TWI282211B - Power amplifier and method for correcting error of output signals thereof - Google Patents
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Description
1282211 : 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種功率放大器,尤指一種功率放大器 及其誤差校正方法。 【先前技術】 @ D類功率放大器(class_D power amplifier)以其高效 率的優點而被廣泛地應用在許多音頻放大的設備中。然 .· · : · . : /ί · 而,D類功率放大器的輸出訊號品質,卻容易因其關關式 功率輸出級(switching power stage)的雜訊及元件的非理 想性而惡化。 因此,如何改善D類功率放大器輸出訊號的品質及正 確性,實係有待解決的問題。 【發明内容】 因此本發明之目的之一在於提供一種功率放大器及其 輸出訊號誤差的校正方法。 1282211 依據本發明之實施例,係揭露一種功率放大器,其包 含有:一減法單元,用以依據一輸入訊號與一輸出訊號產 生β吳差Λ號’一雜訊重整(n〇ise shaping )模組,用來對 該誤差訊號進行一雜訊重整處理以產生一重整訊號 (shaped signal); 一加法單元,用來加總該重整訊號與該 輸入訊號以產生—校正訊號;一脈波調整單元,用以依據 違权正訊號來產生一控制訊號;以及一功率輸出級,用以 依據該控制訊號來產生該輸出訊號。 依據本發明之實施例,另揭露一種用來校正一功率放 大為之輸出訊號誤差的方法,其包含有:依據一輸入訊號 與该功率放大器所輸出之一輸出訊號產生一誤差訊號;對 5亥誤差訊號進行一雜訊重整 (noise shaping)處理,以產生 一重整訊號(shaped signal);以及依據該重整訊號與該輸 入訊號產生一控制訊號以調整該輸出訊號。 在本發明之實施例中,還揭露了一種功率放大器,其 包含有:一第一脈寬調變電路,用來依據一輸入訊號產生 —脈寬調變訊號;一功率輸出級,用以依據一控制訊號來 產生一輸出訊號;一減法單元,用以依據該脈寬調變訊號 亥輸出訊號產生一誤差訊號;一雜訊重整(noise shaping) 1282211 、模組’用以依據該誤差訊號來產生一重整訊號(shaped signal); 一加法單元,用來加總該重整訊號與該輸入訊號 以產生一校正訊號;以及一第二脈寬調變電路,耦合於該 加法單元與該功率輸出級,用以依據該校正訊號來產生該 控制訊號。 ^ 【實施方式】 請參考第1圖,其係依據本發明之一第一實施例所繪 示之功率放大器100之功能方塊圖。如圓所示,功率放大 為100包含有一減法單元11〇、一雜訊重整(noise shaping ) 模組 120、一 脈波調整單元(pulse adjustment unit) 130 以 及一功率輸出級(power stage ) 140,其中,功率輸出級140 係為一開關式功率輸出級(switching power stage )。實作 ,杀隹重整才莫組120可周一-二角責分言周變器(sigma-delta Ψ modulator)來實現。 在本實施例中,D類功率放大器100之輸入訊號Vin 係為數位音頻信號(audio signal),例如,該輸入訊號Vin 可為數位格式之脈寬調變訊號(PWM modulated signal)。 由於該輸入訊號Vin對一個脈衝週期(Ts=l/fs)而言可視為 一直流訊號。因此,可將D類功率放大器100之第η個脈 1282211 衝週期中之輸入輸出訊號間的誤差值延至第(n+1)個脈衝 週期中補回,以校正D類功率放大器1〇〇之輸出訊號的誤 差。以下將配合苐2圖來進一步說明D類功率放大器;[〇〇 之運作方式。 第2圖所繪示為本發明校正D類功率放大器1〇〇之輸 出訊號誤差之一實施例流程圖200,其所包含之各步驟茲 •分述如下: 在步驟210中,減法單元11〇係將該輸入訊號vin減 去功率輸出級140所輪出之一輸出訊號v〇ut,以產生一誤 差訊號Ve。 在步驟220中,雜訊重整模組120會對該誤差訊號Ve 進行一雜訊重整(noise shaping)處理,以產生一重整訊號 (shaped signal)。在一實施例中,如第1圖所示,雜訊重 整模組120包含一遽波器122以及一 m位元量化器(m-bits Quantizer) 124。其中,濾波器122係用來對該誤差訊號 Ve進行濾波以產生一濾、波訊號(filtered signal ),而量化器 124則係依據一工作頻率『9量化該濾波訊號以產生該重整 訊號。