TW202304136A - 驅動器設備、換能器驅動器、積體電路、以及電子裝置 - Google Patents

驅動器設備、換能器驅動器、積體電路、以及電子裝置 Download PDF

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Abstract

本申請案係關於用於驅動一換能器之方法及設備。一種換能器驅動器具有一交換網路，其可操作以選擇性地將一驅動器輸出端連接至一第一組至少三個不同的切換電壓中之任一者。該等切換電壓在使用中在該驅動器設備之一切換循環中始終維持不變。該交換網路亦可操作以選擇性地將該驅動器輸出端連接至飛馳電容器驅動器。一控制器經組態以控制該交換網路及該飛馳電容器驅動器以基於一輸入信號在該驅動器輸出端處產生一驅動信號，其中在一種操作模式下，該驅動器輸出端以一受控工作週期在該第一組切換電壓中的兩個切換電壓之間切換，且在另一種操作模式下，該驅動器輸出端連接至該飛馳電容器驅動器，該飛馳電容器驅動器以一受控工作週期在第一狀態與第二狀態之間切換。

Description

驅動器設備、換能器驅動器、積體電路、以及電子裝置
本揭示內容之代表性實施例之領域係關於涉及或有關於驅動器電路之方法、設備及/或實現，且特別係關於可用於驅動一換能器之切換驅動器電路。
許多電子裝置包括用於用合適的驅動信號來驅動換能器之換能器驅動器電路，例如用於用音訊驅動信號來驅動主機裝置或連接的附件之音訊輸出換能器。
在一些應用中，驅動器電路可包括用於產生驅動信號之開關放大器級，例如D類放大器輸出級或類似物。開關放大器級可為相對電力高效的，且因此可有利地用於某些應用中。開關放大器級通常操作以使輸出節點以一工作週期在定義的高側切換電壓與低側切換電壓之間切換，該工作週期在針對驅動信號的工作週期的過程中提供期望的平均輸出電壓。
用於輸出驅動器之高側電壓及低側電壓中之至少一者可藉由DC-DC轉換器自例如電池電壓之合適輸入電壓產生。在一些情況下，DC-DC轉換器可為可操作以在使用中選擇性地改變切換電壓之可變電壓轉換器。
圖1大體上說明用於驅動負載換能器101之切換驅動器電路100之一個實例的原理，其中切換電壓可選擇性地改變。驅動器電路100包含D類切換輸出級102，D類切換輸出級102可實現為具有半橋切換級之單端驅動器或具有全橋切換級之差分驅動器，如熟習此項技術者可理解的。D類切換輸出級102因此經組態以基於一輸入信號(未示出)使在負載之至少一側的一輸出節點以一工作週期在高側切換電壓VH與低側切換電壓VL之間切換。
在圖1之驅動器電路中，高側切換電壓VH係藉由DC-DC轉換器自例如電池電壓VBatt之輸入電壓產生，DC-DC轉換器在此實例中包含電荷泵103。電荷泵103包含一交換網路，及在此實例中兩個飛馳電容器CF1及CF2及至少一個儲存電容器CR。在此實例中，電荷泵103可操作以提供可變升壓位準且可在不同模式下操作以提供輸出電壓VCP，輸出電壓VCP之量值可選擇為實質上等於輸入電壓、兩倍的輸入電壓或三倍的輸入電壓。
在圖1之實例中，可變電壓電荷泵103用於提供高側切換電壓VH，而低側電壓VL為限定電壓，在此情況下為接地。
使用可變電壓電荷泵來提供選擇性可變的高側切換電壓允許在需要時使用高電壓來提供相對高電壓之驅動信號。舉例而言，對於差分輸出級102，量值高達近3倍VBatt之輸出驅動電壓可藉由以下方式產生：使電荷泵103以三倍模式操作，且以等於或近100%之工作週期(就連接至高側切換電壓與低側切換電壓相比所用的時間之比例而言)來驅動D類輸出級之一個輸出節點，而以等於或近0%之工作週期來驅動另一輸出節點。然而，對於例如量值低於2倍VBatt或低於VBatt之較低信號位準，電荷泵103可分別在兩倍模式或一倍模式下操作。以此方式改變電荷泵103之輸出電壓可提高功率效率。
雖然諸如圖1所示之驅動器電路可令人滿意地用於許多應用中，但通常希望驅動器電路可提供關於電路面積與系統效率之間的權衡的改良，同時滿足功率要求及效能要求，諸如總諧波失真。
本揭示內容之實施例係關於經改良的切換驅動器電路及操作方法。
根據本揭示內容之一態樣，提供一種驅動器設備，用於基於一輸入信號來驅動一換能器，包含： 一第一驅動器輸出節點，該第一驅動器輸出節點用於輸出一第一驅動信號； 一交換網路； 一飛馳電容器驅動器，該飛馳電容器驅動器具有用於在使用中連接至一飛馳電容器之一第一端子的一輸出電壓節點，該飛馳電容器驅動器可選擇性地在一第一狀態及一第二狀態下操作，在該第一狀態下，該飛馳電容器之一第二端子連接至一第一輸入電壓且該飛馳電容器之該第一端子連接至一第二輸入電壓以對該飛馳電容器充電且將該輸出電壓節點驅動至該第二輸入電壓，在該第二狀態下，該飛馳電容器之一第二端子連接至不同於該第一電壓之一第三輸入電壓且該飛馳電容器之第一端子與該第二輸入電壓斷開以將該輸出電壓節點驅動至一升壓電壓；及 一控制器； 其中該交換網路可操作以選擇性地將該第一驅動器輸出節點連接至該飛馳電容器驅動器之該輸出電壓節點或連接至一第一組至少三個不同的切換電壓中之任一者，其中該第一組之該等切換電壓在使用中在該驅動器設備之一切換循環中始終維持在一相應的電壓節點處；且 其中該控制器經組態以控制該交換網路及該飛馳電容器驅動器以基於該輸入信號在該第一驅動器輸出節點處產生該第一驅動信號，其中在至少一種操作模式下，該第一驅動器輸出節點基於該輸入信號以一受控工作週期在該第一組之切換電壓中的兩個切換電壓之間切換，且在至少一種操作模式下，該第一驅動器輸出節點連接至該飛馳電容器驅動器之該輸出電壓節點且該飛馳電容器基於該輸入信號以一受控工作週期在該第一狀態與該第二狀態之間切換。
在一些實例中，該第一組之切換電壓可包含由該驅動器設備接收之第一供應電壓及第二供應電壓。在一些實例中，該驅動器設備包含一DC-DC轉換器，該DC-DC轉換器經組態以自該第一供應電壓及該第二供應電壓中之至少一者產生至少一第三供應電壓。該DC-DC轉換器可包含一電荷泵或電感式升壓轉換器。在一些實例中，該第一供應電壓可比該第二供應電壓正值更小或負值更大，且該DC-DC轉換器可經組態以產生V3 = V2 + (V2 – V1)之該第三供應電壓，其中V1為該第一供應電壓且V2為該第二供應電壓。
在一些實例中，該第一輸入電壓、該第二輸入電壓及該第三輸入電壓中之至少一者可與該第一組之切換電壓中之一電壓相同。在一些實例中，該第一組之切換電壓可包含由該驅動器設備接收之第一供應電壓及第二供應電壓，且該第一輸入電壓可與該第二供應電壓相同且該第二輸入電壓及該第三輸入電壓中之每一者可與該第一供應電壓相同。
該驅動器設備可進一步包含一第二驅動器輸出節點。該交換網路可進一步經組態以選擇性地將該第二驅動器輸出節點連接至該飛馳電容器驅動器之該輸出電壓節點或連接至該第一組至少三個不同的切換電壓中之任一者，該控制器還可進一步經組態以控制該交換網路及該飛馳電容器驅動器以基於該輸入信號在該第二驅動器輸出節點處產生一第二驅動信號，以便以一差分驅動信號來驅動連接在該第一驅動器輸出節點與該第二驅動器輸出節點之間的一換能器。該交換網路可包含：用於選擇性地將該第一驅動器輸出節點及該第二驅動器輸出節點分別連接至一第一電壓軌的開關及用於選擇性地將該第一驅動器輸出節點及該第二驅動器輸出節點分別連接至一第二電壓軌的開關；及用於選擇性地將該第一組之切換電壓中之至少兩個切換電壓中之任一者連接至該第一電壓軌的開關，其中該飛馳電容器驅動器之該輸出電壓節點可在使用中經由該第二電壓軌耦接至該第一驅動器輸出節點及該第二驅動器輸出節點之一。在一些實現中，該交換網路可進一步包含用於選擇性地將該第一驅動器輸出節點及該第二驅動器輸出節點分別連接至該第一組之切換電壓中之一個切換電壓的開關，該切換電壓不同於可選擇性地連接至該第一電壓軌之該等電壓。
該控制器可為可在以下模式下操作：一第一模式，在該第一模式下，該第一驅動器輸出節點及該第二驅動器輸出節點中之每一者在該第一組之切換電壓中之第一供應電壓與第二供應電壓之間切換；一第二模式，在該第二模式下，該第一驅動器輸出節點及該第二驅動器輸出節點中之一者在該第一供應電壓與該第二供應電壓之間切換，且該第一驅動器輸出節點及該第二驅動器輸出節點中之另一者連接至該飛馳電容器驅動器之該輸出電壓節點，該飛馳電容器驅動器操作以使該電壓輸出節點在該第一供應電壓與該升壓電壓之間切換；及一第三模式，在該第三模式下，該第一驅動器輸出節點及該第二驅動器輸出節點中之一者在該第一組之切換電壓之該第二供應電壓與一第三供應電壓之間切換。該驅動器設備可包含一DC-DC轉換器，該DC-DC轉換器經組態以自該第一供應電壓及該第二供應電壓產生該第三供應電壓。
在一些實例中，該驅動器設備可進一步包含一第二飛馳電容器驅動器。該控制器可為可操作以一起控制該第一飛馳電容器驅動器及該第二飛馳電容器驅動器以在由該第一飛馳電容器驅動器產生之該升壓電壓與由該第二飛馳電容器驅動器產生之一額外升壓電壓之間調變該第一驅動器輸出節點。
在一些實例中，該第一組之切換電壓及由該飛馳電容器驅動器產生之該升壓電壓可一起形成一組等間隔的電壓位準。在一些實例中，該第一組之切換電壓可包含一接收之接地電壓、一接收之正供應電壓及等於該接收之正供應電壓的兩倍之一升壓電壓。
該驅動器設備可為一音訊驅動器設備，該音訊驅動器設備用於基於一音訊輸入信號來驅動一音訊輸出換能器。實施例亦係關於一種包含該驅動器設備之積體電路及一種包含該驅動器設備之電子裝置。
在另一態樣中，提供一種驅動器設備，用於基於一輸入信號來驅動一換能器，包含： 一第一驅動器輸出節點，該第一驅動器輸出節點用於輸出一第一驅動信號； 一交換網路； 一飛馳電容器驅動器，該飛馳電容器驅動器具有用於在使用中連接至一飛馳電容器之一第一端子的一輸出電壓節點，該飛馳電容器驅動器在使用中可操作以選擇性地使該飛馳電容器之一第二端子在兩個不同電壓之間切換以調變該輸出電壓節點處的電壓；及 一控制器； 其中該交換網路可操作以選擇性地將該第一驅動器輸出節點連接至該飛馳電容器驅動器之該輸出電壓節點或連接至一第一組至少三個不同的切換電壓中之任一者，其中該第一組之該等切換電壓在使用中在該驅動器設備之一切換循環中始終維持在一相應的電壓節點處；且 其中該控制器經組態以控制該交換網路及該飛馳電容器驅動器，以基於該輸入信號在該第一驅動器輸出節點處產生該第一驅動信號。
