TWI353719B - - Google Patents

Description

1353719 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種D類放大器，特別是關於一種具有 ， 最小脈衝的D類放大器及其控制方法。 【先前技術】 圖1顯示習知的D類放大器10，其包括一控制電路 12及一輸出級14，控制電路12根據一輸入信號AudioIN • 產生輸出信號VOUTP及VOUTN，輸出信號VOUTP及 VOUTN切換輸出級14中的PMOS電晶體P1及P2以及 NM0S電晶體N1及N2以驅動負載。為了避免因輸出信 號VOUTP或VOUTN的工作週期過小而造成輸出級14出 現短路，因此可以提供一最小脈衝機制使得輸出信號 VOUTP或VOUTN具有最小脈衝寬度。 習知的最小脈衝產生方法有兩種，一種是如美國第 I 6,262,632號專利中所述的，藉由兩個輸入通道的時間延遲 差來產生單擊脈衝(one shot pulse)，另一種則是如美國第 6,847,257號專利所述的，偵測一變動的切換脈衝的上升緣 和下降緣以產生最小脈衝。然而，前述方式在輸入信號 AudioIN的振幅高於内部切換波形的振幅時，將無法產生 - 最小脈衝，因而造成輸出級14持續短路。再者，最小脈 . 衝也會造成非線性現象。 【發明内容】 5 1353719 本發明的目的，在於提出一種D類放大器及其控制方 法。 根據本發明的第一實施例’一種D類放大器及其控制 r 方法包括一第一比較器比較一鋸齒波信號及一第一電壓 產生一第一信號，一第二比較器比較該鋸齒波信號及一第 二電壓產生一第二信號’一第三比較器具有一第一輸入及 一第二輸入，該第三比較器的第一輸入連接一輸入信號， 該第三比較器比較其兩輸入上的信號產生一脈寬調變信 * 號，一切換電路根據該第一及第二信號將該鋸齒波信號、 第一電壓或第二電壓切換至該第三比較器的第二輸入，因 而在該第三比較器的第二輸入上產生一具有不規則四邊 形波形的信號’ 一驅動電路根據一第三信號及該脈宽調變 信號產生一第四信號以供驅動在該D類放大器輸出上的負 載’該第三信號為該第一及第二信號的其中之一。 當該脈寬調變信號的脈衝寬度大於該第三信號時，該 _ 第四信號等於該脈寬調變信號，當該脈寬調變信號的脈衝 寬度小於該第三信號時，該第四信號等於該第三信號。由 於該第三信號是利用該鋸齒波信號與該第一或第二電壓 而產生的，因此即使該輸入信號的振幅大於該第三比較器 第二輸入上的信號，該第四信號仍具有最小脈衝。 根據本發明的第二實施例，一種D類放大器及其控制 - 方法包括一第一比較器比較一第一鋸齒波信號及一第一 電壓產生一第一信號，一第二比較器比較該第一鋸齒波信 號及一第二電壓產生一第二信號，一第三比較器具有一第 6 1353719 一輸入及一第二輸入，該第三比較器的第一輸入連接一輸 入信號，該第三比較器比較其兩輸入上的信號產生一第一 脈寬調變信號，一第一切換電路根據該第一及第二信號將 ， 該第一鋸齒波信號、第一電壓或第二電壓切換至該第三°比 .. 較器的第二輸入，因而在該第三比較器的第二輸入上產生 一具有不規則四邊形波形的信號，一第一驅動電路根據一 第三信號及該第一脈寬調變信號產生一第四信號，該第三 信號為該第-及第二信號的其中之一，一第四比較器比較 鲁 第一鑛齒波仏號及一第二電壓產生一第五信號，一第五 • 比較器比較該第二鋸齒波信號及一第四電壓產生一第六 信號，-第六比較器具有-第一輸入及一第二輸入，該第 六比較器的第-輸入連接-第二輸入信號，該第六比較器 比較其兩輸入上的信號產生一第二脈寬調變信號，一第二 切換電路根據該第五及第六信號將該第二鑛齒波信號、第 三電壓或第四電壓切換至該第六比較器的第二輸入，因而 _在《玄第，、比較器的第二輸入上產生一具有不規則四邊形 波开/的仏號第二驅動電路根據—第七信號及該第二脈 寬調變信號產生一第八信號，該第七信號為該第五及第六 L號的其中之-’該第四及第八信號俾供驅動在該D類放 大器的輸出上的負載。 ' 在第二實施例中，當該第一脈寬調變信號的脈衝寬度 —f於該第三信號時，該第四信號等於該脈寬調變信號，當 該第^脈寬調變信號的脈衝寬度小於該第三信號時，該第 削口號等於4第二信號。由於該第三信號是利用該鑛齒波 7 1353719 信號與該第一或第二電壓而產生的，因此即使該第一輸入 信號的振幅大於該第三比較器第二輸入上的信號，該第四 信號仍具有最小脈衝。同理，該第八信號在該第二輸入信 -· 號的振幅大於該第六比較器第二輸入上的信號時，仍具有 -- 最小脈衝。再者’為了改善因最小脈衝而造成的非線性現 象’增加一補償機制在該第一輸入信號的振幅大於該第三 比較器第二輸入上的信號時，估計該第一脈寬調變信號與 該第三信號的誤差值，並根據該誤差差值延遲該第二鋸齒 • 波信號。 【實施方式】