在本實施例中,量化器124之工作頻率Fq係等於該 1282211 輸入訊號Vin之頻率在本實施例中,藉由雜訊重整模 組120之運作’可將該誤差訊號Ve中的雜訊能量移往高頻 部份’進而降低人耳所能感知的低頻聲音訊號中的雜訊。 在步驟230中,脈波調整單元130會依據該重整訊號 與該輸入訊號Vin產生一控制訊號以控制功率輸出級14〇 之運作。進一步而言,本實施例之脈波調整單元13〇會依 據該重整訊號调整該輸入訊號Vin之脈寬(pulse width)來 產生該控制訊號,以於下一脈衝週期中校正該輸出訊號 Vout之誤差量。 另一實施例,若將量化器124之工作頻率匕設計為該 輸入祝5虎Vin之頻率fs的兩倍,亦即Fq = 2fs,則脈波調整 單元130便會於第η個脈衝週期之後半個週期中,修正該 輸出訊號Vout於第η個脈衝週期之前半個週期之誤差量, 其誤差修正範圍為士2m 1 · △’其中m為量化器124之位元 數,而△代表脈波調整單元130的解析度。換言之,可藉 由調整量化器124之工作頻率來改變校正d類功率放大器 100之輸出訊號誤差的時序。 1282211 請參考第3圖,其所繪示為D類功率放大器loo之一 線性模型(1^1^『]^〇(161)300。在第3圖中,乂11代表功率輸 出級140因電源雜訊或元件的非理想性所產生的誤差,vq 代表夏化器124的量化誤差,而H(s)則代表滤波器122之 轉換方程。依據線性模型300可推得D類功率放大器100 之訊號轉換方程(signal transform function,STF)及雜訊轉 換方程( noise transform function,NTF)為: STF ^l〇ut = l + H(s) L 一 1 +开⑴ ⑴ (2) NTF ^ V〇ut = 1 + 1 vn Vq 1 + H(sj Y+ H(s) 由式(1)與式(2)可知,若濾波器122以低通遽波器 來實現,則可使D類功率放大器100於音頻範圍内具有良 好的雜訊抑制能力。 第4圖為本發明之D類功率放大器400之之一第二實 施例功能方塊圖。如第4圖所示,D類功率放大器4〇〇包 含有一第一脈寬調變電路(pulse width modulation modulator,PWM modulator) 410,用來依據一輸入訊號 vd 產生一脈寬調變訊號(PWM signal) Vi; —功率輸出級420, 用以依據一控制訊號Vi’來產生一輸出訊號Vo ; —減法單 1282211 元430,用以依據該脈寬調變訊號Vi與該輸出訊號Vo產 生一誤差訊號Ve’ ; 一雜訊重整模組440,用以依據該誤差 訊號Ve’來產生一重整訊號;一加法單元450,用來加總該 重整訊號與該輸入訊號Vd以產生一校正訊號;以及一第二 脈寬調變電路460,用以依據該校正訊號來產生該控制訊 號Vi’,並傳送至功率輸出級420。其中,第一、第二脈寬 調變電路410及460係實質上相同。因此,在不看由減法 • 單元430及雜訊重整模組440所組成之負回授路徑的情形 下,第一脈寬調變電路410所輸出之該脈寬調變訊號Vi及 第二脈寬調變電路460所輸出之該控制訊號Vi’會是一致 的。實作上,第一、第二脈寬調變電路410及460可分別 用一計數器(counter)來實現。 在本實施例中,雜訊重整裝置440包含有一濾波器442 及一量化器444,其功能與運作方式係分別與前述之濾波 器122及量化器124類似,故在此不予贅述。此外,本實 施例之D類功率放大器400係以加法單元450與第二脈寬 調變電路460的搭配運作,來實現第一實施例中之脈波調 整單元130之功能,其誤差修正範圍為· △,△= Ts/2n ;其中,m為量化器444之位元數,而η為第二脈寬 調變電路460的位元數。同樣地,藉由負回授控制的方式, 12 1282211 :可大幅改善功率輸出級420因電源雜訊或元件非理想性所 造成的誤差,以及量化器444本身的量化誤差。 由前述可知,本發明之D類功率放大器的誤差校正方 法可精確地控制誤差修正範圍不受元件製程變動(pm variation)之影響,故可避免因製程或環境參數的變動造成 輸出飽和(Saturate)的情形。 圍0 以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申嘖 專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明ς涵蓋^ 【圖式簡單說明】 器之功能方塊 第1圖為本發明一第一實施例之功率放大 圖 訊號誤差之一實施 第2圖為本發明校正功率放大器之輪出 例流程圖。 f 3圖為第1圖之功率放大器之-線性模型 器之功能方塊 第4圖為本發明_第二實施例之功率放大 圖。 13 1282211 【主要元件符號說明 100 、 400 功率放大器 110 、 430 減法單元 120 > 440 雜訊重整模組 122 、 442 濾波器 124 、 444 量化器 130 脈波調整單元 140 、 420 功率輸出級 300 功率放大器之線性模型 410 、 460 脈寬調變電路 450 加法單元 14