在另一態樣中，提供一種驅動器設備，用於基於一輸入信號來驅動一換能器，包含：一第一驅動器輸出節點，該第一驅動器輸出節點用於輸出一第一驅動信號；一交換網路，該交換網路可在一直接模式下操作以選擇性地將該第一驅動器輸出節點連接至一第一組至少三個不同的連續電壓中之任一者；其中該交換網路進一步可在一間接模式下操作以將該第一驅動器輸出節點連接至一飛馳電容器，以便將該第一驅動器輸出節點驅動至藉由該飛馳電容器升高之一電壓。
在另一態樣中，提供一種換能器驅動器，該換能器驅動器經組態以接收一輸入信號及第一供應電壓及第二供應電壓且產生用於驅動一換能器之一輸出信號，該換能器驅動器包含：一組合的電荷泵及驅動器，該組合的電荷泵及驅動器在使用中可與至少一個主電容器一起操作，以基於該第一供應電壓及該第二供應電壓選擇性地提供至少一第一產生電壓；一飛馳電容器驅動器，該飛馳電容器驅動器在使用中可與至少一個副電容器一起操作，以基於該第一供應電壓及該第二供應電壓提供至少一第二產生電壓；及一輸出電橋，該輸出電橋經組態以選擇性地接收該第一供應電壓及該第二供應電壓、該第一產生電壓及該第二產生電壓以基於該輸入信號產生該輸出信號。
該組合的電荷泵及驅動器可在使用中可與第一主電容器及第二主電容器一起操作。該飛馳電容器驅動器在使用中可與第一副電容器及第二副電容器一起操作。
在另一態樣中，提供一種用於基於一輸入信號在一輸出節點處輸出用於驅動一換能器之一輸出信號的驅動器設備，該驅動器設備包含： 一第一功率級，該第一功率級用於自一或多個供應電壓在一第一電壓節點處產生一電壓； 一第二功率級，該第二功率級用於自該一或多個供應電壓在一第二電壓節點處產生一電壓； 一供應節點，該供應節點耦接至該一或多個供應電壓中之一者； 包含一交換網路之一輸出級，該交換網路用於選擇性地將該輸出節點耦接至該第一電壓節點、該第二電壓節點或該供應節點；及 一控制器，該控制器用於控制該輸出級之該交換網路、該第一功率級及該第二功率級，其中該控制器可在一第一模式下操作，在該第一模式下，該輸出節點連接至該第一電壓節點，且該輸出信號係藉由以下方式產生：控制相應的該第一功率級以調變該第一電壓節點處之該電壓而非切換該輸出級。
該控制器可為進一步可在以下模式中之至少一者下操作： 一第二模式，在該第二模式下，該輸出節點連接至該第二電壓節點且該輸出信號係藉由以下方式產生：控制相應的該第二功率級以調變該第二電壓節點處之該電壓而非切換該輸出級；及 一第三模式，在該第三模式下，該輸出級之該交換網路係以一受控工作週期進行切換以藉由使該輸出節點之連接在該第一電壓節點、該第二電壓節點及該供應節點中的兩者之間交替來產生該輸出信號。
應注意，除非本文明確指出相反或以其他方式明顯不相容，否則本文中描述之任何特徵可與任何一或多個其他描述的特徵組合地實施。
以下描述闡述根據本揭示內容之實例實施例。另外的實例實施例及實施對一般熟習此項技術者而言將顯而易見。此外，一般熟習此項技術者將認識到，各種等效技術可替代或結合下文所論述之實施例而應用，且所有此類等效技術應被視為由本揭示內容涵蓋。
揭示內容之實施例係關於用於驅動換能器之驅動器電路，且特別地，係關於切換驅動器電路，其中輸出節點可以受控工作週期在不同的切換電壓之間切換。揭示內容之實施例亦係關於驅動器電路之操作方法。
在揭示內容之實施例中，一種驅動器設備可包含一交換網路，該交換網路經組態以選擇性地使一輸出節點在第一組複數個切換電壓中之任一者之間切換，該第一組電壓彼此不同，且在使用中，相關的切換電壓在驅動器之整個切換循環中始終實質上連續地維持在一對應的切換電壓節點處。在使用中，該輸出節點可以一受控工作週期在該第一組之不同切換電壓之間切換，以便產生一輸出驅動信號。
該第一組切換電壓中之至少一者可包含一系統電壓，即提供至該驅動器設備之一限定直流電壓，諸如一輸入供應或參考電壓。舉例而言，該第一組切換電壓可包含由該驅動器設備接收之一正輸入供應電壓，諸如電池電壓，及/或一限定接地參考。該第一組切換電壓中之至少一者亦可包括至少一個供應電壓，該至少一個供應電壓由該驅動器設備之一的DC-DC轉換器產生，例如來自一電荷泵或電感式升壓轉換器或類似物，其可由輸入功率供應電壓來供電。在一些實施例中，該第一組切換電壓可包含至少三個切換電壓。
該第一組切換電壓之該等電壓在使用中可維持在相應的切換電壓節點處，且該輸出節點可在該第一組切換電壓中的選定者之間切換，以在該輸出節點處提供期望的電壓調變。
另外，該輸出節點可選擇性地連接至一飛馳電容器驅動器之一輸出電壓節點。該飛馳電容器驅動器經組態用於與連接至該輸出電壓節點的飛馳電容器之一第一端子一起使用，且可操作以使飛馳電容器之一第二端子在可包含系統電壓中之一或多者的兩個不同電壓之間切換，以調變該輸出電壓節點處的電壓。該飛馳電容器驅動器可經組態，使得在使用中在該輸出電壓節點處產生的電壓中之至少一者為一額外電壓，該額外電壓不同於該第一組之該等切換電壓中之任一者。將理解，此額外電壓係以不連續方式產生，即該額外電壓可僅在該驅動器設備之切換循環的一部分中產生。方便地，該飛馳電容器驅動器之該輸出電壓節點所調變至的另一電壓與該第一組電壓之該等電壓之一相同。換言之，該飛馳電容器驅動器之該輸出電壓節點可在該額外電壓(不同於該第一組之任何電壓)與另一電壓(該電壓可與該第一組之一電壓相同)之間進行調變。當該輸出節點連接至該飛馳電容器驅動器之該輸出電壓節點時，該飛馳電容器驅動器可基於該輸入信號以一受控工作週期進行切換，以便調變該電壓驅動器輸出節點。
圖2圖示根據一實施例的用於驅動負載201之驅動器設備200之原理。圖2圖示輸出節點202a可經由切換路徑S1a、S2a及S3a選擇性地連接至相應的切換電壓節點處之三個供應電壓V1、V2或V3中之任一者。
圖2圖示電壓V1及V2可為系統電壓，如本文所用，系統電壓應指代由其他組件維持或產生的任何大體上連續之電壓且由驅動器設備接收/可用。舉例而言，V1及V2可為接地及一接收之輸入供應電壓+VDD (或–VDD)。輸入供應電壓V2可來自系統電池電壓，可能經過由某一其他上游電路施加的某一電壓調節及/或升壓，及/或該輸入供應電壓可提供自系統電源，諸如開關模式電源。切換路徑S1a選擇性地將輸出節點202a連接至接收電壓V1且切換路徑S2a選擇性地將輸出節點202a連接至接收電壓V2。
不同的第三供應電壓V3由可包含電荷泵或電感式轉換器或類似物之DC-DC轉換器203產生。在此實例中，DC-DC轉換器可使用接收之系統電壓V1及V2來產生電壓V3。輸出節點202a可藉由切換路徑S3a選擇性地連接至由電荷泵輸出之供應電壓V3。
在使用中，電壓V1、V2及V3中之每一者以實質上連續的方式維持，即，相關電壓以實質上恆定之位準維持，且相關切換節點處之電壓因此在驅動器設備200之整個切換循環的過程中實質上不變。在DC-DC轉換器為諸如電荷泵之開關模式轉換器的情況下，DC-DC轉換器可操作以在DC-DC轉換器之整個切換循環中始終維持供應電壓。相關切換節點處之電壓因此實質上獨立於用於驅動器設備之輸入信號。當然，將理解，諸如電荷泵或電感式升壓轉換器或類似物的DC-DC轉換器之輸出電壓可能由於DC-DC轉換器之操作而展現某一電壓漣波，但此漣波之程度相對較小，且諸如電荷泵之開關DC-DC轉換器通常包含諸如儲存電容器之能量儲存元件，以在DC-DC轉換器之整個切換循環中始終維持輸出電壓。
應注意，當DC-DC轉換器起作用時，由DC-DC轉換器產生之電壓V3係以實質上連續的方式產生。然而，此並不意味DC-DC轉換器需要一直起作用。若例如由DC-DC轉換器產生之供應電壓僅用於切換相對高量值的輸出信號，則在一些情況下，若信號量值相對較低，則可將DC-DC轉換器控制為不活動。然而，當起作用時，DC-DC轉換器操作而以連續方式維持其輸出供應電壓V3。
電壓V1、V2及V3提供第一組切換電壓，且在使用中，輸出節點202a可以一受控工作週期在此等切換電壓的選定對之間切換，以便提供期望的輸出信號。輸出節點202a藉由以下方式在此等電壓之間切換：控制相關切換路徑S1a、S2a及S3a而以一受控工作週期將輸出節點連接至相關供應電壓。當輸出節點202a經切換為直接耦接至相關直流電壓供應時，此種操作可被視為直接耦合切換或直接電荷轉移操作模式。如上所述，直流供應電壓可例如來自電池、電感式開關模式電源或開關電容器電源且以實質上連續的方式維持電壓，即通常能夠供應電流持續延長的時間段，該時間段例如大於最低所需頻率下的輸出驅動信號之周期。術語「直接耦合」及「直流耦合」在本文中應用於指代輸出節點在此等供應電壓之間的此種切換。
另外，輸出節點202a可經由切換路徑S0a選擇性地耦接至飛馳電容器驅動器206之輸出電壓節點204。輸出電壓節點204耦接至電容器205之第一端子。電容器205之第二端子經組態以藉由開關Sac1及Sac2在兩個不同的電壓Vac1及Vac2之間選擇性地切換。電容器205之第一端子亦可藉由開關Sac3選擇性地連接至電壓Vac3。在使用中，電容器205可被循環充電，然後連接以提供電壓Vac1及Vac2之一的電壓升壓(正或負)以在切換電壓節點處產生升壓電壓，且因此電容器205係用作飛馳電容器。在一些實施中，電壓Vac1、Vac2及Vac3可經選擇，使得輸出電壓節點204處所產生之升壓電壓不同於電壓V1、V2及V3中之任一者。電壓Vac1與電壓Vac2不同，且若開關Sac1及Sac3彼此同相地操作，則Vac1及Vac3亦彼此不同，因此電容器205在此等開關兩者閉合時由Vac1與Vac3之間的電壓差來充電。Vac2及Vac3可彼此相同或不同。將理解，Vac1可或多或少地比Vac2及/或Vac3正值更大。方便地，電壓Vac1、Vac2及Vac3中之至少一者且可能全部係由供應電壓V1、V2及V3提供，但任何其他系統電壓可用於提供此等電壓中之一或多個。
