大器输出脉宽调变信号，使得输出级开关电路的各开关自高阻抗切换至极低阻抗，且导通时间短，使得导通电流流经导通电阻时间相对缩短，而较AB类放大器更有效率，且消耗功率更小。

请参阅图5所示，为一种现有开回路的D类放大器70，该D类放大器70包含有一增益放大器71、一PWM调变器72、一内部振荡器73及一H型桥式开关电路74；其中该增益放大器71输入端接收外部模拟声音信号(Vi+，Vi-)，并将该外部模拟声音信号予以放大后，由该PWM调变器72依据内部振荡器73输出的振荡信号输出脉宽调变信号，并将该脉宽调变信号输出至H桥式开关电路74，以控制该H桥式开关电路74各开关的导通时间及导通回路。

由于上述D类放大器70属于开回路的差分电路，加上该增益放大器71包含有一差分放大器701，而该差分放大器701本身包含有噪声基准(NoiseFloor)，其中该噪声基准属于动态噪声的一种，因此当声音信号输入至该增益放大器71时，该动态噪声会加入放大后的声音信号中，造成电感性负载还原的声音信号失真，相对具有较差的信号失真噪声比(SDNR)。

是以，请参阅图7所示，为一种闭反馈回路的D类放大器70a的电路方块图，其包含有：

一增益调整电路711，其包含有一组模拟输入端(Vi+，Vi-)，供连接声音信号；

一第一差分放大器712，其输入端分别连接至该增益调整电路711的模拟输入端(Vi+，Vi-)，通过增益调整电路711调整该第一差分放大器712的增益值；

一阶积分电路75，包含有一第二差分放大器751及二组RC电路，其中二组RC电路分别连接于D类放大器的二差分输出端(D0+，D0-)及该第二差分放大器751的同相输入端(+，-)之间，将D类放大器70a输出的差分输出信号与第一差分放大器712输出放大声音信号予以合并后再予以输出；

二比较器76，各比较器76的其中一输入端连接至对应该一阶积分电路75的第二差分放大器751的差分输出端，又二比较器76的各另一输入端则共同连接至一三角波产生器77，因此各比较器76将一阶积分电路75的输出信号与三角波信号进行比对，如图8所示，由于一阶积分电路75输出为弦波信号(Vi+，Vi-)，经与三角波信号S2比对后，即输出脉宽调变信号；及

一逻辑电路78，其输入端连接至该二比较器76的输出端，依据二组脉宽调变信号决定二组驱动信号；及

一H型桥式开关电路74，包含有二半桥开关电路741构成，二半桥开关电路741的二串接节点供一电感性负载60连接，而该二半桥开关电路741的控制端连接至该逻辑电路78的输出端，以受该逻辑电路78输出的二组驱动信号而启闭。

在上述D类放大器70a架构中，因为第二差分放大器751与二组RC电路构成一阶反馈回路，故输入至比较器76之信号是由第二差分放大器751产生的误差信号(error signal)合并第一差分放大器712所放大输入声音信号与真实输出信号(高压方波)而得，而第一差分放大器712所放大的输入声音信号包含有一些非线性项(non-linear terms)，如差分放大器的频率限制、放大器噪声、参考电压噪声、增益/频宽乘积限制以及含三角波生器的非线性值之反馈输出信号等。而该些非线性元件通过一阶反馈回路加以消除，因此较开回路D类放大器的信号失真噪声比(SDNR)为较好。

然而，不论开回路或闭回路的D类放大器电路设计，均采用H型桥式开关电路，该H型桥式开关电路由二半桥电路组成，各半桥电路又包含有一上侧开关电路及一下侧开关电路，而上侧及下侧开关电路分别由多个电子开关并联而成，故上侧及下侧开关电路会分别受到逻辑电路78输出对应驱动信号而启闭。因此，即使输出较小的声音信号，上侧及下侧开关电路的电子开关也全部受驱动电路控制而启闭，使得D类放大器具有很高的电磁干扰值，有必进一步改良之。

发明内容

本实用新型的目的在于，解决现有D类放大器具有很高的电磁干扰值的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型提供一种具有双调变模块的D类放大器，包含有一差分增益调整即比较电路、一逻辑电路及一H型桥式开关电路；其中：

上述差分增益调整即比较电路用以与外部模拟声音信号(Vi+，Vi-)连接，将模拟声音信号(Vi+，Vi-)经过增益调整后，再与一三角波信号进行比对，以输出二组第一脉宽调变信号；