Claims (1)
1282211十、申請專利範圍:
1. 一種功率放大器,其包含有: 一減法單元,用以依據一輸入訊號與一輸出訊號產生 一誤差訊號; 一雜訊重整(noise shaping)模組,麵合於該減法單元, 用來對該誤差訊號進行一雜訊重整處理以產生一 重整訊號(shaped signal); 一脈波調整單元(pulse adjustment unit),辆合於該雜 訊重整模組,用以依據該重整訊號及該輸入訊號 來產生一控制訊號;以及 一功率輸出級,耦合於該脈波調整單元,用以依據該 控制訊號來調整該輸出訊號。 2. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器,其中該功 率輸出級係為一開關式功率輸出級(switching power stage ) 〇 3. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器,其中該雜 訊重整模組包含有: 一濾波器,用來對該誤差訊號進行濾波,以產生一濾 15 1282211 ' 波訊號;以及 一量化器,搞合於該濾波器,用來量化該濾波訊號以 產生該重整訊號。 4. 如申請專利範圍第3項所述之功率放大器,其中該濾 波器係為一低通濾波器。 ® 5. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器,其中該脈 波調整單元係依據該重整訊號來調整該輸入訊號之脈 寬(pulse width ),以產生該控制訊號。 6. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器,其中該輸 入訊號係為一脈寬調變訊號。 ^ 7.如申請專利範圍第1項所述之功率放大器,其中該雜 訊重整模組係為一三角積分調變器。 8. 一種用於一功率放大器之校正方法,其包含有: 依據一輸入訊號與該功率放大器所輸出之一輸出訊號 產生一誤差訊號; 對該誤差訊號進行一雜訊重整(noise shaping)處理, 16 1282211 以產生一重整訊號(shapecJ signal );以及 , 依據該重整訊號與該輸入訊號產生一控制訊號以調整 該輸出訊號。 9·如申請專利範圍第8項所述之方法,其中產生該重整 訊波之步驟包含有: _ 對該誤差訊號進行一濾波處理,以產生一濾波訊號; 以及 量化該濾波訊號以產生該重整訊號。 1〇·如申請專利範圍第9項所述之方法,其中該濾、波處理 係為一低通濾、波運算。 U·如申請專利範圍第8項所述之方法,其中產生該誤差 訊號之步驟包含有: 將該輸入訊號減去該輸出訊號以產生該誤差訊號。 12·如申請專利範圍第8項所述之方法,其中產生該控制 訊號之步驟包含有: 加總該重整訊號與該輸入訊號以產生一校正訊號;以 及 17 1282211 - 調整該校正訊號之脈寬以產生該控制訊號。 13. 如申請專利範圍第8項所述之方法,其中該輸入訊號 係為一 PWM調變訊號。 14. 如申請專利範圍第13項所述之方法,其中該輸入訊號 係為數位格式。 15. —種功率放大器,其包含有: 一第一脈寬調變電路,用來依據一輸入訊號產生一脈 寬調變訊號; 一功率輸出級,用以依據一控制訊號來產生一輸出訊 號; 一減法單元,耦合於該第一脈寬調變電路與該功率輸 ® 出級,用以依據該脈寬調變訊號與該輸出訊號產 生一誤差訊號; 一雜訊重整(noise shaping )模組,搞合於該減法單元, 用以依據該誤差訊號來產生一重整訊號(shaped signal); 一加法單元,耦合於該輸入訊號與該雜訊重整模組, 用來加總該重整訊號與該輸入訊號以產生一校正 18
1282211 ’ 訊號;以及 ” 一第二脈寬調變電路,耦合於該加法單元與該功率輸 出級’用以依據該校正訊號來產生該控制訊號; 其中該第一、第二脈寬調變電路係實質上相同。 6·如申請專利範圍第15項所述之功率放大器,其中該雜 ^ 訊重整模組包含: 濾、波器,用來對該誤差訊號進行濾、波,以產生一濾 波訊號;以及 里化裔,耦合於該濾波器,用來量化該濾波訊號以 產生該重整訊號。 17·如申請專利範圍第16項所述之功率放大器,其中該濾 ^ 波裔係為一低通滤波器。 18.如申請專利範圍第15項所述之功率放大器,其係為一 D類功率放大器。 十一、圖式: 19
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