舉例而言，考慮供應電壓V2係用於Vac1且供應電壓V1係用於Vac2及Vac3兩者，其中供應電壓V2比V1正值更大。在使用中，在電容器205之第二端子連接至Vac1 = V2且電容器205之第一端子連接至Vac3 = V1之一種狀態下，電容器充電至電壓+(V2-V1)而正極板在第二端子處。在此狀態下，輸出電壓節點204處於電壓Vac3＝V1。在第二狀態下，電容器205之第二端子改為連接至Vac2＝V1且電容器205之第一端子與Vac3斷開。在此狀態下，電容器205提供供應電壓Vac2之負升壓，如此因此在輸出電壓節點處產生負升壓電壓V0，其中V0＝-(V2-V1)。在此實例中，輸出電壓節點204因此可在電壓V1與電壓V0之間切換，而工作週期由開關Sac1、Sac2及Sac3之切換來控制。電容器205與開關Sac1、Sac2及Sac3一起因此可被視為用於驅動輸出節點的基於飛馳電容器之輔助驅動器或電荷泵206。
電容器205因此可選擇性地切換以提供選擇性升壓以提供可不同於電壓V1、V2及V3之電壓V0。此操作可被視為間接耦合切換或間接電荷轉移操作模式，因為在操作中，當產生電壓V0時，輸出節點經由電容器間接地耦接至電源Vac2。電壓V0在驅動器設備之整個切換循環中始終未得以連續地維持。如本文所用，術語「間接耦合」或「間接切換」將用於指代此操作且術語「交流耦合」亦將用於此操作。
驅動器設備200因此可在直接耦合操作模式下操作且可使輸出在供應電壓V1、V2、V3中之選定供應電壓之間切換，且亦可在間接耦合操作模式下操作，以產生至少一個額外電壓V0。驅動器設備200因此為混合的直接耦合及間接耦合切換驅動器。根據所需的輸出信號，能量可經由「直流耦合」路徑與「交流耦合」路徑之混合而轉移至負載201。
直流供應電壓V1、V2及V3及至少一個額外升壓電壓V0經選擇以在輸出節點202a處提供單端驅動信號之期望輸出電壓範圍。選擇電壓V1、V2、V3及V0中的最高電壓位準(即最大正/最小負位準)與最低電壓位準(即最小正或最大負位準)之間的差，以提供輸出驅動信號之期望輸出範圍。選擇其他電壓，以提供中間電壓位準。在使用中，驅動器設備200可受控制，以便僅使輸出節點在相鄰電壓位準之間切換。
舉例而言，若V3 ＞ V2 ＞ V1 ＞ V0 (自正值更大方面看)，則輸出節點可以一受控工作週期在電壓V2與電壓V3之間切換，以在輸出節點202a處提供在V2與V3之間的範圍內之(平均)輸出電壓。為了提供較低的(平均)輸出電壓，輸出節點可在V1與V2之間切換以提供在V1與V2之間的範圍內之(平均)輸出電壓，或在V0與V1之間切換以提供在此範圍內之平均電壓。
圖3 圖示此原理且圖示根據一個實例的輸出節點202a處之切換波形及所得的輸出電壓301 (在工作週期上平均)，即自驅動器設備輸出之驅動信號的期望電壓。應注意，圖3圖示僅一個輸出節點處所產生之單端驅動器信號之切換波形，即可應用於負載之僅一側。
輸出節點處之輸出電壓301因此可在限定於V3與V0之間的實質上整個全電壓範圍內改變。然而，在整個此輸出電壓範圍上，輸出節點在相差小於全電壓範圍之兩個切換電壓之間切換，即在每一切換循環中應用於輸出節點之電壓調變的量值小於全電壓輸出範圍。
相比之下，對於參考圖1論述之切換驅動器，跨全輸出範圍產生驅動信號將需要使輸出節點在相差全輸出範圍的電壓之間切換。在本揭示內容之實施例中，可達成類似的輸出電壓範圍，但在切換循環期間在輸出節點處進行較小量值的電壓調變。此在減少可能的電磁干擾(EMI)方面係有利的，因為在切換循環期間在輸出節點處的較小量值的電壓調變可產生較少EMI。另外，驅動器設備之組件上的最大電壓應力可取決於切換循環期間的切換電壓之間的差，且使用較小電壓差因此可減輕對驅動器設備之組件(諸如開關)上的電壓應力的要求，此可允許使用更少及/或更小的組件。
在一些情況下，電壓位準V1、V2、V3及V0可經配置，使得連續電壓位準之間的電壓差可彼此實質上相同。在V1及V2為接收之系統電壓的情況下，電壓V3可產生以與V1相差量值等於(V2 – V1)的量，同樣地，V0可產生以與V1、V2及V3中之一者相差相同的量值。舉例而言，若V1為接地且V2為輸入電壓VP，則V3及V0中之一者可產生為2VP而另一者產生為–VP，儘管其他組合將為可能的。
如所述，圖3圖示僅一個輸出節點處之切換波形。在一些實施中，驅動器設備可實施為單端驅動器，該單端驅動器經組態以僅驅動負載之一側，而負載之另一側保持為恆定的限定電壓，例如接地或非零靜態電壓位準。然而，在一些實施中，驅動器設備可實施為差分驅動器，該差分驅動器經組態以驅動負載之兩側。
返回參考圖2，驅動器設備因此亦可包含用於選擇性地將在負載另一側之輸出節點202b分別連接至供應電壓V1、V2及V3的切換路徑S1b、S2b及S3b。亦存在用於選擇性地將輸出節點202b連接至切換電壓節點以進行間接耦合切換的切換路徑S0b。在一些情況下，切換路徑S0b可將輸出節點202b連接至輸出電壓節點204，但在一些情況下，可存在用於為輸出節點202b提供間接耦合切換的類似於電荷泵206之額外電荷泵。輸出節點202a及202b中之每一者可選擇性地在適當的切換電壓之間切換以負載上提供期望的差分電壓。
因此，考慮圖3之不同電壓位準之實例，其中V3為最高(最正/最小負)電壓且V0為最低(最負/最小正)電壓，且V2比V1高(正值更大/負值更小)，可產生在+(V3 – V0)至–(V3 – V0)之輸出範圍內的差分電壓。對於在此範圍內之相對高量值的輸出電壓，驅動器設備200可在一模式下操作，在該模式下，在負載一側之輸出節點在V2與V3之間切換，而在負載另一側之輸出節點在V0與V1之間切換。對於在此範圍內之相對低量值的信號，驅動器設備200可在一不同模式下操作，在該模式下，負載之每一側可在負載之每一側以適當的工作週期在電壓V1與電壓V2之間切換。在一些實施中，驅動器設備200可在此等兩個操作模式下之任一者下操作且在達到適當的信號臨限值時在此等兩個操作模式之間切換。然而，在一些實施中，驅動器設備亦可針對中間量值信號而在另一種模式下操作。在中間量值模式下，在負載一側之輸出節點可在電壓V1與電壓V2之間切換，而在負載另一側之輸出節點可在V0與V1之間切換。替代地(或作為一額外的中間量值模式)，在負載一側之輸出節點可在電壓V2與電壓V3之間切換，而在負載另一側之輸出節點在V1與V2之間切換。使用中間量值模式可減少在高量值模式及低量值模式下達成100%或近100%之工作週期的需要，此在實踐中可能很困難，但與高量值模式或低量值模式相比，差分輸出信號之共模分量在中量值模式下可能不同。
在圖2之實例中，切換驅動器200因此接收輸入系統電壓V1及V2，例如接地及和輸入供應電壓VP，且產生額外供應電壓V3。在需要時，該切換驅動器亦使用飛馳電容器205產生額外的升壓電壓V0。
用由飛馳電容器產生之升壓電壓V0來驅動負載可相對省電，因為自電源轉移至電容器之電荷接著轉移至負載而沒有明顯的浪費。然而，電容器205之切換的工作週期取決於所需的輸出信號電壓且因此取決於輸入信號。此導致工作週期相關阻抗變化。通常不希望出現明顯的信號相關阻抗變化。
藉由使用直接耦合切換與間接耦合切換之混合，本揭示內容之實施例提供功率效率與阻抗變化之間的有利平衡。與圖1所示之驅動器相比，此亦可允許使用數目減少之電容器。
圖4更詳細地圖示根據一實施例的驅動器設備400之一個實施例，其中與參考圖2論述之組件類似的組件用相同的參考數字來識別。
圖4之實施例包含用於驅動輸出節點202a及202b之差分驅動器。圖4之實施例接收在此實例中為接地及供應電壓VP之系統電壓V1及V2。驅動器設備包含2倍(乘以2)電荷泵203，該電荷泵接收系統電壓VP及節點且產生在此實例中等於2VP的另外供應電壓V3。
電荷泵203包含電容器C1，電容器C1被配置為具有開關S1、S2、S3及S4之飛馳電容器。開關S1及S2選擇性地將電容器C1之第一端子分別連接至系統電壓VP及接地，而開關S3選擇性地將第二端子連接至系統電壓VP且開關S4選擇性地將電容器C1之第二端子連接至電荷泵輸出以獲得電壓2VP。
在使用中，開關S2及S3一起且與開關S1及S4反相地切換。電荷泵203因此在第一狀態與第二狀態之間循環，在第一狀態下，開關S2及S3閉合(且開關S1及S4斷開)以將飛馳電容器C1充電至電壓VP，第二端子為正，在第二狀態下，開關S1及S4閉合(且開關S1及S4斷開)，使得系統電壓VP連接至電容器C1之第一端子且電容器C1之第二端子升壓至2VP。此狀態對連接在系統電壓VP與電荷泵輸出之間的儲存電容器C2充電，且因此提供由電容器C2維持的2VP之輸出電壓。
電荷泵203之開關S1至S4以電荷泵頻率進行切換，該電荷泵頻率獨立於由驅動器設備輸出之輸出信號，且因此獨立於輸出節點202a及202b處之工作週期。
驅動器設備400亦包含用於輸出節點202a及202b之差分輸出電橋401。在圖4之實例中，來自電荷泵203之2VP輸出電壓或系統電壓VP可分別由開關S5及S6分別耦接至共同軌，該共同軌可被稱為高側軌。輸出節點202a及202b中之每一者可由相應之開關S7及S8選擇性地連接至高側軌。輸出節點202a及202b亦可由相應之開關S9及S10選擇性地連接至低側軌，或分別由開關S11及S12選擇性地連接至系統接地電壓。輸出電橋401因此可以被稱為T橋。
驅動器設備亦包含如參考圖2論述之飛馳電容器輔助驅動器206。在此實例中，開關S13及S14 (相當於圖2之開關Sac1及Sac2)分別選擇性地將電容器205之第一端子連接至系統電壓VP或接地，且開關S15 (相當於Sac3)選擇性地將電容器205之第二端子連接至接地。
開關S11因此提供參考圖2論述之切換路徑S1a。開關S7及S6共同提供切換路徑S2a，開關S7及S5因此共同提供切換路徑S3a。切換路徑S0a由開關S9及S16提供。
圖4之實施例亦包含亦連接至低側軌之第二飛馳電容器輔助驅動器402，該第二飛馳電容器輔助驅動器包含開關S17及S18及電容器C4。第二飛馳電容器輔助驅動器402可實現以便與第一飛馳電容器輔助驅動器206一起操作以產生另外的不同升壓電壓，如在下文將更詳細描述，以便擴展至驅動器設備400之輸出電壓範圍。然而，在一些實施中，可能不需要此另外的不同升壓電壓且第二飛馳電容器輔助驅動器402可省略。
