TW200908543A - Output circuits with class D amplifier - Google Patents

Description

200908543 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 且更特定言之係關於 本揭示案大體上係關於電子電路 電子設備之輸出電路。 【先前技術】 通常在諸如音訊功率放大器、電話線驅動器等之各種應 用中使用輸出放大ϋ。可將輸出放大器歸類為諸如a級、 B級、AB級及D級之不同、級別。A級、b級及級級放大器 為在線性區域令操作之線性放大器。D級放大器為在三極 體及截止區域中操作之開關模式放大器。因此，D級放大 器通常可達成遠高於線性放大器之功率效率。 通常藉由諸如脈寬調變（PWM)或脈衝密度調變（pDM)之 調變技術來使用D級放大器。PWM調變器可接收類比輸入 信號及載波信號，並產生一控制D級放大器之切換的—Μ L號PWMk號具有—由類比輸人信號之振幅判定的可變 工作循環及-由冑波信號之頻率判定的固定切換頻率。載 皮L號"J具有鑛齒狀波形或三角波形。自理想鑛齒狀或三 角波形的年何偏差均可能導致D級放大器之輸出信號的失 真。 PDM調變器可接收一類比輸入信號，並產生一控制D級 放大益之切換的PDM信號。pDM信號具有一由類比輸入信 唬判定的工作循環，且可具有一由PDM調變器内之電路組 牛判足的可變切換頻率。電路組件之值可歸因於積體電路 ()製程复化及其他因素而大幅變化。因此，pDM信號之 130644.doc 200908543 切換頻率亦可大幅變化。 【發明内容】 本文中描述使用脈寬調變（PWM)及/或脈衝密度調變 (PDM)且具有改良之效能/特性的輸出電路。在—態樣中， PWM輸出電路包括一基於方波信號而非鋸齒狀或三角波信 號細作的PWM調變器。在―設計中，pWM輸出電路包括 共同地對輸入信號執行p w M之積分器及比較器以及產生輸 出仏號之D級放大器。積分器求和並積分輸入信號、方波 信號及輸出信號’並提供經積分之信號。比較ϋ比較經積 分之信號與固定參考電壓’且產生驅動器信號。D級放大 器接收驅動器仏唬並產生輸出信號。時脈分割器可接收並 在頻率上分割時脈信號以產生方波信號。 在另I、樣中’ PDM輸出電路包括使用可變參考電壓以 減少切換頻率之變化的雇調變器。在一設計中，圈輸 出電路包括共同地對輸人信號執行pDM之積分器及比較 器、產生輸出信號之D級放大器及參考產生器。積分器求 年並積刀輸入及輸出信號，並提供經積分之信號。比較器 比較、.’呈積刀之號與可調整參考電壓，並產生驅動器信 號。D級放大器接收驅動器信號並產生輸出信號。參考產 生器產生可調整參考電壓，使得驅動器信號之切換頻率之 變化得以減少。舉例而言，參考產生器可產生具有差異之 第及第—參考g亥差異與積分器中之反饋電阻器負 相關、與電源電壓等相關。 在又態樣中，雙重模式輪出電路支援PWM& pDM。 130644.doc 200908543 在一设汁中，雙重模式輸出電路包括脈衝調變器及D級放 大器。脈衝調變器在選擇卩咖模式的情況下對輸人信號執 行PWM，在選擇PDM模式的情況下對輸人信號 Ρ:，並提供驅動器信號。脈衝調變器可包括積分器及比 較益積刀為求和並積分輸入信號與輸出信號（以及（在 PWM模式下）方波信號），並提供經積分之信號。比較器在 PWM模式下比較經積分之信號與固定參考電壓，且在 PDM模式下比較經積分之信號與第—及第二參考電壓。d 級放大器自比較器接收驅動器信號，並產生輸出信號。 本揭示案之各種態樣及特徵將在下文進一步詳細描述。 【實施方式】 立圖1展示驅動輸出負載160之開路PWM輸出電路1〇〇的示 意圖。PWM輸出電路100包括PWM調變器11〇及D級放大器 150 ° 在PWM調變器11〇内，t匕較器（c〇mp)132在非反相輸入 處接收-類比輸入信號且妓相輸入處接收一載波信 號Gar，對兩個仏號進行比較且提供一 pwM驅動器信號。 載波產生器134以固定頻率產生載波信號。載波信號可具 有鋸齒狀波形、二角波形等。PWM驅動器信號本質上為數 位的，且在邏輯高（例如，電源電壓匕與邏輯低（例如， 電路接地）之間進行雙態觸發。PWM驅動器信號具有由類 比輸入信號之振幅判定的可變工作循環及由載波信號之頻 率判定的固定切換頻率。 在D級放大器150内，驅動器152接收pwM驅動器信號且 130644.doc 200908543