圖2顯示本發明的第一實施例，圖3顯示圖2中信號 的波形。在D類放大器20中，比較器22比較電壓VL及 鑛齒波信號Vsaw產生信號S1，鋸齒波信號Vsaw的波形 如圖3的波形38所示，比較器24比較電壓VH及鋸齒波 φ 信號Vsaw產生信號S2，切換電路26包括開關SW1連接 在電壓VL及比較器30的非反相輸入之間，開關SW2連 接在鋸齒波信號Vsaw及比較器30的非反相輸入之間，開 關SW3連接在電壓VH及比較器30的非反相輸入之間， 比較器22所輸出的信號S1控制開關SW1，當鋸齒波信號 ' SAW低於電壓VL時，開關SW1打開（turn on)，比較器 - 24所輸出的信號S2控制開關SW3，當鋸齒波信號SAW 高於電壓VH時，開關SW3打開，反或閘28根據信號S1 .及S2產生信號S3控制開關SW2,當信號S1及S2均為低 8 1353719 準位時，開關SW2打開，切換電路26根據信號S1及S2 將電壓VL、鋸齒波信號Vsaw或電壓VH切換至比較器 30的非反相输入，因而在比較器3〇的非反相輸入上產生 * 彳5號Tra，彳5號Tra的波形為不規則四邊形（trapez〇id)，如 圖3的波形40所示，比較器30比較輸入信號Audioin及 L號Tra產生脈見調變化號Vpwm，信號Audi〇in的波形 如圖3的波形36所示，驅動電路32包括或閘34根據信 號S2及脈寬調變彳§號Vpwm產生信號Minipulse以供驅動 鲁 在D類放大器20輸出上的揚聲器。 在D類故大器20中’以不規則四邊形波形的信號Tra 取代習知的銘齒波信號與輸入信號Audioin比較而產生脈 寬調變信號Vpwm，再者’藉由電壓VH及鋸齒波信號Vsaw 產生固定脈衝寬度的信號S2，由於信號S2與輸入信號 Audioin無關’因此即使輸入信號Audioin的振幅大於信 號Tra時，信號Minipulse仍具有最小脈衝，當脈寬調變 鲁 信號Vpwm的脈衝寬度大於信號S2的脈衝寬度時，該信 號Minipulse等於脈寬調變信號Vpwm，當脈寬調變信號 Vpwm的脈衝寬度小於信號S2的脈衝寬度時，信號 Minipulse等於信號S2。此外信號S2的脈衝寬度可以藉由 偏移電壓VH來調整，因此可以達成最佳的pwM能量等 - 值輸出到輸入振幅。在此實施例中，係利用信號S2與脈 - 寬調變信號Vpwm產生信號Minipulse，在其他實施例中， 也可以利用信號S1與脈寬調變信號Vpwm產生信號 Minipulse ° 9 1353719 圖4顯示本發明的第二實施例，在D類放大器50中， 比較器52根據電壓VL1及鋸齒波信號Vsawl產生信號 S4,比較器54根據電壓VH1及鋸齒波信號Vsawl產生信 號S5，切換電路56根據信號S4及S5將電壓VL1、鋸齒 波信號Vsawl或電壓VH1切換至比較器60的非反相輸 入，因而在比較器60的非反相輸入上產生一具有不規則 四邊形波形的信號Tral，切換電路56包括反或閘58根據 信號S4及S5產生信號S6，開關SW4連接在電壓VL1及 比較器60的非反相輸入之間受控於信號S4,開關SW5連 接在鑛齒波信號Vsawl及比較器60的非反相輸入之間受 控於信號S6，開關SW6連接在電壓VH1及比較器60的 非反相輸入之間受控於信號S5，比較器60比較信號Tral 及輸入信號AudioInP產生脈寬調變信號Vpwm 1，驅動電 路62包括或閘64根據脈寬調變信號Vpwml及信號S5產 生信號MinipulseP。比較器66根據電壓VL2及鋸齒波信 號Vsaw2產生信號S7，比較器68根據電壓VH2及鋸齒 波信號Vsaw2產生信號S8，切換電路70根據信號S7及 S8將電壓VL2、鋸齒波信號Vsaw2或電壓VH2切換至比 較器74的非反相輸入，因而在比較器74的非反相輸入上 產生一具有不規則四邊形波形的信號Tra2，切換電路70 包括反或閘72根據信號S7及S8產生信號S9，開關SW7 連接在電壓VL2及比較器74的非反相輸入之間受控於信 號S7，開關SW8連接在鋸齒波信號Vsaw2及比較器74 的非反相輸入之間受控於信號S9，開關SW9連接在電壓 1353719 VH2及比較器74的非反相輸入之間受控於信號S8，比較 器74比較信號Tra2及輸入信號AudioInN產生脈寬調變 信號Vpwm2,驅動電路76包括或閘78根據脈寬調變信號 Vpwm2 及信號 S8 產生信號 MinipulseN，信號 MinipulseP 及MinipulseN用以驅動在D類放大器50輸出上的揚聲器。 圖5顯示圖4中信號的波形圖，其中波形80為未被 延遲的鋸齒波信號Vsaw2，波形82為延遲後的鋸齒波信 號Vsaw2，波形84為脈寬調變信號Vpwml，波形86為信 號MinipulseP，波形88為信號MinipulseN。圖6顯示提 供鋸齒波信號Vsaw2的鋸齒波產生器90,其中電容