在使用中，驅動器設備之各種開關S5至S18由控制器403基於例如輸入音訊信號之輸入信號Sin來控制，以產生對應的差分輸出信號。控制器403可經組態以基於輸入信號Sin而選擇性地使驅動器設備在不同操作模式下操作，以提供在+4VP至-4VP之範圍內的差分輸出電壓。控制器403因此接收輸入信號Sin且產生一系列開關控制信號Scon以用於控制開關。控制器403亦可控制電荷泵203之開關S1至S4，但對此等開關之控制可獨立於輸入信號Sin。
對於相對低量值輸出信號，即對於低於第一臨限值之差分輸出量值，其中第一臨限值為VP或更低之量值，驅動器設備400可在第一模式下操作，在第一模式下，輸出節點202a及202b中之每一者在電壓接地與VP之間切換。
在此第一操作模式下，開關S6閉合以將輸入供應電壓VP連接至高側軌且開關S5打開以將電荷泵203之輸出與此軌斷開。開關S9及S10亦打開以將輸出節點與低側軌斷開。
開關S7及S11以一受控工作週期反相地切換，以使輸出節點在電壓VP (高側軌處)與接地之間切換。同樣地，對於輸出節點202b，開關S8及S12亦以一受控工作週期進行切換。
輸出節點202a及202b中之每一者因此以相應的受控工作週期在電壓接地與VP之間切換，以基於輸入信號提供期望的輸出電壓。圖5a圖示用於輸出節點202a及202b之切換波形Vouta及Voutb及在一個切換循環週期Tpwm中之所得差分電壓Vdiff的一個實例。
在此第一操作模式下，電荷泵之開關S1至S4可以如上所述之電荷泵頻率切換以維持電容器C2上之電壓。另外，第一飛馳電容器輔助驅動器206之開關S13及S15可保持閉合，使得電容器205充電至電壓VP。開關S16、S17及S18可保持打開，或在一些情況下，開關S16及S18可閉合以便提供電容器C4之某一預充電(此用於如在下文論述之第四模式下)。
對於較高的中間量值輸出信號，即對於第一臨限值與第二較高臨限值之間的差分輸出量值，其中第二臨限值為2VP或更低之量值，驅動器設備400可在第二模式下操作，在第二模式下，輸出節點202a及202b中之一者(取決於所需的極性)在電壓接地與VP之間切換且另一輸出節點在電壓–VP與接地之間切換。
若差分輸出之極性係定義為在輸出節點202a處的電壓比輸出節點202b處的電壓正值更大時為正，則為了第二操作模式下之正輸出信號，輸出節點202a將在VP與接地之間切換，而輸出節點202b在–VP與接地之間切換。
在此情況下，在開關S5打開的情況下，開關S6再次閉合以將輸入電壓VP連接至高側軌，且開關S7及S11再次以受控工作週期進行切換，同時開關S9打開。
在此情況下，在開關S8及S12打開的情況下，開關S10閉合以將輸出節點202b連接至低側軌。開關S16閉合以將低側軌連接至第一飛馳電容器輔助驅動器206。基於輸入信號Sin，開關S13及S15一起以受控工作週期與開關S14反相地切換。如參考圖2所描述，在開關S13及S15閉合(且S14打開)的情況下，節點204處且因此低側軌的電壓為接地且電容器205充電至VP。在開關S14閉合(且S13及S15打開)的情況下，電容器205連接在接地與輸出電壓節點204之間，該電容器之正極板連接至接地以將輸出電壓節點204處且因此低側軌的電壓驅動至−VP。在此模式下，不使用第二飛馳電容器輔助驅動器402，且開關S18及S17可保持打開，使得電容器C4保持浮動，或替代地，可控制該等開關以維持電容器C4上之某一預充電。
以相應的受控工作週期，輸出節點202a因此在電壓接地與VP之間切換，而輸出節點202b在電壓–VP與接地之間切換，以基於輸入信號提供期望的輸出電壓。圖5b圖示針對正差分輸出的在此第二操作模式下的用於輸出節點202a及202b之切換波形Vouta及Voutb及在一個切換循環週期Tpwm中的所得差分電壓Vdiff的一個實例。對於負差分輸出，輸出節點202a將改為連接至低側軌且輸出節點202b在接地與高側軌之間切換。
對於更高的中間量值輸出信號，即對於第二臨限值與第三較高臨限值之間的差分輸出量值，其中第三臨限值為3VP或更低之量值，驅動器設備400可在第三模式下操作，在第三模式下，輸出節點202a及202b中之一者(取決於所需的極性)在電壓VP與2VP之間切換且另一輸出節點在電壓–VP與接地之間切換。
對於正差分輸出，輸出節點202a可在電壓VP與2VP之間切換。在此情況下，開關S7在切換循環中始終閉合以將輸出節點連接至高側軌(在開關S9及S11打開的情況下)，且開關S5及S6以受控工作週期進行切換以使高側軌處的電壓在VP與2VP之間切換。輸出節點202b由開關S10連接至低側軌，且飛馳電容器輔助驅動器206以與在第二模式下相同的方式操作。
以相應的受控工作週期，輸出節點202a因此在電壓VP與2VP之間切換，而輸出節點202b在電壓–VP與接地之間切換，以基於輸入信號提供期望的輸出電壓。圖5c圖示針對正差分輸出的在此第三操作模式下的用於輸出節點202a及202b之切換波形Vouta及Voutb及在一個切換循環週期Tpwm中的所得差分電壓Vdiff的一個實例。對於負差分輸出，輸出節點202a將改為連接至低側軌且輸出節點202b連接至高側軌。
對於更高量值輸出信號，即對於高於第三臨限值之差分輸出量值，驅動器設備400可在第四模式下操作，在第四模式下，輸出節點202a及202b中之一者(取決於所需的極性)在電壓VP與2VP之間切換且另一輸出節點在電壓−2VP與−VP之間切換。
對於正差分輸出，輸出節點202a可在電壓VP與2VP之間切換。在此情況下，開關S7在切換循環中始終閉合以將輸出節點連接至高側軌(在開關S9及S11打開的情況下)，且開關S5及S6以受控工作週期進行切換以使高側軌處的電壓在VP與2VP之間切換，方式與第三模式下的類似。
在開關S10閉合(且開關S8及S12打開)的情況下，輸出節點202b連接至低側軌。在此情況下，第一飛馳電容器輔助驅動器206與第二飛馳電容器輔助驅動器402協作以使低側軌處的電壓在–VP與−2VP之間切換。基於輸入信號Sin，此等輔助驅動器以一受控工作週期控制在兩種狀態之間。
在第一狀態下，開關S14及S16閉合(開關S13及S15打開)。充電至VP之電容器205因此連接在接地與低側軌之間，正極板連接至接地。此將低側軌且因此輸出節點202b驅動至電壓–VP。在此第一狀態下，開關S18亦閉合而開關S17打開，因此電容器C4充電至2VP之電壓。
在第二狀態下，開關S16打開以將第一飛馳電容器輔助驅動器206與低側軌隔離，且開關S17閉合(開關S18打開)以將電容器C4連接在接地與低側軌之間，該電容器之正極板連接至接地。此將低側軌驅動至−2VP。在此第一狀態下，開關S13及S15亦可閉合而開關S14打開，以對電容器205再充電。
因此，在第四模式下，第一飛馳電容器輔助驅動器充當第二飛馳電容器輔助驅動器之協助者電荷泵。
以相應的受控工作週期，輸出節點202a因此在電壓VP與2VP之間切換，而輸出節點202b在電壓–2VP與–VP之間切換，以基於輸入信號提供期望的輸出電壓。圖5d圖示針對正差分輸出的在此第四操作模式下的用於輸出節點202a及202b之切換波形Vouta及Voutb及在一個切換循環週期Tpwm中的所得差分電壓Vdiff的一個實例。對於負差分輸出，輸出節點202a將改為連接至低側軌且輸出節點202b連接至高側軌。
自圖5a至圖5d可看出，在此等第一至第四操作模式下之每一者下，在切換循環過程中的輸出節點中之每一者處的電壓調變具有等於輸入電壓VP之的量值(即等於V2 – V1)。另外，在此等模式中之每一者下，差分電壓之調變的量值限於此電壓VP。
控制器403因此接收輸入信號Sin且產生適當的控制信號Scon以用於驅動器設備400之開關，以提供對應的輸出信號。視信號量值而定，控制器在適當模式下操作且控制負載兩側之工作週期。隨著輸入信號改變，控制器可控地調整相應地在給定操作模式內的工作週期，直至達到用於改變模式之臨限值，此時，控制器403轉換至新的操作模式，且工作週期有適當變化以考慮切換電壓之變化且維持正確的差分電壓。
圖6圖示當輸出信號改變時的諸如圖4所示之切換驅動器設備之實例波形。波形601及602分別說明輸出節點202a及202b處的電壓Vouta及Voutb。波形603說明負載上之未濾波差分電壓且波形604說明所得的平均差分輸出，即濾波後負載所經歷之差分輸出信號。
驅動器設備400可將FET裝置用於開關來實施。
返回參考圖4，可看出，輸出節點中之一者處的電壓之電壓調變可以不同方式產生。在一種操作模式下，輸出節點之電壓調變可藉由使輸出級之開關以受控工作週期切換來達成。舉例而言，如上所述，當在第一模式下操作時，高側軌處的電壓可保持恆定在VP且輸出節點202a處的電壓可藉由使輸出級之開關S7及S11工作循環而在VP與接地之間調變。然而，在另一種操作模式下，輸出節點可在整個循環中始終連接至高側軌或低側軌中之一者，且調變可藉由以受控工作週期調變相關高側軌或低側軌的電壓來達成。舉例而言，在第三操作模式下，在開關S7閉合的情況下，輸出節點202a可在整個循環中連接至高側軌，且高側軌處的電壓係藉由使開關S5及S6工作循環而在2VP與VP之間調變。
通常，該設備至少包含：一第一功率級，該第一功率級用於自一或多個供應電壓產生或控制第一電壓節點處的電壓；及具有一交換網路之一輸出級，該交換網路用於選擇性地將輸出節點連接至第一電壓節點或至少一個不同的電壓節點(該電壓節點可連接至供應電壓或另一功率級之輸出)。提供一控制器以用於控制該輸出級及該第一功率級之切換。在一種操作模式下，可控制該輸出級以將輸出節點連接至第一電壓節點，且控制該第一功率級以便基於輸入信號來調變第一電壓節點處的電壓以便調變輸出節點處的電壓，以提供輸出信號而不切換該輸出級，即使得該輸出級在相關模式下之操作中始終保持在相同的開關狀態下。在一些情況下，可存在一第二功率級，該第二功率級用於自一或多個供應電壓產生或控制第二電壓節點處的電壓，且該輸出級之該交換網路可選擇性地將輸出節點連接至第二電壓節點。在一些情況下，該輸出級之該交換網路可選擇性地將輸出節點連接至第一電壓節點、第二電壓節點或供應節點中之任一者，該任一節點連接至一或多個供應電壓中之一者。