對於P通道場效電晶體（P-FET)丨54產生一第一控制信號C1 且對於N通道FET(N-FET)156產生一第二控制信號C2。驅 動器152產生第一及第二控制信號以使得在任一給定時刻 僅接通P-FET 154或N-FET 156，且在恰當時間接通及斷開 P-FET及N-FET。P-FET 154之源極耦合至電源厂以，其閘極 接收第一控制信號且其汲極耦合至N-FET 156之汲極。N_ FET 156之閘極接收第二控制信號，且其源極耦合至電路 接地。FET 154及156之汲極為D級放大器15〇提供輸出信號 L。 ~ 在輸出負載160内，濾波器162接收並濾波來自D級放大 器150之輸出信號，且向負載164提供經濾波之信號。濾波 器162可為低通濾波器、帶通濾波器等。濾波器162亦可執 行DC阻滞。負載164可為揚聲器（如圖1所示）或某一其他類 型之負載。 PWM輸出電路100如下操作。比較器132對於載波信號之 每一週期或循環在PWM驅動器信號中產生—脈衝。脈衝寬 度係由類比輸人信號之振_定，可認為其提供與載波信 號進行比較之可變參考ePW_動器信號含有脈衝流。驅 動器152基於PWM驅動器信號來產生第一及第二控制信 號。理想地，當PWM驅動器信號處於邏輯高日寺，斷開p_ 航154,接通N_FET 156且將輸出信號拉低。相反，當 PWM驅動器信號處於邏輯低時，接通p_FET w，斷開N_ 156且將輸出信號拉高。第二控制信號可與p獅驅動 L號相& 第—控制信號可與pwM驅動器信號之反相 I30644.doc 200908543 。相h亦可產生第一及第二控制信號以在兩個控制信 號之間達成所要量之非重疊從而獲得所要之輸出信號特 性。 b、 輸出仏號在本質上為數位的，且包括載波/切換頻率之 °白波濾波器162對輸出信號進行濾波，以通過所要之信 號刀畺且移除無關之高頻率分量。由於切換頻率通常遠高 於所要信藏之頻寬，故可藉由簡單之低階濾波器來建構波 波器162，例如，由電感器（L)及電容器（C)構成之lx濾波 器。 PWM輸出電路1〇〇具有多個缺點。首先，輪出信號之總 4波失真（THD)視來自產生器134之載波信號的保真度而 疋。來自理想鋸齒狀或三角波形的任何偏差可導致含有具 不準確之工作循環之脈衝的PWM驅動器信號，此可繼而導 致輸出h號之失真。第二，電源上之雜訊耦合至輸出信 號。電源拒斥比（PSRR)為約6分貝（dB)，此意謂電源之雜 訊在輸出信號中僅削弱一半。 圖2展示閉路p WM輸出電路1〇2之示意圖，其包括pwM 調變器112及D級放大器150。在PWM調變器112内，放大 器（Amp) 122在非反相輸入處接收類比輸入信號匕，且在 反相輸入處接收反饋信號’並提供經放大之信號。反饋信 號等於來自D級放大器150之輸出信號。濾波器118藉由 濾波器響應來濾、波經放大之信號，並向比較器1 3 2之反相 輸入提供經濾波之信號。比較器1 32亦在其非反相輸入處 接收載波信號Kcar，且向D級放大器15〇内之驅動器152提 130644.doc -10· 200908543 供PWM驅動器信號。

