JP2018191295A - 調整可能なゲート駆動のd級オーディオ増幅器 - Google Patents
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Abstract
Description
オーディオ信号の受信用の入力ノード又は端子と、
オーディオ信号を受信し、及び所定の搬送周波数又は変調周波数を有する変調オーディオ信号へとオーディオ信号を変換するように構成された変調器と、
第1の直流電源電圧(Pvdd)と、第2の直流電源電圧(Pvss)との間でカスケードに結合された複数のパワートランジスタを含む出力段と、
変調オーディオ信号に結合されたそれぞれの入力を含み、及び通電状態と非通電状態との間で各パワートランジスタを繰り返し切り換えるために、複数のパワートランジスタに対するそれぞれの変調ゲート駆動信号を生成するように構成された複数のゲートドライバと、
を含むD級オーディオ増幅器に関する。D級オーディオ増幅器は、オーディオ信号のレベルを決定するように構成され、及び少なくとも、オーディオ信号の決定されたレベルに基づいて、出力段の第1のパワートランジスタの第1の変調ゲート駆動信号のレベル又は電圧を調整するコントローラをさらに含む。
オーディオ信号のレベルが信号レベル閾値よりも小さい場合に、第1の変調ゲート駆動信号の第1のレベルを選択し、又は
オーディオ信号のレベルが信号レベル閾値よりも大きい場合に、第1の変調ゲート駆動信号の第2のレベルを選択するように構成され、第2のレベルは、第1のレベルよりも大きい。第1のレベル及び第2のレベルはそれぞれ、第1の変調ゲート駆動信号のピーク間電圧によって表されてもよい。当業者は、第1の変調ゲート駆動信号が、第1のパワートランジスタのゲート及びソースノード又は端子間に印加されてもよいことを理解するだろう。従って、ゲートドライバの1つ又は幾つかが、添付の図面を参照して以下にさらに詳細に述べられるように、出力段トポロジーにおける高位側に配置されるパワートランジスタに接続し、及びそれらを駆動してもよい。
第1の直流基準電圧と推定された閾値電圧との差から第1のパワートランジスタの第1のオーバードライブ電圧を推定し、及び
第1のオーバードライブ電圧の所定の分数を決定するように構成される。第1のオーバードライブ電圧の所定の分数が、第1のパワートランジスタの推定された閾値電圧に加算される。その後、第2の直流基準電圧が、第1のオーバードライブ電圧の前記所定の分数及び推定された閾値電圧から導出される。
間欠的又は連続的に、ダイオード結合されたテストトランジスタにテスト電流を印加し、及び
ダイオード結合されたテストトランジスタの電圧降下から、第1のパワートランジスタの閾値電圧を推定するように構成される。ダイオード結合されたテストトランジスタの電圧降下は、容量素子(例えばキャパシタ)に保存又は保持されてもよく、及びコントローラによって読み出され、又はアナログ−デジタル変換器を介してコントローラによってサンプリング及び符号化が行われてもよい。ダイオード結合されたテストトランジスタの電圧降下は、閾値電圧の推定値として使用されてもよい。
オーディオ信号のレベルが、信号レベル閾値よりも小さい場合に、第2の変調ゲート駆動信号の第1のレベルを選択し、
オーディオ信号のレベルが信号レベル閾値よりも大きい場合に、第2の変調ゲート駆動信号の第2のレベルを選択するようにさらに構成されてもよく、第2のレベルが、第1のレベルよりも大きいように、第2のゲートドライバは、第1のゲートドライバと同じ特徴を含んでもよい。
第2のパワートランジスタの閾値電圧を推定するように構成された第2の閾値検出器と、
第2の変調ゲート駆動信号の第2のレベルを設定するように構成された第2の直流基準電圧とを含む。第2のゲートドライバは、第2の直流基準電圧と、推定された第2の閾値電圧との間の差から、第3の直流基準電圧を導出するように構成された第2の直流基準電圧生成器をさらに含んでもよい。第2のゲートドライバは、第2のオーバードライブ電圧の所定の分数を決定し、及び第2のパワートランジスタの推定された第2の閾値電圧をそれに加算して、第2の変調ゲート駆動信号の第1のレベルを設定するための第3の直流基準電圧を設定するように構成されてもよい。
D級オーディオ増幅器にオーディオ入力信号を印加するステップと、
オーディオ入力信号を変調して、所定の搬送周波数又は変調周波数の変調オーディオ信号を生成するステップと、
オーディオ信号のレベルを決定するステップと、
複数のパワートランジスタをそれぞれの通電状態と非通電状態との間で繰り返し切り換えるための、出力段の複数のパワートランジスタのそれぞれの変調ゲート駆動電圧を変調オーディオ信号から導出するステップと、