在圖4之實例中，該設備可被視為具有由電荷泵203與開關S5及S6一起提供的用於控制高側軌處的電壓之高側功率級，且亦具有由第一飛馳電容器輔助驅動器206 (與第二飛馳電容器輔助驅動器402一起，若存在)提供的用於控制低側軌處的電壓之低側功率級。該輸出級包含用於選擇性地將輸出節點202a連接至高側軌或低側軌的交換網路，在此實例中為開關S7及S9。該輸出級之該交換網路亦可包含用於將輸出節點耦接至供應電壓之至少一個額外開關，例如用於將輸出節點202a耦接至接地之開關S11。控制器403經組態以產生用於該輸出級、該高側功率級及該低側功率級之控制信號，使得在一種操作模式下，控制該輸出級以將輸出節點連接至高側軌，且藉由控制高側功率級以調變高側軌之電壓而不切換該輸出級來產生輸出信號，及/或在一種操作模式下，控制該輸出級以將輸出節點連接連接至低側軌，且藉由控制低側功率級以調變低側軌之電壓而不切換該輸出級來產生輸出信號。在另一種操作模式下，可藉由使該輸出級以受控工作週期切換以交替地將輸出節點連接至不同電壓來產生輸出信號。在此操作模式下，輸出節點可在循環的部分中連接至高側軌或低側軌之一，且相關軌之電壓保持恆定。
通常，如圖7所示，根據此實施例之驅動器設備400可被視為接收系統(或供應)電壓V1及V2，其中V1可為接地或某一其他限定參考且V1可為輸入供應。諸如參考圖2論述之輸出電橋401的輸出級701經組態用於將信號輸出至負載201，例如換能器。組合的電荷泵及驅動器702可操作以選擇性地至少提供第一產生電壓V3。在此實例中，組合的電荷泵及驅動器702可操作以選擇性地將接收之供應電壓V2及至少一個產生的升壓電壓V3提供至輸出級701以進行直流耦合切換。組合的電荷泵及驅動器702因此可包含用以自接收之供應電壓產生升壓電壓之電荷泵功能性，及用於以受控工作週期在不同切換電壓之間驅動輸出電橋的驅動器能力，以便產生輸出信號。組合的電荷泵及驅動器702在使用中可與至少一個電容器一起操作，該電容器可被稱為主電容器。在圖7之實例中，可存在第一主電容器及第二主電容器C1及C2，該等主電容器在一些情況下可為積體電容器，但在一些情況下可為晶片外組件。第一主電容器及第二主電容器可分別組態為飛馳電容器及儲存電容器。組合的電荷泵及驅動器可包含參考圖4論述之電荷泵203，連同開關S5及S6一起用於將選定輸出提供至高側軌。
飛馳電容器輔助驅動器亦可操作以至少提供一第二產生電壓。飛馳電容器輔助驅動器703可經組態以藉由間接耦合或交流耦合切換，例如經由使用飛馳電容器，來提供電壓V0。組合的電荷泵及驅動器702因此可包含驅動器能力，以便藉由飛馳電容器之切換而以受控工作週期在不同切換電壓之間驅動輸出電橋。飛馳電容器驅動器703在使用中可與可被稱為副電容器的至少一個電容器一起操作。在圖7之實例中，可存在第一副電容器及第二副電容器C3及C4，該等副電容器亦可為積體組件或晶片外組件。第一副電容器及第二副電容器C3及C4兩者可組態為飛馳電容器。飛馳電容器輔助驅動器703可包含參考圖4論述之第一飛馳電容器輔助驅動器及第二飛馳電容器輔助驅動器206及403。輸出電橋經組態以選擇性地接收第一供應電壓及第二供應電壓V1及V2、第一產生電壓V3及第二產生電壓V0以基於輸入信號產生輸出信號。控制器704基於輸入信號(未單獨圖示)來控制輸出級701、組合的電荷泵及驅動器702及飛馳電容器輔助驅動器703之切換操作。
圖8圖示根據另一實施例之驅動器設備800之實例。
圖8之實施例包含用於驅動輸出節點202a及202b之差分驅動器。圖4之實施例接收在此實例中為接地及供應電壓VP之系統電壓V1及V2。
切換設備800包含用於驅動輸出節點202a及202b之輸出級801。此實施例中之輸出級801包含開關SW5a及SW5b，開關SW5a及SW5b用於選擇性地將輸出節點202a連接至輸出節點202a的相應高側軌及低側軌。同樣地，開關SW4b及SW5b選擇性地將輸出節點連接至輸出節點202b之高側軌及低側軌。此實例中之輸出級801因此可被視為H橋。
驅動器802a可操作以為輸出節點202a之高側軌及低側軌提供電壓。驅動器802a包含耦接在高側電壓軌與低側電壓軌之間的電容器CP1a。開關SW6a選擇性地將高側電壓軌耦接至電壓選擇節點，該電壓選擇節點可由開關SW7a及SW8a選擇性地連接至系統電壓V1或V2中之任一者，即此實例中之接地及VP。同樣地，SW3a選擇性地將低側電壓軌耦接至電壓選擇節點，該電壓選擇節點可由開關SW1a及SW2a選擇性地連接至系統電壓V1或V2中之任一者。
在使用中，驅動器802a可將系統電壓V2及V1作為電壓供應至高側軌及低側軌以進行直流耦合切換。另外，驅動器802a可選擇性地將電容器CP1a與此等供應電壓之一者串聯以提供相關供應電壓之正或負升壓以提供間接(或交流耦合)切換電壓，如在下文將更詳細地描述。
驅動器802b耦接至輸出節點202b之高側軌及低側軌。驅動器802b通常具有與驅動器802a相同的結構，且因此具有對應於驅動器802a之組件的組件(由相同參考來識別，但在圖8中具有後綴b)。
驅動器設備800亦包含電荷泵803。在此實例中，電荷泵803經組態以可操作以將供應電壓提供至輸出節點202a或202b中之任一者的低側軌。電荷泵803包含電容器CP2及用於選擇性地將電容器CP2之第一端子連接至系統電壓V2或V1中之任一者的開關S9及S10，以及用於選擇性地將電容器CP2之第一端子連接至V1 (即此實例中之接地)的開關SW11。開關SW12及SW13分別選擇性地將電荷泵驅動器連接至輸出節點202a及202b之低側軌。在使用中，當電荷泵803作用以將電壓供應至低側軌中之一者時，連接至彼電壓軌之相應電容器CP1a或CP1b可用作儲存電容器，如在下文將更詳細地論述。
在使用中，驅動器設備之各種開關由控制器804基於輸入信號Sin (例如輸入音訊信號)來控制，以產生對應的差分輸出信號。基於輸入信號Sin，控制器804可經組態以使驅動器設備選擇性地在不同操作模式下操作以提供在+3VP至-3VP之範圍內的差分輸出電壓。控制器804因此接收輸入信號Sin且產生一系列開關控制信號Scon以用於控制開關。
對於相對低量值輸出信號，即對於低於第一臨限值之差分輸出量值，其中第一臨限值為VP或更低之量值，驅動器設備800可在第一模式下操作，在第一模式下，輸出節點202a及202b中之每一者在為接地及VP的電壓之間切換。
在第一模式下，對於驅動器設備800，開關SW1a、SW3a、SW8a及S6a亦閉合(開關SW2a及SW7a打開)以將驅動器802a之高側電壓軌及低側電壓軌分別連接至電壓VP及接地，且驅動器802b之對應開關以相同方式進行切換。開關SW4a及SW5a以受控工作週期反相地切換，以使輸出節點202a在高側軌處的電壓VP與低側軌處的接地之間切換。同樣地，對於輸出節點202b，開關SW4b及SW5b亦以受控工作週期進行切換。
輸出節點202a及202b中之每一者因此以相應的受控工作週期在電壓接地與VP之間切換，以基於輸入信號提供期望的輸出電壓。圖9a圖示用於輸出節點202a及202b之切換波形Vouta及Voutb及在一個切換循環週期Tpwm中之所得差分電壓Vdiff的一個實例。
另外，由於電容器CP1a及CP1b連接在相關驅動器之相應的高側軌及低側軌道之間，因此，此等電容器中之每一者充電至電壓VP。
在此第一操作模式下，開關SW12及SW13打開以將電荷泵803與低側軌斷開。開關SW9及SW11可閉合而開關SW10打開，以將電容器CP2充電至電壓VP。
對於較高的中間量值輸出信號，即對於在第一臨限值與第二較高臨限值之間的差分輸出量值，其中第二臨限值為2VP或更低之量值，驅動器設備800可在第二模式下操作，在第二模式下，輸出節點202a及202b中之一者(取決於所需的極性)在電壓接地與VP之間切換且另一輸出節點在電壓–VP與接地之間切換。
若差分輸出之極性係定義為在輸出節點202a處的電壓比輸出節點202b處的電壓正值更大時為正，則為了第二操作模式下之正輸出信號，輸出節點202a將在接地與VP之間切換，而輸出節點202b在–VP與接地之間切換。
在此情況下，驅動器802a可以與第一模式下相同的方式操作。對於驅動器802b，開關SW4b可閉合而開關SW5b打開，以將輸出節點202b連接至低側軌。在此模式下，驅動器802a可以受控工作週期在兩種狀態之間循環，以改變低側電壓軌處的電壓。在一種狀態下，開關SW1b、SW3b、SW6b及SW8b可閉合(開關SW2b及SW7b打開)，使得低側軌經驅動至接地且電容器CP1b經充電至VP的電壓。在另一種狀態下，開關SW6b及SW7b閉合(開關SW1b、SW2b、SW3b及SW8b打開)，因此電容器CP1b連接在V1 (在此實例中為接地)與低側軌之間且該電容器之正極板連接至V1。此提供電壓V1之負升壓，且在此實例中，將低側軌驅動至電壓−VP。
此模式下的驅動器802b因此提供間接耦合切換電壓，優勢為上文論述之功率效率。
以相應的受控工作週期，輸出節點202a因此在電壓接地與VP之間切換，而輸出節點202b在電壓–VP與接地之間切換，以基於輸入信號提供期望的輸出電壓。圖9b圖示針對正差分輸出的在此第二操作模式下的用於輸出節點202a及202b之切換波形Vouta及Voutb及在一個切換循環週期Tpwm中的所得差分電壓Vdiff的一個實例。對於負差分輸出，驅動器802a及802b之操作可交換。
再次，在驅動器設備之此第二操作模式下，開關SW12及SW13打開以將電荷泵803與低側軌斷開，且開關SW9及SW11可閉合而開關SW10打開以將電容器CP2充電至電壓VP。
對於更高的中間量值輸出信號，即對於第二臨限值與第三較高臨限值之間的差分輸出量值，其中第三臨限值為3VP或更低之量值，驅動器設備800可在第三模式下操作，在第三模式下，輸出節點202a及202b中之一者(取決於所需的極性)在電壓VP與2VP之間切換且另一輸出節點在電壓–VP與接地之間切換。
對於正差分輸出，輸出節點202a可在電壓VP與2VP之間切換。在此情況下，開關SW5a可在切換循環中始終閉合以將輸出節點202a連接至高側軌(在開關SW4a打開的情況下)。驅動器802a接著以受控工作週期在兩種狀態之間循環，以便在VP與2VP之間調變高側軌處的電壓。