圖3展示閉路PWM輸出電路1〇4之示意圖，其包括PWM 調變器114及D級放大器150。PWM調變器114包括一求和 器積分器120 ’隨後為一比較器區段130。求和器積分器 1 20對閉路反饋執行求和功能，且亦建構圖2之濾波器 118 ° 積分器120包括放大器122、電阻器124及128及電容器 126。電阻器124之一端耦合至放大器122之反相輸入，且 另一端接收類比輸入信號。電容器126之一端耦合至放 大器122之反相輸入，且另一端搞合至放大器之輸出。電 阻器128之一端耦合至放大器122之反相輸入，且另一端轉 合至D級放大器150之輸出。放大器122之非反相輸入輕合 至參考電壓Kre/，且其輸出耦合至比較器132之非反相輸 入。比較器132在其反相輸入處接收載波信號，且向D 級放大器150内之驅動器152提供PWM驅動器信號。 電阻器128將來自D級放大器150之輸出的反饋提供至 PWM調變器114。積分器120對類比輸入信號與反饋信號進 行求和，並進一步積分經求和之信號以產生經積分之信號 。經積分之信號包括經積分之類比輸入信號及經積分 之反饋信號。以與圖1中之比較器132及D級放大器150相同 的方式將經積分之信號提供至比較器132及D級放大器150 且在比較器132及D級放大器150上操作。 在PWM輸出電路104中使用反饋改良了 THD及PSRR。 THD及PSRR之改良量視以下而定：⑷由積分器12〇之組件 130644.doc _ ]]. 200908543 判定的4向増益及由電阻器124及128判定的反饋增益。 然而’仍使用錄齒狀或三角載波信號以用於比較器132。 在一‘癌樣中’ PWM輸出電路包括一基於方波信號而非鋸 齒狀或三角波信號來操作之PWM調變器。方波信號可能遠 比鋸齒狀或三角波信號易於產生。 圖4展不使用方波信號之閉路pwM輸出電路1〇6的示意 圖。PWM輸出電路106包括一 pWM調變器116及〇級放大器 f 150 周變器116包括如上文中對於圖3之pwM調變器 114所描述而耦合的電路元件/組件122至132。然而，比較 益132之反相輪入耦合至參考電壓tv而非載波產生器 134 PWM調變器116進-步包括一時脈分割器14〇及一電 阻器142。時脈分割器14〇接收時脈信號、在頻率上分割時 脈信號且提供具有5G%工作循環之方波信號電阻器 142之一端耦合至時脈分割器14〇，且另一端耦合至放大器 1 2 2之反相輸入。 積分器12G對類比輸人信號、反饋信號及方波信號進行 求和，且進一步積分經求和之信號以產生經積分之信號 ‘。經積分之信!虎包括經積分之类員比輸入信㉟、經積分 之反饋信號及經積分之方波㈣。比較器⑴將來自積分 器120之經積分之信號與參考電壓進行比較，且產生 驅動器信號。 PWM調變器116使用在積分器120之輸入處注入的方波而 非比較器132之輸入處的鋸齒狀或三角波。積分器⑽將方 波轉換為三角纟，並將其添加至經積分之信號中。可藉由 130644.doc 200908543 類比輸入信號之前向路徑中之電阻器i24相同類型的電 阻益（例如’藉由相同之Ic處理步驟製造）來建構反饋路徑 中之電阻态128。在此情形中，反饋路徑與前向路徑自動 在1C製程、溫度及電源(pVT)變化方面相互追蹤。 大體而έ，可選擇任何合適之值以用於調變器 、牛在°又a十中，電阻器142具有一值，該值為反饋 電阻益128之值的一半。對電阻器值之此選擇提供2比1之 經積分之方波信號與經積分之反饋信號的斜率比。亦可選 擇其他值以用於電阻器124、128及142以及電容器126。 使用方波信號可簡化pWM輸出電路〗〇6之設計。可基於 電子设備中通常可用之任何時脈信號而輕易地產生具有 0 /〇工作循環且在邏輯高與邏輯低之間進行雙態觸發的方 波。大體而言，獲得5〇%工作循環之方波比獲得鋸齒狀或 二角波之良好保真度容易。此外，建構時脈分割器140通 常遠易於建構鋸齒狀或三角波產生器。 圖5展示驅動輸出負載56〇之閉路pDM輸出電路500的示 思圖。PDM輸出電路5〇〇包括ρ〇Μ調變器510及D級放大器 550。 在PDM調變器51〇内，放大器522在非反相輸入處接收類 比輸入信號匕„ ’且在反相輸入處接收反饋信號，且提供經 放大之信號。反饋信號等於來自D級放大器550之輸出信號 厂。《ί °慮波器530藉由濾波器響應來濾波經放大之信號且提 供經濾波之信號。比較器532在反相輸入處接收經濾波之 信號且在非反相輸入處接收參考信號，對兩個信號進行比 130644.doc -13· 200908543 ^且权供職驅動器信號。如下文所述，參考產生器别 生參考以。醜驅動器信號具有由類比輸人信號判定 之密度及由諸如濾、波器53{)之各種組件判定的切換頻率。 D級放大器550包括與分別在圖i至圖4中之驅動哭⑸、 p-FEt m及請τ 156相同之方式箱合的驅動器552、ρ· FET 554及N-FET 556。輸出負載56〇包括與分別在圖i至圖 4中之濾波器162及負載164相同之方式耦合的遽波器562及 負載564。 產生器534對於提供至比較器532之參考信號產生參考電 壓匕及6。多卫器（Mux)536自產生器534接收兩個參考電 麼，當PDM驅動器信號處於邏輯高時向比較器切提供低 參考電壓K ’且當PDM驅動器信號處於邏輯低時提供高參 考電壓〜。使用兩個參考電壓為比較器532提供了滞後。 由放大器522、濾波器530、比較器532及D級放大器55〇 形成一迴路。該迴路經設計以在未施加類比輸入信號時為 不t疋的且以特疋切換頻率振盪。此切換頻率係由濾波 器530之響應、提供至比較器532之高及低參考電壓，及通 過比較器532及D級放大器550之傳播延遲判定的。 PDM輸出電路500如下操作。當未施加類比輸入信號 時，迴路之自振盪導致來自比較器532之pDM驅動器信號 含有處於切換頻率之方波。此自振盪如下發生。若比較器 532之輸出處於邏輯低，則為低，且〜提供至比較器 532之反相輸入。若l處於中等大小，則放大器522之輸出 .文间，且濾波器530之輸出以由濾波器之響應判定之速率 130644.doc -14- 200908543 轉變至尚。在經;慮波之#號超出心之後，比較器5 3 2之輪 出轉變至邏輯高，變高，且&提供至比較器532之反相 輸入。放大器522之輸出接著變低，且濾波器53〇之輸出以 由濾波器之響應判定的速率轉變至低。在經濾波之信號降 落低於匕之後’比較器532之輸出轉變至邏輯低’厂⑽，變 低，且提供至比較器532之反相輸入。放大器522之輸出 接著變高，且新的切換循環開始。切換頻率之一週期因此 視以下而定：（a)濾波器530之響應，其判定經濾波之信號 轉變至高及低之速度，（b)參考電壓心及&，其判定多少 經濾波之信號需要轉變以引起比較器532切換，及（c)判定 通過迴路之延遲的其他分量。 當施加類比輸入信號時，來自比較器532之PDM驅動器 信號含有具有由類比輸入信號判定的可變寬度的脈衝。來 自迴路自振盪之方波充當抖動。PDM驅動器信號含有類比 輸入信號及切換頻率。 圖6展示閉路PDM輸出電路502之示意圖，其包括pdm調 變器512及D級放大器550。PDM調變器512以求和器積分器 520實施圖5中之濾波器53〇。積分器520包括以與圖3中之 放大器122、電阻器124及ι28以及電容器ι26相同之方式柄 合之放大器522、電阻器524及528以及電容器526。 對於PDM輸出電路502，切換頻率之一週期可表達為：