オーディオ信号の決定されたレベルに基づいて、少なくとも第1の変調ゲート駆動電圧のレベルを、第1の変調ゲート駆動電圧のレベルが、信号レベル閾値を超えるオーディオ信号レベルの場合に、信号レベル閾値を下回るオーディオ信号レベルの場合よりも大きくなるように調整するステップと、
を含む。
信号レベル閾値を超えるオーディオ信号のレベルに関しては、第1の変調ゲート駆動電圧の第2の一定レベルを選択するステップと、
信号レベル閾値を下回るオーディオ信号のレベルに関しては、第1の変調ゲート駆動電圧の第1の一定レベルを選択するステップと、
をさらに含んでもよい。
202 ゲートドライバ
203 ゲートドライバ
204 ゲートドライバ
205 ゲートドライバ
207 ゲートドライバ
302 線形レギュレータ
305 構成受信器
310 過電流保護回路
320 駆動リソース回路
330 ゲートリソース回路
400 直流基準電圧生成器
401 第1の閾値検出器
403 第2の閾値検出器
407 加算器
409 除算回路
411 加算器
413 加算器
504 ANDゲート
506 インバータ
507 出力ノード
508 ソース端子
515 ワイヤ
1100 D級オーディオ増幅器
1101 加算ノード
1103 ループフィルタ
1105 変調器
1107 ゲートドライバ回路
1109 出力段
1109−1 Hブリッジ出力段
1109−2 シングルエンドマルチレベル出力段
1111 フィードバック減衰器
1112 変調モニタリング信号
1113 出力フィルタ回路
1114 ワイヤ
1115 フィードバック信号
1117 制御回路
1121 クロック回路
Claims (15)
- D級オーディオ増幅器であって、
オーディオ信号の受信用の入力ノード又は端子と、
前記オーディオ信号を受信し、及び所定の搬送周波数又は変調周波数を有する変調オーディオ信号へと前記オーディオ信号を変換するように構成された変調器と、
第1の直流電源電圧(Pvdd)と、第2の直流電源電圧(Pvss)との間でカスケートに結合された複数のパワートランジスタを含む出力段と、
前記変調オーディオ信号に結合されたそれぞれの入力を含み、通電状態と非通電状態との間で各パワートランジスタを繰り返し切り換えるために、前記複数のパワートランジスタに対するそれぞれの変調ゲート駆動信号を生成するように構成された複数のゲートドライバと、
前記オーディオ信号のレベルを決定するように構成され、少なくとも、前記オーディオ信号の前記決定されたレベルに基づいて、前記出力段の第1のパワートランジスタの第1の変調ゲート駆動信号のレベルを調整するコントローラと、
を含む、D級オーディオ増幅器。 - 前記コントローラが、前記オーディオ信号のレベルの上昇に伴って、前記第1の変調ゲート駆動信号の前記レベルを上昇させるように構成される、請求項1に記載のD級オーディオ増幅器。
- 前記コントローラが、前記オーディオ信号のレベルの増加時に、前記第1の変調ゲート駆動信号の前記レベルを段階的に上昇、又は徐々に上昇させるように構成される、請求項1又は2に記載のD級オーディオ増幅器。
- 前記コントローラが、
前記オーディオ信号の前記決定されたレベルを信号レベル閾値と比較し、
前記オーディオ信号の前記レベルが前記信号レベル閾値よりも小さい場合に、前記第1の変調ゲート駆動信号の第1のレベルを選択し、又は
前記オーディオ信号の前記レベルが前記信号レベル閾値よりも大きい場合に、前記第1の変調ゲート駆動信号の第2のレベルを選択するように構成され、前記第2のレベルが、前記第1のレベルよりも大きい、請求項2に記載のD級オーディオ増幅器。 - 第1のゲートドライバが、
前記第1の変調ゲート駆動信号の前記第2のレベルを設定するように構成された第1の直流基準電圧と、
前記第1のパワートランジスタの閾値電圧(例えばVtn)を推定するように構成され、且つ前記第1の直流基準電圧と前記推定された閾値電圧との差から第2の直流基準電圧を導出するように構成された第1の閾値検出器を含む第1の直流基準電圧生成器と、
を含む、請求項1〜4の何れか一項に記載のD級オーディオ増幅器。 - 前記第1の直流基準電圧生成器が、
前記第1の直流基準電圧と前記推定された閾値電圧との前記差から前記第1のパワートランジスタの第1のオーバードライブ電圧(VodN)を推定し、
前記第1のオーバードライブ電圧の所定の分数を決定し、前記第1のパワートランジスタの前記推定された閾値電圧を加算し、
前記第1のオーバードライブ電圧の前記所定の分数及び前記推定された閾値電圧から前記第2の直流基準電圧を導出するように構成された、請求項5に記載のD級オーディオ増幅器。 - 前記第1の閾値検出器が、前記第1のパワートランジスタと同じタイプのテストトランジスタを含み、前記第1の閾値検出器が、
間欠的又は連続的に、ダイオード結合されたテストトランジスタにテスト電流を印加し、