在一種狀態下，開關SW1a、SW3a、SW6a及SW8a閉合(開關SW2a及SW7a打開)以將高側軌連接至電壓VP且將電容器CP1a充電至電壓VP。在另一種狀態下，開關SW2a及SW3a閉合(開關SW1a、SW6a、SW7a及SW8a打開)以將電容器CP1a連接在電壓V2 (即此實例中之VP)與高側軌之間，以便提供高側軌處的升壓電壓，在此實例中等於+2VP。
在此操作模式下，驅動器802a因此操作以提供2VP的間接耦合正升壓電壓。
驅動器802b可以與第二模式相同的方式操作。
以相應的受控工作週期，輸出節點202a因此在電壓VP與2VP之間切換，而輸出節點202b在電壓–VP與接地之間切換，以基於輸入信號提供期望的輸出電壓。圖9c圖示針對正差分輸出的在此第三操作模式下的用於輸出節點202a及202b之切換波形Vouta及Voutb及在一個切換循環週期Tpwm中的所得差分電壓Vdiff的一個實例。對於負差分輸出，輸出節點202a將改為在−VP與接地之間切換，且輸出節點202b在+VP與+2VP之間切換。
再次，在驅動器設備800之此第三操作模式下，開關SW12及SW13打開以將電荷泵803與低側軌斷開，且開關SW9及SW11可閉合而開關SW10打開以將電容器CP2充電至電壓VP。
在驅動器設備800之此第三操作模式下，在負載兩側之驅動器802a及802b正在間接耦合模式下操作以產生間接耦合升壓電壓。
如上文所論述，雖然此種間接耦合切換可為功率有效的，但此種切換可導致不希望的工作週期相關阻抗變化。此阻抗變化取決於工作週期，且變化之程度取決於相關的交流耦合升壓電壓連接至輸出節點的時間比例。
為了減少此變化，當差分輸出量值在第二臨限值與第三臨限值之間時，驅動器設備800亦可在第四模式下操作。在第四模式下，輸出節點202a及202b中之一者(取決於所需的極性)在電壓VP與2VP之間切換，但另一輸出節點在切換循環中始終保持恆定在電壓−VP。電壓−VP由電荷泵803在相關輸出節點之低側軌處產生。
當差分輸出量值在第二臨限值與第三臨限值之間時，控制器可在第四模式下操作，且其中對於將另外在−VP與接地之間切換的相關輸出節點，將花費在間接耦合升壓電壓−VP上的切換循環之比例將高於一臨限值。舉例而言，該臨限值可為50%。因此，若在第三模式下操作時相關輸出節點將50%或更多的切換循環用來連接至−VP (在此情況下，對應於彼輸出節點之工作週期小於0.5)，則控制器804可控制驅動器設備改為在第四模式下操作。
對於正差分輸出，輸出節點202a可在電壓VP與2VP之間切換且輸出節點202b可在電壓−VP下保持靜止。驅動器802a因此可以與在第三模式下相同的方式操作。
為了產生靜止電壓−VP，開關SW4b閉合而開關SW5b打開，以將輸出節點202b連接至低側軌。驅動器802b之開關SW6b及SW7b閉合(驅動器802b之其他開關打開)以便將電容器CP1b連接在低側軌與接地之間，使得電容器CP1b可充當電荷泵803之儲存電容器。
電荷泵803接著將開關SW9及SW11一起且與開關SW10及SW13反相地控制，以將電容器CP2反复充電至VP，接著將電容器CP2連接在接地與低側軌之間而該電容器之正極板接地，以便將低壓軌驅動至−VP。此對電容器CP1b充電以維持低側軌處的電壓。開關SW9、SW10、SW11及此情況下之SW13以一限定電荷泵切換頻率循環，該切換頻率與切換節點202a之工作週期無關。
在此操作模式下，電荷泵803因此與驅動器802b之電容器Cp1b一起操作，以在低側軌提供連續的供應電壓，且輸出節點直接耦接至此供應電壓。
輸出節點202a因此以相應的受控工作週期在電壓VP與2VP之間切換，而輸出節點202b在切換循環中保持靜止在電壓–VP及接地，以基於輸入信號提供期望的輸出電壓。圖9d圖示針對正差分輸出的在此第四操作模式下的用於輸出節點202a及202b之切換波形Vouta及Voutb及在一個切換循環週期Tpwm中的所得差分電壓Vdiff之一個實例。對於負差分輸出，輸出節點202a將改為以−VP保持靜止，且輸出節點202b在+VP與+2VP之間切換。
圖10圖示當輸出信號改變時的諸如圖8所示之切換驅動器設備800之實例波形。波形1001及1002分別說明輸出節點202a及202b處的電壓Vouta及Voutb。波形1003說明負載上之未濾波差分電壓且波形1004說明所得的平均差分輸出，即濾波後負載所經歷之差分輸出信號。可以看出，驅動器設備在低信號量值的第一模式下操作，然後隨著所需信號量值升高而切換至第二操作模式。隨著量值上升得更高，驅動器切換至第三操作模式。若信號量值上升得更高，使得在−VP與接地之間切換的輸出節點之工作週期下降至低於一臨限值，則驅動器設備切換至第四操作模式，使得一個輸出節點保持靜止且直接耦接至−VP之供應電壓以限制阻抗變化。當信號量值接著下降，使得工作週期將大於臨限值時，驅動器設備轉換回至第三操作模式，然後隨著信號量值進一步減小而轉換回至第二操作模式及第一操作模式。
圖8圖示一實施例，其中電荷泵803經組態以在需要時可操作以在輸出節點的低側軌處產生負升壓電壓，在此情況下為−VP之電壓。在此情況下，驅動器設備800以三個供應電壓工作，該等供應電壓為接收之系統電壓接地及+VP以及由電荷泵803產生之電壓−VP。此等三個供應電壓可被視為參考圖2論述的三個電壓V1、V2及V3，儘管供應電壓V3僅在需要時由電荷泵803產生(但是，當供應電壓產生時，供應電壓產生以便在切換循環中始終為連續維持的電壓)。在此實例中，驅動器802a及802b之電荷泵提供飛馳電容器驅動器之功能性，且可操作以在間接耦合模式下產生升壓電壓。驅動器802a及802b之電荷泵可操作以產生不同於供應電壓中之任一者的升壓電壓+2VP。由驅動器802a及802b之電荷泵產生的電壓+2VP因此可被視為在上文論述之電壓V0。驅動器802a及802b之電荷泵亦可操作以在間接耦合模式下產生額外的升壓電壓-VP，在此情況下，額外的升壓電壓-VP與可由電荷泵803產生的供應電壓-VP相同。
然而，將理解，電荷泵803可替代地經配置以將正的升壓供應電壓提供至向高側軌，即提供+2VP之供應電壓。在此情況下，第四模式可對應於一個輸出節點以供應電壓2VP保持靜止，而另一個輸出節點以一受控工作週期在−VP與接地之間切換。在一些實施中，可能有兩個電荷泵，該兩個電荷泵分別耦接至高側軌及低側軌。
請注意，驅動器設備之第二操作模式經描述為一模式，在該模式下，輸出節點中之一者在−VP與接地之間切換，且另一節點在接地與VP之間切換。藉由使一個輸出節點在接地與VP之間切換，有可能實現提供相同範圍的差分輸出電壓的替代第二模式，而另一輸出節點在+VP與+2VP之間切換。
亦將理解，電壓VP及接地僅作為實例給出。
通常，如圖11所示，根據此實施例之驅動器設備800可被視為接收系統電壓V1及V2，其中V1可為接地或某一其他限定參考且V1可為輸入供應。作為組合的電荷泵及驅動器的第一驅動器及第二驅動器802a及802b接收系統電壓V1及V2經配置以分別驅動輸出節點202a及202b。驅動器之間共用額外的電荷泵803，以提供自系統電壓V1及V2產生之供應電壓。控制器804基於輸入信號(未單獨示出)來控制輸出級801、組合的驅動器802及電荷泵803之開關操作。
揭示內容之實施例因此係關於驅動器設備，該驅動器設備以多位準切換電壓操作且以混合的直接耦合及間接耦合能量轉移操作。
在一些實施例中，提供一種用於提供一多位準輸出電壓之系統及方法，包含：複數個電壓節點，該等電壓節點用以接收供應電壓，該等供應電壓處於單獨的電壓位準；至少一個飛馳電容器，該至少一個飛馳電容器經配置以提供儲存的電荷，該電荷來自本地電壓源；及一交換網路，該交換網路經配置以選擇性地將該等供應電壓中之一者或該飛馳電容器耦接至一電壓輸出節點。該系統可經組態以在至少兩種模式下操作：一直接電荷轉移模式，稱為直流耦合模式，其中該等供應電壓中之至少一者耦接至該電壓輸出節點以提供一輸出電壓；及一間接電荷轉移模式，稱為交流耦合模式，其中該至少一個飛馳電容器耦接至該電壓輸出節點以提供一輸出電壓。
供應電壓可包含系統供應電壓或參考電壓(例如Vdd、-Vdd、Gnd)，及使用電荷泵自系統供應電壓或參考電壓產生之至少一個電壓源(例如2Vdd)。較佳地，該系統包含至少三個電壓節點以接收供應電壓。
直接模式被理解為電源耦接至輸出節點以提供輸出電壓之組態。直接模式可為直流耦合模式，其中輸出節點耦接至半穩態電源。當在直接電荷轉移模式下時，半穩態電源之輸出阻抗與信號無關。間接模式被理解為電容器上的儲存電荷耦接至輸出節點以提供輸出電壓之組態。電容器經由開關進一步耦接至電壓源或電源，其中開關連接之調整可導致輸出電壓移動。間接模式可為交流耦合模式，其中電容器具備開關以連接至電壓源及輸出節點，且其中開關之變換驅動輸出電壓。當在間接電荷轉移模式下時，間接電荷轉移網路之輸出阻抗與信號有關。
兩種操作模式之組合能夠支援更高的峰值功率輸出，而無過多的工作週期相關阻抗限制
一些實施例係關於一種用於提供一多位準輸出電壓之系統及方法，其包含：不同電壓位準之第一、第二及第三電壓供應；一第四電壓供應，其中該第四電壓供應由在該第一電壓供應、該第二電壓供應及該第三電壓供應中的兩者之間轉換的一飛馳電容器提供；及交換網路，該交換網路經組態以選擇性地將該第一電壓供應、該第二電壓供應、該第三電壓供應及該第四電壓供應耦接至一輸出節點，以提供一多位準輸出電壓。該第三電壓供應可使用一電荷泵自該第一電壓供應及該第二電壓供應產生。如上所述，該系統可在一直接模式(或直流耦合模式)下及在一間接模式(或交流耦合模式)下操作。
在一些實施例中，亦提供一種具有一供應電壓(VP)之多位準轉換器或驅動器設備(諸如放大器)，其包含：一輸出電橋，該輸出電橋經配置以接收一輸入信號(例如一音訊輸入信號)且輸出用於驅動一負載之一輸出電壓；至少一個電荷泵，該至少一個電荷泵經配置以輸出多個供應電壓(例如2VP)；一第一基於負飛馳電容器之驅動器；及一交換網路。該交換網路經控制以選擇性地將該輸出電橋與該供應電壓、接地、該電荷泵及該第一基於負飛馳電容器之驅動器耦合，其中該交換網路之切換係基於該輸入信號來控制。