上述H型桥式开关电路该H型桥式开关电路包含有二半桥电路，各半桥电路的控制端分别连接至该逻辑电路的输出端，而其串接节点即为D类放大器的差分输出端，又各半桥电路的上侧开关电路与下侧开关电路分成二组子半桥开关电路，即包含有一第一子半桥开关电路及第二子半桥开关电路，其中该第一子半桥开关电路的上侧及下侧开关数量多于第二子半桥开关电路的上侧及下侧开关数量；

上述逻辑电路包含有四组脉宽调变信号输出端，并分别连接至该二半桥电路的第一子半桥开关电路及第二子半桥开关电路，其中逻辑电路输出至二第二子半桥开关电路的脉宽调变信号输端，将前级差分增益调整即比较电路输入的比较差分脉波信号直接输出，而输出至二第一子半桥开关电路的脉宽调变信号，则是将输出至同一半桥电路的第二子半桥开关电路之脉宽调变信号减去另一半桥电路的第二子半桥开关电路的脉宽调变信号，

本实用新型的有益效果在于，当D类放大器无信号输出时，二第一子半桥开关电路完全不须要切换，而在D类放大器有信号输出时，在对应声音信号同一半周内，二组第一子半桥也仅其中一组有动作；是以，能有效降低半桥电路的切换损失及输出切换回转率(output switch slew rate)，可降低整体D类放大器的电磁干扰值。

附图说明

图1为本实用新型一较佳实施例的电路方块图；

图2A为图1在D类放大器无信号输出时的波形图；

图2B为图1在D类放大器有信号输出时的波形图；

图3为图1的详细电路方块图；

图4为二阶及单阶反馈回路下的放大声音信号之频域图；

图5为一种开回路的D类放大器电路方块图；

图6为图5输出放大声音信号的频域图；

图7为一种闭回路的D类放大器电路方块图；

图8为图7的波形图。

附图标记说明：

10-差分增益调整即比较电路；11-增益调整电路；20-第一差分放大器；21-第一RC电路；22-第二差分放大器比较器；23-第二RC电路；30-比较器；31-比较器；32-三角波产生器；40-逻辑电路；50-H型桥式开关电路；51-半桥电路；511-第一子半桥开关电路；512-第二子半桥开关电路；52-半桥电路；521-第一子半桥开关电路；522-第二子半桥开关电路；60-电感性负载；70、70a-D类放大器；71-增益放大器；72-PWM调变器；73-内部振荡器；74-H型桥式开关电路；75-比较器；76-比较器；77-三角波信号；80-低通滤波器。

具体实施方式

请参阅图1所示，为本实用新型具有双调变模块的D类放大器的电路方块图，其包含有：

一差分增益调整即比较电路10，用以与外部模拟声音信号(Vi+，Vi-)连接，将模拟声音信号(Vi+，Vi-)经过增益调整后，再与一三角波信号进行比对，以输出二组第一脉宽调变信号；

一逻辑电路40，连接至该差分增益调整即比较电路10的输出端，以接受二组第一脉宽调变信号，又该逻辑电路包含有四组输出端，分别输出二组第一脉宽调变信号(Y+，Y-)及产生并输出二第二组脉宽调信号(X+，X-)；及

一H型桥式开关电路50，包含有二半桥电路51，各半桥电路51，52的串接节点即为D类放大器的差分输出端(D0+，D0-)，又各半桥开关51，52的上侧开关电路与下侧开关电路分成二组子半桥开关电路，即各半桥电路包含有一第一子半桥开关电路511，521及第二子半桥开关电路512，522，其中该第一子半桥开关电路511，521的高/低侧开关数量多于第二子半桥开关电路521，522的高/低侧开关数量(约3-5倍)，又两半桥电路51，52的第一及第二子半桥开关电路511，512，521，522分别与逻辑电路40的对应输出端连接。

上述逻辑电路40将二第一脉宽调变信号(Y+，Y-)输出至二半桥电路51，52的二组第二子半桥开关电路512，522，而第二脉宽调变信号(X+，X-)则输出至二半桥电路51，52的二组第一子半桥开关电路511，521，其中第二脉宽调变信号(X+，X-)将输出至同一半桥电路51，52的第二子半桥开关电路512，522之第一脉宽调变信号减去另一半桥电路52，51的第二子半桥开关电路522，512的脉宽调变信号；因此，该逻辑电路40的逻辑运算式为X-＝(Y-)-(Y+)；X+＝(Y+)-(Y-)。