4 vc·〆 等式（1) 其中Aw為切換頻率之一週期， 130644.doc -15- 200908543 。為積分器電容器526之值， 及介為反饋電阻器528之值， 為中等大小參考電壓，其為厂《，（心+匕)/2， 為比較器窗口大小，其為」厂=6-匕，且 丄為自比較器532至輸出信號之傳播延遲。

如等式（1)中所示，切換週期視各種參數而定。此等參 數中之些的值可大幅變化。舉例而言，反饋電阻器穴介可 在1C處理、電壓及溫度（PVT)上變化大於5〇%。積分器電 谷器C亦可在PVT上以很大量變化。電源電壓匕〃可在（例 )自3.3伏特至4.4伏特之範圍内。切換頻率可因此歸因於 等式（1)中之參數中之一或多者的大的變化而大幅變化。 在另一態樣中，使用可變參考電壓來解決或補償影響切 換頻率之一或多個參數的變化。等式⑴中第二部分的第二 員# C 可比第一項&大得多。因此，參考電壓可經 產生使得項Vd/匕具有小的變化。此可藉由如下產生 比較器窗口大小而達成： AV = ^jd_ 等式（2) VC， 其中尤為常數。 如等式（2)中所*，為獲得之小的變化，比較 器窗口大小」阿經產生使得其與電源電壓〜成比例，且

與反饋電阻；及積分11電容C成反比。可使I線性跨導電 路來產生參考電壓匕及匕，，、，A ^ H以5周適性地追蹤、及/6及C之 變化，或此等參數於PVT l· + v , 上之任何組合。由於使用調適性 130644,doc 200908543 之小變化，此為 之小變化 需要的。 參考電壓亦可經產生以解決類比輪入信號以或其Μ 數之變化。此可藉由如下產生比較器窗口大小从來達成： 等式（3) 若△〖為小的，則可忽略等式（3)中減號右邊的項。 如等式(3)中所示’比較器窗口大小 ^ \\-(V /y ϋ-, 在·土從付具 成比例，且即時地追循輸入信號。 在PDM輸出電路502中使用反饋改良thd及psRR。丁肋 及PSRR之改良量視前向及反饋增益而定。使用調適性參 考電壓減小PDM調變器512之切換頻率之變化。所有此等 特徵可改良PDM輸出電路502之效能。 1、樣中，雙重模式輸出電路包括支援及 PDM之脈衝調變器。如圖4及圖6中所示，圖*中之p魏輸 出電路106與圖6中之PDM輸出電路5〇2非常相似。此可藉 由（a)對於反饋信號使用求和積分器及（b)將方波信號注入 積刀為而非將鋸齒狀或三角波信號注入比較器來達成。雙 重杈式輸出電路可藉由對PWM及pDM為共同之大多數電 路及對PWM或PDM為特定的一些額外電路來有效地實 施0 圖7展示驅動輸出負載76〇之閉路雙重模式輸出電路7〇〇 之不意圖。雙重模式輸出電路7〇〇包括脈衝調變器及〇 級放大盗75〇。脈衝調變器710可於PWM模式或PDM模式 130644.doc •17- 200908543 下操作，該模式可經由模式控制信號來加以選擇。