較佳地，該交換網路經組態以切換該基於負飛馳電容器之驅動器，使得該飛馳電容器之一端耦接至該輸出電壓節點，其中該飛馳電容器之另一端處的電壓可經切換以調整輸出電壓位準。如上所述，該轉換器可在一直接模式及一間接模式下操作。
在一些實例中，該轉換器可進一步包含一第二基於負飛馳電容器之驅動器，該第二基於飛馳電容器之驅動器經調適以儲存兩倍的該第一基於負飛馳電容器之驅動器的電荷；且其中該交換網路經控制以選擇性地將該輸出電橋與該第二基於負飛馳電容器之驅動器耦接。
一些實施例係關於一種多位準轉換器或驅動器設備(諸如放大器，例如揚聲器放大器)，其包含：一第一組合式電荷泵驅動器，例如一揚聲器驅動器，該第一組合式電荷泵驅動器用以接收一輸入信號且將一輸出信號提供至一第一負載端子；一第二組合式電荷泵驅動器，例如一揚聲器驅動器，該第二組合式電荷泵驅動器用以接收一輸入信號且將一輸出信號提供至一第二負載端子；至少一個輔助電荷泵；及一交換網路，其中該至少一個輔助電荷泵經組態以選擇性地與該第一組合式電荷泵驅動器及/或該第二組合式電荷泵驅動器耦接，以將額外的電荷位準提供至該第一組合式電荷泵驅動器及/或該第二組合式電荷泵驅動。
輔助電荷泵至驅動器之連接可基於由該多位準轉換器接收之一輸入信號，例如一音訊輸入信號。將理解，該轉換器可包含一低側輔助電荷泵、一高側輔助電荷泵或兩者。
一些實施例係關於一種多位準轉換器(諸如放大器)，該轉換器經配置以接收一供應電壓且在一輸出端子處提供一輸出電壓，該轉換器包含：至少一個驅動器，例如一揚聲器驅動器，該至少一個驅動器具有一積體直接電荷泵；至少一個輔助電源，較佳作為一輔助協助者電荷泵提供；及一交換網路，該交換網路耦接該驅動器及負電源。該轉換器可在至少兩種模式下操作：一直接模式，其中具有積體電荷泵之該驅動器基於該供應電壓產生一輸出電壓；及一混合模式，其中該輔助電源與該驅動器耦接以提供一增大的輸出電壓位準。
較佳地，該積體直接電荷泵包含用以基於該供應電壓來驅動一輸出電壓之一開關，該積體直接電荷泵進一步包含一 電容器，該電容器可操作以基於多倍該供應電壓來驅動一輸出電壓。
如本文所用，術語直流耦合可被理解為較佳使用電阻開關在兩個電壓位準之間切換。此可利用更多開關而擴展至三個或更多電壓。舉例來說，直流電壓可來自電池、電感式開關模式電源或開關電容電源。假設此等電源能夠供應電流持續延長的時間段，例如大於在最低所需頻率下的D類輸出信號之周期。
如本文所用，術語交流耦合可被理解為藉由在將電容器之端子T2耦接至輸出時使電容器之端子T1在兩個電壓之間切換而驅動至一電壓位準的一輸出。此可導致負載端子被驅動至直流耦合電源之範圍外。電容器及負載具有本質上限制脈衝之持續時間的時間常數。若負載之阻抗為R，電容器之值為C，則RC通常選擇為D類切換頻率之1至100倍。
對於具有標稱5V電源、0V及5V端子之系統，交流耦合可單獨使用以達成{0,5,10} V輸出或{-5,0,5} V。可單獨使用具有來自三個不同軌之電壓{0,5,10} V的替代直流耦合。然而，上述系統之優勢在於將交流耦合系統及直流耦合系統組合以得到輸出之至少四個位準。狀態中之兩者可直接自電源獲得，即直流耦合。開關電容器DC-DC轉換器使另一直流狀態成為可能。第四狀態為交流耦合。使用S表示電源，D及A分別表示直流/交流耦合，輸出電壓之實例組態可如下： {0S, 5S, 10D, -5A} {0S, 5S, 10D, 15A} {0S, 5S, -5D, 10A} {0S, 5S, -5D, -10A} {0S, 5S, 10D, 20A} {0S, 5S, 10D, -10A}
最後兩種輸出電壓組態可藉由將直流電源用於T1電容器端子驅動之源而變得可能。若有多個電源可用，則交流驅動升壓不必為與主電源相同的電源。舉例而言，若0V 2V 5V為可用軌，則{0,5,7}之輸出選擇可為可能的。
揭示內容之實施例之驅動器設備可適用於驅動一輸出換能器。在一些實施中，該輸出換能器可為一音訊輸出換能器，諸如一揚聲器或類似物。該輸出換能器可為一觸覺輸出換能器。在一些實施方式中，該輸出換能器可與電感器串聯地驅動，即在切換驅動器之輸出節點與負載之間的輸出路徑中可存在電感器。在一些實施方式中，該換能器可為一壓電或陶瓷換能器。
實施例可實現為積體電路。實施例可在主機裝置、尤其便攜式及/或電池供電之主機裝置中實現，諸如行動計算裝置，例如膝上型電腦、筆記型或平板電腦，或行動通信裝置，諸如行動電話，例如智慧型手機。該裝置可為可穿戴裝置，諸如智慧型手錶。主機裝置可為遊戲控制台、遙控裝置、家庭自動化控制器或家用電器、玩具、諸如機器人、音訊播放器、視訊播放器之機器。將理解，實施例可實現為在家用電器或車輛或交互式顯示器中提供之系統的一部分。進一步提供一種結合上述實施例之主機裝置。
熟習此項技術者將認識到，上述設備及方法之一些態樣，例如控制切換控制信號以實現不同模式之態樣，可具體化為處理器控制碼，處理器控制碼在例如諸如磁盤、CD-ROM或DVD-ROM、諸如唯讀記憶體(韌體)之程式化記憶體的非揮發性載體媒體上，或在諸如光或電信號載體之資料載體上。對於一些應用，實施例可在DSP (數位信號處理器)、ASIC (特殊應用積體電路)或FPGA (現場可程式化閘陣列)上實施。因此，該碼可包含習知程式碼或微碼，或例如用於設置或控制ASIC或FPGA之碼。該碼亦可包含用於動態地組態諸如可重新程式化邏輯閘陣列之可重新組態設備的碼。類似地，該碼可包含用於諸如Verilog TM或VHDL (超高速積體電路硬體描述語言)之硬體描述語言的碼。如熟習此項技術者將理解，該碼可分佈在彼此通信的複數個耦合組件之間。在適當情況下，實施例亦可使用在現場(重新)可程式化模擬陣列或類似裝置上運行之碼來實施，以便組態模擬硬體。
應注意，上述實施例說明而非限製本發明，且熟習此項技術者將能夠設計許多替代實施例而不背離所附申請專利範圍之範疇。詞語「包含」不排除存在除技術方案中所列出之元件或步驟以外的元件或步驟，「一(a)」或「一(an)」不排除複數個，且單個特徵或其他單元可實現申請專利範圍中所列舉之幾個單元的功能。申請專利範圍中之任何參考數字或標記不應被解釋為限制該等參考數字或標記之範疇。
100:切換驅動器電路 101:負載轉換器 102:D類切換輸出級/差分輸出級 103:電荷泵/可變電壓電荷泵 200:驅動器設備/切換驅動器 201:負載 202a:輸出節點 202b:輸出節點 203:DC-DC轉換器/電荷泵（DC-DC） 204:輸出電壓節點 205:電容器/飛馳電容器 206:飛馳電容器驅動器/飛馳電容器輔助驅動器 301:輸出電壓 400:驅動器設備 401:差分輸出電橋/輸出電橋 402:第二飛馳電容器輔助驅動器 403:控制器 601:波形 602:波形 603:波形 604:波形 701:輸出級 702:組合的電荷泵及驅動器 703:飛馳電容器輔助驅動器 704:控制器 800:驅動器設備 801:輸出級 802:組合驅動器 802a:驅動器/第一驅動器 802b:驅動器/第二驅動器 803:電荷泵 804:控制器 1001:波形 1002:波形 1003:波形 1004:波形 CF1:飛馳電容器 CF2:飛馳電容器 CP1a:電容器 CP1b:電容器 CP2:電容器 CR:儲存電容器 C1:第一主電容器/電容器 C2:第二主電容器/儲存電容器 C3:第一副電容器 C4:第二副電容器 Sac1:開關 Sac2:開關 Sac3:開關 SCon:開關控制信號/控制信號 Sin:輸入信號 SW1a:開關 SW2a:開關 SW3a:開關 SW4a:開關 SW5a:開關 SW6a:開關 SW7a:開關 SW8a:開關 SW1b:開關 SW2b:開關 SW3b:開關 SW4b:開關 SW5b:開關 SW6b:開關 SW7b:開關 SW8b:開關 SW9:開關 SW10:開關 SW11:開關 SW12:開關 SW13:開關 S1:開關 S2:開關 S3:開關 S4:開關 S5:開關 S6:開關 S7:開關 S8:開關 S9:開關 S10:開關 S11:開關 S12:開關 S13:開關 S14:開關 S15:開關 S16:開關 S17:開關 S18:開關 S0a:切換路徑 S1a:切換路徑 S2a:切換路徑 S3a:切換路徑 S0b:切換路徑 S1b:切換路徑 S2b:切換路徑 S3b:切換路徑 Tpwm:切換循環週期 Vac1:電壓 Vac2:電壓 Vac3:電壓 VBatt:電池電壓 VCP:輸出電壓 Vdiff:差分電壓 VH:高側切換電壓 VL:低側切換電壓 Vouta:切換波形/電壓 Voutb:切換波形/電壓 VP:輸入電壓/輸入供應電壓/系統電壓 V0:負升壓電壓 V1:供應電壓/系統電壓 V2:供應電壓/系統電壓 V3:供應電壓
為了更好地理解本揭示內容之實例，且為了更清楚地顯示該等實例可如何實現，現在將僅以舉例方式參考以下附圖，在該等附圖中： 圖1圖示用於驅動負載之已知驅動電路之一個實例。 圖2圖示根據一實施例之切換驅動器之原理。 圖3圖示使一輸出節點在多個不同的電壓位準之間切換。 圖4圖示根據一實施例之驅動器設備之一個實例。 圖5a至圖5d圖示用於處於不同操作模式下的圖4之驅動器設備之實例切換波形。 圖6圖示在所需輸出信號改變時用於圖4之驅動器設備之切換波形的實例。 圖7大體上圖示驅動器設備之一實施例。 圖8為根據另一實施例之驅動器設備之一個實例。 圖9a至圖9d圖示用於處於不同操作模式下的圖8之驅動器設備之實例切換波形； 圖10圖示在所需輸出信號改變時用於圖8之驅動器設備之切換波形的實例；且 圖11大體上圖示圖8之驅動器設備之實施例。
202a:輸出節點
202b:輸出節點
203:DC-DC轉換器/電荷泵(DC-DC)
204:輸出電壓節點
205:電容器/飛馳電容器
206:飛馳電容器驅動器/飛馳電容器輔助驅動器
400:驅動器設備
401:差分輸出電橋/輸出電橋
402:第二飛馳電容器輔助驅動器
403:控制器
C1:第一主電容器/電容器
C2:第二主電容器/儲存電容器
C3:第一副電容器
C4:第二副電容器
SCon:開關控制信號/控制信號
Sin:輸入信號
S1:開關
S2:開關
S3:開關
S4:開關