请配合参阅图2A所示，当D类放大器10a的差分输出端(D0-，D0-)无输出时，该逻辑电路50a输出至Y-及Y+的脉宽调变调宽度比例(Duty Cycle)分别为50％，依据上述逻辑运算式，该X-及X+分别为Y-及Y+的差值，故输出至X-及X+的脉宽调变调宽度比例(Duty Cycle)分别为0％，故二半桥电路51，52中的第一子半桥开关电路511，521在D类放大器10无信号输出时完全不须要切换。再请参阅图2B所示，当在D类放大器10a有信号输出时，在对应声音信号同一半周内，二组第一子半桥511，521也仅其中一组有动作；因此，能有效降低半桥电路的切换损失及输出切换回转率(output switch slew rate)，可降低整体D类放大器的EMI值。

至于本实用新型的差分增益调整即比较电路10一较实施例如图3所示，其包含有一增益调整电路11、二阶积分器、二比较器30，31及一三角波产生器32。其中该二阶积分器包含有：

一第一差分放大器20，包含有一正向输入端、一反向输入端、一反向差分输出端及一正向差分输出端，其中该正向输入端连接至该增益调整电路11，以调整该第一差分放大器20的增益；

二第一RC电路21，分别连接于D类放大器差分输出端(D0+，D0-)与该第一差分放大器20的正向及反向输入端之间，构成二组第一阶积分电路；

一第二差分放大器22，包含有一正向输入端、一反向输入端，其中该正向输入端连接至该第一差分放大器20的正向差分输出端，而该反向输入端则连接至该第一差分放大器20的反向差分输出端；及

二第二RC电路23，分别连接于D类放大器差分输出端(D0+，D0-)与该第二差分放大器22的正向及反向输入端之间，构成二组第二阶积分电路。

由上述说明可知，本实用新型D类放大器10的二差分输出端(D0+，D0-)分别与第一及第二差分放大器20，22构成二阶反馈回路，因此提供更高的高频衰减值(-40dB)，有效令第一及第二差分放大器(20，22)本身的噪声等非线性元件能更快速衰减，如图4所示，提高整体的噪声失真噪声比；再者，本实用新型对差分输出端的输出信号中所包含失真的成分(Distortion)，以第一及第二差分放大器20，22分别以予合成后二次差分放大，有效提高整体回路增益，构成一高增益系统，而本实用新型D类放大器10差分输出信号经过二级增益处理后可以得更精细的修正。再者，第二差分放大器22产生的误差信号(error signal)是合并第一级放大器20的输出信号与反馈信号(高压方波)，而此回路中包含一些非线性项(non-linear terms)，包含放大器频率限制、放大噪声、参考电压噪声、增益频乘积限制，以及含三角波生器的非线性成分，由于第二差分放大器22与第二RC电路23与二差分输出端(D0+，D0-)构成负反馈回路，可将这些非线性元件消除；同理，本实用新型也将第一级差分放大器也纳入反馈系统中以构成二阶反馈回路，即令整个D类放大器全线性化，而相对得到更好的总谐波失真加噪声比(THD+N)效能。

以上对本实用新型的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (2)

1.一种具双驱动调变模块的D类放大器，其特征在于，包含有

一差分增益调整即比较电路，用以与外部模拟声音信号连接，将模拟声音信号经过增益调整后，再与一三角波信号进行比对，以输出二组第一脉宽调变信号；

一逻辑电路，连接至该差分增益调整即比较电路的输出端，以接受二组第一脉宽调变信号，又该逻辑电路包含有四组输出端，分别输出二组第一脉宽调变信号及产生并输出二第二组脉宽调信号，其中二第二脉宽调变信号将输出至同一半桥电路的第二子半桥开关电路之第一脉宽调变信号减去另一半桥电路的第二子半桥开关电路的脉宽调变信号；及

一H型桥式开关电路，包含有二半桥电路，各半桥电路的串接节点即为D类放大器的差分输出端，又各半桥电路的上侧开关电路与下侧开关电路分成二组子半桥开关电路，即各半桥电路包含有一第一子半桥开关电路及第二子半桥开关电路，其中该第一子半桥开关电路的上侧及下侧开关数量多于第二子半桥开关电路的上侧及下侧开关数量，又二第一子半桥开关电路连接至输第二脉宽调变信号的输出端，而二第二子半桥开关电路连接至输第一脉宽调变信号的输出端。

2.如申请专利范围第1项所述之具双调变模块的D类放大器，其特征在于，该第一子半桥开关电路的高/低侧开关数量为第二子半桥开关电路的高/低侧开关数量的3至5倍。

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