在脈衝調變器710内，放大器722、電阻器724及728，以 及積分器720之電容器726、比較器732、參考產生器734及 多工器736如上文對於圖6中之PDM輸出電路502所描述而 耦合。產生器734產生三個參考電壓匕以、h及〜。在PWM 模式下，多工器736提供比較器732之參考電壓Kre/。在 PDM模式下，多工器736在任一給定時刻視比較器之輸出 而將低參考電壓h或高參考電壓心提供至比較器732。脈 衝調變器7 1 0進一步包括時脈分割器740、電阻器742及開 關744。時脈分割器740接收時脈信號並在PWM模式下產生 方波信號。電阻器742之一末端耦合至時脈分割器740之輸 出，且另一末端耦合至開關744之一端。開關744之另一端 耦合至放大器722之反相輸入。開關744在PWM模式下閉合 且在PDM模式下打開。表1概述開關744及參考產生器734 對於PWM模式及PDM模式之操作。 表1 模式 開關744 多工器7% PWM 閉合 Vref PDM 打開 vlavh 圖1至圖7展示單端PWM、PDM及雙重模式輸出電路。 差動PWM、PDM及雙重模式輸出電路亦可經設計及使用 以達成某些益處，諸如改良之線性、動態範圍、PSRR， 及共同模式信號之拒斥，較大輸出功率（由於施加至負載 之電壓可加倍）等。 130644.doc -18- 200908543 圖8展示驅動輸出負载860之差動閉路雙重模式輸出電路 800的示意圖。差動雙重模式輸出電路8〇〇包括脈衝調變器 810及D級放大益850。脈衝調變器gw可於pwM模式戈 PDM模式下操作。 脈衝調變器810包括由如上文分別對於圖7中之放大器 722、電阻器724、728及742、電容器726、開關744及比較 器732所描述而柄合之放大器822a、電阻5|824a、828a及 842a、電容器826a、開關844a及比較器832a構成之非反相 路徑。脈衝調變器810進一步包括由以分別與放大器 822a、電阻器 824a、828a及 842a、電容器 826a、開關 844a 及比較器832a相同之方式耦合之放大器822b、電阻器 824b、828b及842b、電容器826b、開關844b及比較器83几 構成之反相路徑。電阻器824a接收非反相輸入信號， 且電阻器824b接收反相輸入信號Κί/3 _。電阻器844a及844b 皆輕合至提供方波信號之時脈分割器84〇。比較器832a及 832b之非反相輸入分別耦合至多工器836a及836b之輸出。 參考產生器834產生三個參考電壓F,e/、κ及〜。在PWM模 式下，多工器836a及836b將參考電壓厂㈣分別提供至比較 器832&及83儿。在PDM模式下，多工器以以當比較器輸出 處於邏輯高時將低參考電壓提供至比較器832a，且當比 較器輸出處於邏輯低時將高參考電壓提供至比較器 83 2a。類似地，多工器83讣在任一給定時刻將低或高參考 電壓提供至比較器832b。在PDM模式，在任一給定時刻， 低參考電壓K提供至一比較器，且高參考電壓〜提供至另 130644.doc -19- 200908543 一比較器。 圖9展示參考產生器9〇〇之—設計的示意圖，其可分別用 於圖5、圖6、圖7及圖8中之參考產生器534、634、乃4及 834。在參考產生器9〇〇内，電阻器912、914及916串連耦 合於電源電壓與電路接地之間。電阻器912、914及916 經設計使得電阻器914之值與所有三個電阻器之總值之間 的比率為《。電阻器914上之電壓因此為《.4。gm單元（轉 導放大器）920具有其耦合於電阻器914上的差動輸入，其 搞合至電流源922之偏麼輸入及其麵合至線㈣導增益單 7L 930之差動輸入的差動輸出。增益單元93〇具有其耦合至 電流源932之偏壓輸人及其耗合至電阻器_及942的差動 輸出’且分別提供參考電壓6及匕。電阻器94()及942進一 V耗。至電源電壓〜。電流源922為㈣單元似提供偏壓 電流2/】，且電流源932為增益單元93〇提供偏壓電流认。 Gm單元920具有增益"(Θ Α)。

Gm單元920之差動輸出處的電流可表達為： Ια = Ι^Ψτ Ib = I'+^f~ 等式（4) 增益單元930之差動輸出處的電流可表達為： IC = I +hlEL^L / =/ 及 ^;。 ^ 等式（5) 參考電壓4及Kz可表達為： 等式（6) 130644.doc •20- 200908543 比較器窗口大小AF可表達為：

AV = Vh~V 等式（7) h-P-Rfi 。 在等式（7)中，比較器窗口大小ΔΚ為電源電壓反饋電 阻及介之函數。若夕為積分器電容C之函數，則等式（7)可實 施等式（2)。 圖10展示操作雙重模式輸出電路之過程1000。若選擇 PWM模式，則對輸入信號（例如，具有方波信號及單一參 考電壓）執行脈寬調變（PWM)(區塊1〇12)。若選擇pDM模 式，則對輸入信號（例如，具有可調整參考電壓）執行脈衝