S5:開關
S6:開關
S7:開關
S8:開關
S9:開關
S10:開關
S11:開關
S12:開關
S13:開關
S14:開關
S15:開關
S16:開關
S17:開關
S18:開關
VP:輸入電壓/輸入供應電壓/系統電壓
V1:供應電壓/系統電壓
V2:供應電壓/系統電壓
V3:供應電壓

Claims (25)

  1. 一種驅動器設備，用於基於一輸入信號來驅動一換能器，包含： 一第一驅動器輸出節點，該第一驅動器輸出節點用於輸出一第一驅動信號； 一交換網路； 一飛馳電容器驅動器，該飛馳電容器驅動器具有用於在使用中連接至一飛馳電容器之一第一端子的一輸出電壓節點，該飛馳電容器驅動器可選擇性地在一第一狀態及一第二狀態下操作，在該第一狀態下，該飛馳電容器之一第二端子連接至一第一輸入電壓且該飛馳電容器之該第一端子連接至一第二輸入電壓以對該飛馳電容器充電且將該輸出電壓節點驅動至該第二輸入電壓，在該第二狀態下，該飛馳電容器之該第二端子連接至不同於該第一電壓之一第三輸入電壓且該飛馳電容器之該第一端子與該第二輸入電壓斷開以將該輸出電壓節點驅動至一升壓電壓；以及 一控制器； 其中，該交換網路可操作以選擇性地將該第一驅動器輸出節點連接至該飛馳電容器驅動器之該輸出電壓節點或連接至一第一組之至少三個不同的切換電壓中之任一者，其中，該第一組之該等切換電壓在使用中在該驅動器設備之一切換循環中始終維持在一相應的電壓節點處；以及 其中，該控制器經組態以控制該交換網路及該飛馳電容器驅動器以基於該輸入信號在該第一驅動器輸出節點處產生該第一驅動信號，其中，在至少一種操作模式下，該第一驅動器輸出節點基於該輸入信號以一受控工作週期在該第一組之該等切換電壓中的兩個切換電壓之間切換，且在至少一種操作模式下，該第一驅動器輸出節點連接至該飛馳電容器驅動器之該輸出電壓節點且該飛馳電容器基於該輸入信號以一受控工作週期在該第一狀態與該第二狀態之間切換。
  2. 如請求項1之驅動器設備，其中，該第一組之該等切換電壓包含由該驅動器設備接收之一第一供應電壓及一第二供應電壓。
  3. 如請求項2之驅動器設備，其中，該驅動器設備包含一DC-DC轉換器，該DC-DC轉換器經組態以自該第一供應電壓及該第二供應電壓中之至少一者產生至少一第三供應電壓。
  4. 如請求項3之驅動器設備，其中，該DC-DC轉換器包含一電荷泵或電感式升壓轉換器。
  5. 如請求項3之驅動器設備，其中，該第一供應電壓比該第二供應電壓正值更小或負值更大，且該DC-DC轉換器經組態以產生V3 = V2 + (V2 – V1)之該第三供應電壓，其中，V1為該第一供應電壓且V2為該第二供應電壓。
  6. 如請求項1之驅動器設備，其中，該第一輸入電壓、該第二輸入電壓及該第三輸入電壓中之至少一者與該第一組之該等切換電壓中之一電壓相同。
  7. 如請求項6之驅動器設備，其中，該第一組之該等切換電壓包含由該驅動器設備接收之一第一供應電壓及一第二供應電壓，且該第一輸入電壓與該第二供應電壓相同且該第二輸入電壓及該第三輸入電壓中之每一者與該第一供應電壓相同。
  8. 如請求項1之驅動器設備，進一步包含一第二驅動器輸出節點，其中，該交換網路進一步經組態以選擇性地將該第二驅動器輸出節點連接至該飛馳電容器驅動器之該輸出電壓節點或連接至該第一組之該等至少三個不同的切換電壓中之任一者； 其中，該控制器進一步經組態以控制該交換網路及該飛馳電容器驅動器，以基於該輸入信號在該第二驅動器輸出節點處產生一第二驅動信號，以便用一差分驅動信號來驅動連接在該第一驅動器輸出節點與該第二驅動器輸出節點之間的一換能器。
  9. 如請求項8之驅動器設備，其中，該交換網路包含： 用於選擇性地將該第一驅動器輸出節點及該第二驅動器輸出節點分別連接至一第一電壓軌的複數開關及用於選擇性地將該第一驅動器輸出節點及該第二驅動器輸出節點分別連接至一第二電壓軌的複數開關；以及 用於選擇性地將該第一組之該等切換電壓中之至少兩個切換電壓中之任一者連接至該第一電壓軌的複數開關； 且其中，該飛馳電容器驅動器之該輸出電壓節點在使用中經由該第二電壓軌耦接至該第一驅動器輸出節點及該第二驅動器輸出節點中之一者。
  10. 如請求項9之驅動器設備，其中，該交換網路進一步包含用於選擇性地將該第一驅動器輸出節點及該第二驅動器輸出節點分別連接至該第一組之該等切換電壓中之一個切換電壓的複數開關，該切換電壓不同於可選擇性地連接至該第一電壓軌之該等電壓。
  11. 如請求項8之驅動器設備，其中，該控制器可在以下模式下操作： 一第一模式，在該第一模式下，該第一驅動器輸出節點及該第二驅動器輸出節點中之每一者在該第一組之該等切換電壓中之一第一供應電壓與一第二供應電壓之間切換； 一第二模式，在該第二模式下，該第一驅動器輸出節點及該第二驅動器輸出節點中之一者在該第一供應電壓與該第二供應電壓之間切換，且該第一驅動器輸出節點及該第二驅動器輸出節點中之另一者連接至該飛馳電容器驅動器之該輸出電壓節點，該飛馳電容器驅動器操作以使該電壓輸出節點在該第一供應電壓與該升壓電壓之間切換；以及 一第三模式，在該第三模式下，該第一驅動器輸出節點及該第二驅動器輸出節點中之一者在該第一組之該等切換電壓之該第二供應電壓與一第三供應電壓之間切換。
  12. 如請求項11之驅動器設備，其中，該驅動器設備包含一DC-DC轉換器，該DC-DC轉換器經組態以自該第一供應電壓及該第二供應電壓產生該第三供應電壓。
  13. 如請求項1之驅動器設備，進一步包含一第二飛馳電容器驅動器，其中，該控制器可操作以一起控制該第一飛馳電容器驅動器及該第二飛馳電容器驅動器以在由該第一飛馳電容器驅動器產生之該升壓電壓與由該第二飛馳電容器驅動器產生之一額外升壓電壓之間調變該第一驅動器輸出節點。
  14. 如請求項1之驅動器設備，其中，該第一組之該等切換電壓及由該飛馳電容器驅動器產生之該升壓電壓一起形成一組等間隔的複數電壓位準。
  15. 如請求項1之驅動器設備，其中，該第一組之該等切換電壓包含一接收之接地電壓、一接收之正供應電壓及等於該接收之正供應電壓的兩倍之一升壓電壓。
  16. 如請求項1之驅動器設備，其中，該驅動器設備為用於基於一音訊輸入信號來驅動一音訊輸出換能器之一音訊驅動器設備。
  17. 一種積體電路，該積體電路包含如請求項1之驅動器設備。
  18. 一種電子裝置，該電子裝置包含如請求項1之驅動器設備。
  19. 一種驅動器設備，用於基於一輸入信號來驅動一換能器，包含： 一第一驅動器輸出節點，該第一驅動器輸出節點用於輸出一第一驅動信號； 一交換網路； 一飛馳電容器驅動器，該飛馳電容器驅動器具有用於在使用中連接至一飛馳電容器之一第一端子的一輸出電壓節點，該飛馳電容器驅動器在使用中可操作以選擇性地使該飛馳電容器之一第二端子在兩個不同電壓之間切換以調變該輸出電壓節點處的電壓；以及 一控制器； 其中，該交換網路可操作以選擇性地將該第一驅動器輸出節點連接至該飛馳電容器驅動器之該輸出電壓節點或連接至一第一組之至少三個不同的切換電壓中之任一者，其中，該第一組之該等切換電壓在使用中在該驅動器設備之一切換循環中始終維持在一相應的電壓節點處；以及 其中，該控制器經組態以控制該交換網路及該飛馳電容器驅動器，以基於該輸入信號在該第一驅動器輸出節點處產生該第一驅動信號。
  20. 一種驅動器設備，用於基於一輸入信號來驅動一換能器，包含： 一第一驅動器輸出節點，該第一驅動器輸出節點用於輸出一第一驅動信號； 一交換網路，該交換網路可在一直接模式下操作以選擇性地將該第一驅動器輸出節點連接至一第一組之至少三個不同的連續電壓中之任一者； 其中，該交換網路進一步可在一間接模式下操作以將該第一驅動器輸出節點連接至一飛馳電容器，以便將該第一驅動器輸出節點驅動至由該飛馳電容器升高之一電壓。
  21. 一種換能器驅動器，該換能器驅動器經組態以接收一輸入信號及一第一供應電壓及一第二供應電壓且產生用於驅動一換能器之一輸出信號，包含： 一組合的電荷泵及驅動器，該組合的電荷泵及驅動器在使用中可與至少一個主電容器一起操作以基於該第一供應電壓及該第二供應電壓選擇性地提供至少第一產生電壓； 一飛馳電容器驅動器，該飛馳電容器驅動器在使用中可與至少一個副電容器一起操作，以基於該第一供應電壓及該第二供應電壓提供至少一第二產生電壓；以及 一輸出電橋，該輸出電橋經組態以選擇性地接收該第一供應電壓及該第二供應電壓、該第一產生電壓及該第二產生電壓以基於該輸入信號產生該輸出信號。
  22. 如請求項21之換能器驅動器，其中，該組合的電荷泵及驅動器在使用中可與一第一主電容器及一第二主電容器一起操作。
  23. 如請求項21之換能器驅動器，其中，該飛馳電容器驅動器在使用中可與一第一副電容器及一第二副電容器一起操作。
  24. 一種驅動器設備，用於基於一輸入信號在一輸出節點處輸出用於驅動一換能器之一輸出信號，包含： 一第一功率級，該第一功率級用於自一或多個供應電壓在一第一電壓節點處產生一電壓； 一第二功率級，該第二功率級用於自該一或多個供應電壓在一第二電壓節點處產生一電壓； 一供應節點，該供應節點耦接至該一或多個供應電壓中之一者； 一輸出級，包含一交換網路，該交換網路用於選擇性地將該輸出節點耦接至該第一電壓節點、該第二電壓節點或該供應節點；以及 一控制器，該控制器用於控制該輸出級之該交換網路、該第一功率級及該第二功率級，其中，該控制器可在一第一模式下操作，在該第一模式下，該輸出節點連接至該第一電壓節點，且該輸出信號係藉由以下方式產生：控制該相應的第一功率級以調變該第一電壓節點處之該電壓而非切換該輸出級。
  25. 如請求項24之驅動器設備，其中，該控制器進一步可在以下模式中之至少一者下操作： 一第二模式，在該第二模式下，該輸出節點連接至該第二電壓節點且該輸出信號係藉由以下方式產生：控制相應的該第二功率級以調變該第二電壓節點處之該電壓而非切換該輸出級；以及 一第三模式，在該第三模式下，該輸出級之該交換網路係以一受控工作週期進行切換，以藉由使該輸出節點之連接在該第一電壓節點、該第二電壓節點及該供應節點中的兩者之間交替來產生該輸出信號。
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