前記ダイオード結合されたテストトランジスタの電圧降下から、前記第1のパワートランジスタの前記閾値電圧を推定し、任意選択的に、
前記テストトランジスタの前記電圧降下を容量素子に保存し、又はアナログ−デジタル変換器を介して前記電圧降下のサンプリング及び符号化を行うように構成された、請求項5又は6に記載のD級オーディオ増幅器。 - 前記第1のゲートドライバが、
前記第1の変調ゲート駆動信号を印加するために、前記第1のパワートランジスタのゲート端子とソース端子との間に接続された第1のインバータ又はバッファをさらに含み、前記第1のインバータ又はバッファの電源電圧入力が、モード制御信号に従って、前記第1の直流基準電圧及び前記第2の直流基準電圧に選択的に接続可能である、請求項5〜7の何れか一項に記載のD級オーディオ増幅器。 - 前記複数のパワートランジスタが、前記第1のパワートランジスタの反対の極性(例えば、PMOS)を有し、第2のゲートドライバによって駆動される、第2のパワートランジスタを少なくとも含み、前記コントローラが、前記オーディオ信号の前記決定されたレベルに基づいて、前記第2のパワートランジスタのゲート端子とソース端子との間の前記第2のゲートドライバによって印加される第2の変調ゲート駆動信号のレベルを調整するように構成される、請求項1〜8の何れか一項に記載のD級オーディオ増幅器。
- 前記コントローラが、
前記オーディオ信号の前記レベルが、前記信号レベル閾値よりも小さい場合に、前記第2の変調ゲート駆動信号の第1のレベルを選択し、
前記オーディオ信号の前記レベルが前記信号レベル閾値よりも大きい場合に、前記第2の変調ゲート駆動信号の第2のレベルを選択するようにさらに構成され、前記第2のレベルが、前記第1のレベルよりも大きい、請求項9に記載のD級オーディオ増幅器。 - 前記第2のゲートドライバが、
前記第2のパワートランジスタの第2の閾値電圧(例えば、Vtp)を推定するように構成された第2の閾値検出器と、
前記第2の変調ゲート駆動信号の前記第2のレベルを設定するように構成された第2の直流基準電圧と、
前記第2の直流基準電圧と、前記推定された第2の閾値電圧との間の差から、第3の直流基準電圧を導出するように構成され、任意選択的に、
第2のオーバードライブ電圧の所定の分数を決定し、前記第2のパワートランジスタの前記推定された第2の閾値電圧をそれに加算して、前記第2の変調ゲート駆動信号の前記第1のレベルを設定するための前記第3の直流基準電圧を設定するように構成された、第2の直流基準電圧生成器と、
を含む、請求項10に記載のD級オーディオ増幅器。 - 前記複数のパワートランジスタが、前記第1のパワートランジスタと同じ極性(例えば、NMOS)のさらなるパワートランジスタを少なくとも含み、前記コントローラが、前記オーディオ信号の前記決定されたレベルに基づいて、前記さらなるパワートランジスタのさらなる変調ゲート駆動信号のレベルを調整するように構成される、請求項1〜11の何れか一項に記載のD級オーディオ増幅器。
- 前記出力段が、中点ノードで電気的に相互接続された上側レッグと下側レッグとを含み、前記中点ノードが、スピーカ負荷に接続可能である、請求項1〜12の何れか一項に記載のD級オーディオ増幅器。
- 変調ゲート駆動信号のレベルを制御することによってD級オーディオ増幅器の出力段の消費電力を削減する方法であって、
前記D級オーディオ増幅器にオーディオ入力信号を印加するステップと、
前記オーディオ入力信号を変調して、所定の搬送周波数又は変調周波数の変調オーディオ信号を生成するステップと、
前記オーディオ信号のレベルを決定するステップと、
複数のパワートランジスタをそれぞれの通電状態と非通電状態との間で繰り返し切り換えるための、前記出力段の前記複数のパワートランジスタのそれぞれの変調ゲート駆動信号を前記変調オーディオ信号から導出するステップと、
前記オーディオ信号の前記決定されたレベルに基づいて、少なくとも第1の変調ゲート駆動電圧のレベルを、前記第1の変調ゲート駆動電圧の前記レベルが、信号レベル閾値を超えるオーディオ信号レベルの場合に、前記信号レベル閾値を下回るオーディオ信号レベルの場合よりも大きくなるように調整するステップと、
を含む方法。 - 前記信号レベル閾値を超える前記オーディオ信号のレベルに関しては、前記第1の変調ゲート駆動電圧の第2の一定レベルを選択するステップと、
前記信号レベル閾値を下回る前記オーディオ信号のレベルに関しては、前記第1の変調ゲート駆動電圧の第1の一定レベルを選択するステップと、
をさらに含む、請求項14に記載のD級オーディオ増幅器の出力段の消費電力を削減する方法。
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