密度調變（PDM)(區塊1014)。由藉由對輸入信號執行pWM 或PDM而獲得的驅動器信號來驅動〇級放大器（區塊 1016)。 圖3、圖4、圖6、圖7及圖8展示對於PWM及/或PDM調變 器之輸入級使用一階求和積分器。其他電路亦可用於該輸 入級。舉例而言，可藉由高階積分器、差異放大器繼之以 濾波益（例如，如圖5中所示），或一些其他電路來實施輸入 級。 輸出電路可在脈衝調變器及/或〇級放大器中具有各種可 組態電路組件。對於脈衝調變器，積分器電容器126、526 及726可具有可經由控制信號加以選擇之可組態值。舉例 而言，一電容器值可經選擇用於PWM模式，且另一電容器 值可經選擇用於PDM模式。輸入電阻器124、524及724， 反饋電阻器128、528及728，及/或耦合電阻器142及742亦 130644.doc •21 - 200908543 可具有可經由控制信號加以選擇之不同可組態值。電容器 及電阻器值可經選擇以獲得所要電路特性。 可藉由向固定分割器應用不同之時脈頻率或藉由使用具 有固定時脈頻率之不同分割器比而在PWM模式下支援不同 切換頻率。舉例而言，可分別藉由19 2 MHz的時脈頻率及 8比64的分割器比來獲得2 4 MHz至3〇〇 KHz的切換頻率。 標稱比較器窗口大小」ρ可基於（例如）PDM模式下之所要切 換頻率來組態。對於PWM及PDM模式，中等大小參考電 壓厂可基於（例如）電源電壓匕^來組態。 對於D級放大器’可以可組態迴轉率來設計P—FET 1 54、 554 及 754 以及 N-FET 156、556 及 756。驅動器 152、552 及 752可對於P-FET及N-FET產生具有不同非重疊持續時間之 控制信號。可藉由恰當電路來建構此等可組態特徵。舉例 而言，可藉由多個並聯FET且接通不同數目個FET來達成 不同的迴轉率。可藉由以不同之延遲量產生控制信號來達 成不同之非重疊持續時間。 本文中描述之輸出驅動器可用於無線通信設備、掌上型 設備、遊戲設備、計算設備、電腦、膝上型電腦、消費型 電子設備等。下文中描述無線通信設備之輸出驅動器的例 示性使用。 圖11展示無線通信系統t之無線通信設備1100之設計的 方塊圖。無線設備1100可為蜂巢式電話、終端機、手持裝 置、個人數位助理（PDA)等。無線通信系統可為分碼多重 存取（CDMA)系統、全球行動通信系統（GSM)等。 130644.doc •22- 200908543 、：,、又備1 1 〇〇靶夠經由接收路徑及傳輸路徑來提供雙向 通七在接收路#上，基地台傳輸之信號由天線1112接收 且提供至接收n(RCVR)ul4。接收器1114調節並數位化所 接收的信號且將樣本提供至特殊應用積體電路（ASIC)1120 以進行進—步處理。在傳輸轉上，傳輸H(TMTR)⑴6 接收來自ASIC 1120之資料、處理並調節該資料且產生經 調^之L號’ 4經調變之信號經由天線⑴2傳輸至基地 台。 ASIC 1120可包括各種處理、介面及記憶體單元，諸如 貝料處理器1122、精簡指令集計算（RISC)處理器1124、控 制器/處理器1126、内部記憶體1128、外部匯流排介面 (BI) 11 30及串列匯流排介面（sbi)} ^ 。資料處理器^ 執行處理以用於資料傳輸及接收，例如，編碼、調變、解 調變、解碼等。RISC處理器1124可為無線設備11〇〇執行各 種類型之處理，例如，對視訊、圖形、較高層應用等的處 理。控制器/處理器1126可指導ASIC 1120内之各種處理及 介面單元的操作。内部記憶體1丨28儲存用於ASIC 1120内 之各種單元的資料及/或指令。EBI 1130有助於在ASIC Π20與主記憶體1140之間轉移資料。SBI 1132有助於ASIC 1120與ASIC 1150之間的通信。 ASIC 1150可包括各種輸入/輸出（1/0)驅動器，諸如音訊 驅動器1152、視訊驅動器1154及I/O驅動器1156。音訊驅 動器1152驅動音訊設備1162，音訊設備1162可為揚聲器、 耳機、聽筒等。視訊驅動器1154驅動顯示單元1164，顯示 130644.doc -23- 200908543 單元1164可為液晶顯示器（LCD)等。1/0驅動器1156經由諸 如通用串列匯流排（USB)、RJ45或乙太網路等輸出介面來 驅動I/O設備1166。可藉由本文中描述之輸出電路來建構 音訊驅動器1152、視訊驅動器1154及/或1/〇驅動器1156。 ASIC 1120可為來自 Quaic〇mm Inc〇rp〇rated之行動台數 據機（MSM)。ASIC 1150 可為來自 Qualc〇mm Inc〇rp〇med 之功率管理IC(PMIC)。ASIC 112〇及115〇亦可為來自其他 製造商之其他ASIC。 可在各種ic製程中製造本文中描述之輸出電路，諸如n 通道金屬氧化物半導體（N-MOS)、P通道MOS(P-MOS)、互 補MOS(CMOS)、雙極、雙極CM〇s(Bi CM〇s)、砷化鎵 (GaAs)等。亦可在諸如類比IC、數位冗、射頻ic(rfic)等 之各種類型之1C上製造輸出電路。 可在-设備上建構本文中描述之輸出電路。該設備可為 ⑴諸如驅動器職P蒙之獨立Ic、⑻諸如行動台數據機 (MSM)之ASIC、（iii)可嵌埋在其他設備内之電路、㈣蜂 巢式電話、無線設備、手持|置或行動單元、（w)等等。 提供對本揭示案之先前描述以使得任何熟f此項技術者 能夠製造或使用本揭示案。太搞 系本揭不案之各種修改對於熟習 此項技術者將顯而易見，且可扁 且j在不偏離本揭示案之精神或 範疇的前提下將本文中界定之一妒 、 知原理應用至其他變化形 式。因此，本揭示案並非意欲限於太+ & 於本文所述之實例，而將 符合與本文所揭示之原理及新穎特徵— 【圖式簡單說明】 取贋耗π 130644.doc -24· 200908543 圖1展示開路PWM輸出電路。 圖2展示閉路PWM輸出電路。 圖3展示另一閉路PWM輸出電路。 圖4展示使用方波信號之閉路PWM輸出電路。 圖5展示閉路PDM輸出電路。 圖6展示具有可調整參考電壓之閉路PDM輸出電路。 圖7展示閉路雙重模式輸出電路。 圖8展示差動閉路雙重模式輸出電路。 圖9展示參考產生器。 圖10展示用於操作輸出電路之過程。 圖11展示具有至少一輸出電路之無線通信設備。 【主要元件符號說明】 100 PWM輸出電路 102 PWM輸出電路 104 PWM輸出電路 106 PWM輸出電路 110 PWM調變器 112 PWM調變器 114 PWM調變器 116 PWM調變器 118 渡波器 120 求和器積分器 122 放大器 124 電阻器 130644.doc -25- 200908543 r

L 126 電容器 128 電阻器 130 比較器區段 132 比較器 134 載波產生器 140 時脈分割器 142 電阻器 150 D級放大器 152 驅動器 154 P通道場效電晶體（P-FET) 156 N 通道 FET(N-FET) 160 輸出負載 162 濾波器 164 負載 500 PDM輸出電路 502 PDM輸出電路 510 PDM調變器 512 PDM調變器 520 積分器 522 放大 524 電阻器 526 電容器 528 電阻器 530 慮波器 130644.doc 26- 200908543 532 比較器 534 參考產生器 536 多工器 550 D級放大器 552 驅動器 554 P-FET 556 N-FET 560 輸出負載 562 濾波器 564 負載 700 雙重模式輸出電路 710 脈衝調變器 720 積分器 722 放大器 724 電阻器 726 電容器 728 電阻器 732 比較器 734 參考產生器 736 多工器 740 時脈分割器 742 電阻器 744 開關 750 D級放大器 130644.doc -27- 200908543 752 驅動器 754 P-FET 756 N-FET 760 輸出負載 800 差動雙重模式輸出電路 810 脈衝調變器 822a 放大器 822b 放大器 ( 824a 電阻器 824b 電阻器 826a 電容器 826b 電容器 828a 電阻器 828b 電阻器 832a 比較器 832b 比較器 834 參考產生器 836a 多工器 836b 多工器 840 時脈分割器 842a 電阻器 842b 電阻器 844a 開關 844b 開關/電阻器 130644.doc -28- 200908543

850 860 900 912 914 916 920 922 930 932 940 942 1100 1112 1114 1116 1120 1122 1124 1126 1128 1130 1132 1140 D級放大器 輸出負載 參考產生器 電阻器 電阻器 電阻器 gm單元（轉導放大器） 電流源 線性跨導增益單元 電流源 電阻器 電阻器 無線通信設備 天線 接收器（RCVR) 傳輸器（TMTR) 特殊應用積體電路（ASIC) 資料處理器 精簡指令集計算（RISC)處理器 控制器/處理器 内部記憶體 外部匯流排介面 串列匯流排介面 主記憶體 130644.doc -29- 200908543 1150 ASIC 1152 音訊驅動器 1154 視訊驅動器 1156 I/O驅動器 1162 音訊設備 1164 顯示單元 1166 I/O設備 C 電容器 Cl 第一控制信號 C2 第二控制信號 Rfb 反饋電阻 ^ c a r 載波信號 Vdd 電源電壓/電源 V„ 參考電壓 Vin 類比輸入信號 vin- 反相輸入信號 Vin+ 非反相輸入信號 Vint 經積分之信號 VL 參考電壓 Vout 輸出信號 Vrcf 參考電壓 Vsq 方波信號 130644.doc -30-

Claims (1)

1. 200908543 十、申請專利範圍： 1 · 一種設備，其包含： 一積分器，其經組態以接收、求和並積分一輸入信號 及一方波信號，並提供一經積分之信號， 一比較器，其經組態以接收該經積分之信號且產生一 驅動器信號，該積分器及該比較器對該輸入信號執行脈 寬調變（PWM);及 一 D級放大器，其經組態以接收該驅動器信號並產生 一輸出信號。 2. 如請求項1之設備，其中該比較器經組態以比較該經積 分之信號與一參考電壓’並基於比較結果產生該驅動器 信號。 3. 如請求項1之設備，其中該積分器進一步經組態以接 收、求和並積分該輸出信號。 4. 如請求項3之設備，其中該積分器包含： —玫大器，其具有一反相輸入、一非反相輸入及一輸 ’ 出， 一第一電阻器，其將該輸入信號耦合至該放大器之該 反相輪入， 一第二電陴器’其將該輸出信號耦合至該放大器之該 反相輪入，及 一第三電阻器’其將該方波信號耦合至該放大器之該 反相輪入。 5·如請求項4之設備，其中該第一電阻器與該第二電阻器 130644.doc 200908543 係以相同電阻器類型建構。 6 如請求項1之設備，進一步包含： 一時脈分割器，其經組態以接收一時脈信號、在頻率 上分割該時脈信號，及提供該方波信號。 該時脈分#]1|經組態以基於複 數個分割器比中之一者，在複數個頻率中之一者上產生 該方波信號。 8 · 一種設備，其包含： —比較器，其經組態以接收一類比信號及可調整參考 電壓，比較該類比信號與該等可調整參考電壓，並以脈 衝密度調變（PDM)產生一驅動器信號； 、 -D級放大器，其經組態以接收該驅動器信號，並產 生一輸出信號；及 —參考產生器，其經組態以產生該等可調整參 壓。 € 9.如請求項8之設備，進一步包含： ~積分器，其經組態以接收、求和與積分一輸入信鱿 與該輸出信號，並提供該類比信號。 ， 1〇.如請求項9之設備，其中該積分器1含： 一放大器，其具有一反相輪入'一#反相輸入及一輪 出， -第-電阻器，其將該輪入信號耦合至該放大器之铐 反相輸入，及 -第二電阻器’其將該輸出信號耦合至該放大器之讀 130644.doc 200908543 反相輪入。 11·如請求項10之設備，其中該參考產生器經組態以產生具 有與該第二電阻器之一值負相關之差異的第一及第二 參考電壓。 月求項8之设備，其中该參考產生器經組態以產生具 有與一電源電壓相關之差異的第一及第二參考電壓。 13. 如印求項8之設備，其中該參考產生器經組態以產生具 有由该輸入信號判定之差異的第一及第二參考電壓。 14. 如清求項8之設備，其中該參考產生器經組態以當該驅 動器信號處於邏輯高時產生一第一參考電壓，且當該驅 動器信號處於邏輯低時產生一第二參考電壓，該第二參 考電壓高於該第一參考電壓。 1 5 ·如Μ求項8之設備，其中該參考產生器經組態以產生該 等可調整參考電壓’從而減少該驅動器信號之切換頻率 因積體電路（1C)製程、電源電壓及溫度之變化而發生的 變化。 16· —種設備，其包含： —脈衝調變器，其經組態以在選擇一 PWM模式之情況 下對一輸入信號執行脈寬調變（PWM)、在選擇—pDM模 式之情況下對該輸入信號執行脈衝密度調變（PE)M)，及 提供一驅動器信號；及 —D級放大器’其經組態以接收該驅動器信號並產生 一輸出信號。 1 7.如請求項丨6之設備，其中該脈衝調變器包含： 130644.doc 200908543 一積分器，其經組態以接收、求和與積分該輸入信號 與該輸出信號，並提供一經積分之信號。 18. 如請求項17之設備，其中該積分器包含一具有一可選值 的電容器。 19. 如請求項18之設備’其中該電容器在該pWM模式下具有 一第一值，且在該PDM模式下具有一第二值。 20·如請求項1 7之設備’其中該脈衝調變器進一步包含： —時脈分割器，其經組態以接收一時脈信號、在頻率 上分割該時脈信號，及提供一方波信號，且其中該積分 器進一步經組態以在該PWM模式下接收、求和與積分該 方波信號。 21. 如請求項16之設備，其中該脈衝調變器包含： 一比較器，其經組態以接收一類比信號並產生該驅動 器信號。 22. 如請求項21之設備，其中該脈衝調變器進一步包含： 一參考產生器，其經組態以在該PWM模式下對該比較 器產生一單一參考電壓，且在該PDM模式下對該比較器 產生第一及第二參考信號。 23. 如請求項16之設備，其中該脈衝調變器係藉由一差動設 計來建構，且包含一非反相路徑及一反相路徑。 24. 如請求項16之設備，其中該D級放大器包含： 一驅動器，其經組態以接收該驅動器信號並產生第一 及第二控制信號， 一上拉電晶體，其經組態以接收該第一控制信號並為 130644.doc -4- 200908543 該輸出信號提供上拉，及 一下拉電晶體，其經組態以接收該第二控制信號並為 該輸出信號提供下拉。 2 5.如清求項24之设備，其中該上拉電晶體及該下拉電晶體 具有可組態迴轉率。 26. 如請求項24之設備，其中該第一控制信號及該第二控制 信號經產生具有可變非重疊持續時間。 27. 一種積體電路，其包含： 一脈衝調變，其經組態以在選擇—PWM模式之情況 下對一輸入彳§號執行脈寬調變（pWM)、在選擇_ 模 式之情況下對該輸入信號執行脈衝密度調變（pDM)，及 提供一驅動器信號；及 一 D級放大器，其經組態以接收該驅動器信號並產生 一輸出信號。 28.如請求項27之積體電路，其中該脈衝調變器包含： 一積分益，其經組態以接收、求和與積分該輸入信號 與邊輸出信號，並提供—經積分之信號。 29_如請求項28之積體電路，其中該脈衝調變器進—步包 含： 少匕 J训、is现、在頻碎 上分割該時脈信號，及提供一方波信號，且其中該積另 益進一步經組態以在該PWM模式下接收、求和與積分1 方波信號。 y 3〇·如請求項27之積體電路，其中該脈衝調變器進—步告 130644.doc 200908543 含： 一參考產生器，其經組態以在該PWM模式下產生一單 一參考電壓，及在該PDM模式下產生第一及第二參考信 號。 3 1. —種方法，其包含： 在選擇一 PWM模式的情況下，對一輸入信號執行脈寬 調變（PWM); 在選擇一 PDM模式的情況下，對該輸入信號執行脈衝 密度調變（PDM);及 以一藉由對該輸入信號執行PWM或PDM而獲得之驅動 器信號來驅動一 D級放大器。 3 2.如請求項3 1之方法，其中該對該輸入信號執行PWM包含 在選擇該PWM模式之情況下，以一方波信號對該輸入信 號執行PWM。 33. 如請求項31之方法，其中該執行PWM包含在選擇該PWM 模式之情況下，以一單一參考電壓對該輸入信號執行 P WM，且其中該執行PDM包含在選擇該PDM模式之情況 下，以多個可調整參考電壓對該輸入信號執行PDM。 34. —種裝置，其包含： 用於在選擇一 PWM模式之情況下對一輸入信號執行脈 寬調變（PWM)的構件； 用於在選擇一 PDM模式之情況下對該輸入信號執行脈 衝密度調變（PDM)的構件；及 用於以一藉由對該輸入信號執行PWM或PDM而獲得之 130644.doc 200908543 驅動器信號來驅動一 D級放大器的構件。 35. 如請求項34之裝置，其中該用於對該輸入信號執行PWM 之構件包含用於在選擇該PWM模式之情況下以一方波信 號對該輸入信號執行PWM的構件。 36. 如請求項34之裝置，其中該用於執行PWM之構件包含用 於在選擇該PWM模式之情況下以一單一參考電壓對該輸 入信號執行PWM的構件，且其中該用於執行PDM之構件 包含用於在選擇該PDM模式之情況下以多個可調整參考 電壓對該輸入信號執行PDM的構件。 130644.doc