CA........CK、CL 及 CM 以及開關 SWA........SWK 及SWL組成一可變電容94，電流源92提供定電流DC用 以對電容94充電，開關SW10連接在電流源92及電容94 之間，開關SW11與電容94並聯，N位元ΟΝ/OFF選擇器 及延遲電路96控制開關SW10及SW11的切換以控制電容 94的充放電，進而產生鋸齒波信號Vsaw2，此外，N位元 ΟΝ/OFF選擇器及延遲電路96還可以切換開關 SWA ' .......SWK及SWL以決定等效電容94的電容值， 電阻Rl、R2及R3分壓電壓Vcc產生電壓VI及V2，比 較器98比較鋸齒波信號Vsaw2及電壓VI產生比較信號 Ss ’比較器100比較鋸齒波信號Vsaw2及電壓V2產生比 較信號Sr，正反器102根據信號Ss及Sr產生信號Sq及 Sqn給N位元ΟΝ/OFF選擇器及延遲電路96。在鋸齒波產 生器90中，N位元ΟΝ/OFF選擇器及延遲電路96產生隨 1353719 機的控制信號來切換開關SWA........SWK及SWL以改 變電容94的電容值，又電流源92係提供定電流DC對電 容94充電，因此每次鋸齒波信號Vsaw2達到電壓VI的時間不 相同，進而得到隨機振盪的鋸齒波信號Vsaw2。 參照圖5及圖6,當輸入信號AudioInP的振幅大於信 號Tral的振幅時，N位元ΟΝ/OFF選擇器及延遲電路96 偵測脈寬調變信號Vpwml與信號MinipulseP的誤差值， 並根據該誤差值調節信號MinipulseN的脈衝寬度，以使在 揭聲器上的總脈衝寬度近似於實際輸入音訊訊號所包含 PWM工作週期，因而改善因最小脈衝而造成的非線性現 象。進一步說明，在時間tl時，脈寬調變信號Vpwml與 4號MinipulseP不同相，如波形84及86所示，故N位元 〇>1/€^?選擇器及延遲電路96關閉（加1'11(^£)開關8\^11以 維持此時鋸齒波信號Vsaw2的準位，直至時間t2時，N 位元ΟΝ/OFF選擇器及延遲電路96才打開開關SW11，因 而使鋸齒波信號Vsaw2延遲時間delay_l，同樣的，在時 間t3至t4期間，脈寬調變信號Vpwm 1與信號MinipulseP 不同相，故N位元ΟΝ/OFF選擇器及延遲電路96關閉開 關SW11以使鋸齒波信號Vsaw2延遲時間delay_2，換言 之，脈寬調變信號Vpwml與信號MinipulseP之間具有誤 差值delay_l+delay_2 ’因此N位元ΟΝ/OFF選擇器及延遲 電路96將鋸齒波信號Vsaw2延遲delay_l+delay_2的時 間，如波形80及82所示，進而使信號Tra2延遲 delay_l+delay_2的時間，故信號MinipulseN的脈衝寬度 12 1353719 將增加delay_l+delay_2，如波形88所示。 以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明 之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於 以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是 可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技 術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘 述’本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均 等來決定。 【圖式簡單說明】 圖1顯示習知的D類放大器； 圖2顯示本發明的第一實施例； 圖3顯示圖2中信號的波形； 圖4顯示本發明的第二實施例； 圖5顯示圖4中信號的波形；以及 圖6顯示提供鋸齒波信號Vsaw2的鋸齒波產生器。 【主要元件符號說明】 10 D類放大器 12 控制電路 14 輸出級 20 D類放大器 22 比較器 24 比較器 13 1353719

26 切換電路 28 反或閘 30 比較器 32 驅動電路 34 或閘 36 輸入信號Audioin的波形 38 鑛齒波信號Vsaw的波形 40 信號Tra的波形 50 D類放大器 52 比較器 54 比較器 56 切換電路 58 反或閘 60 比較器 62 驅動電路 64 或閘 66 比較器 68 比較器 70 切換電路 72 反或閘 74 比較器 76 驅動電路 78 或閘 80 未被延遲的鑛齒波信號Vsaw2的波形 14 1353719 82 延遲後的鋸齒波信號Vsaw2的波形 84 脈寬調變信號Vpwml的波形 86 信號MinipulseP的波形 88 信號MinipulseN的波形 90 鋸齒波產生器 92 電流源 94 電容 96 N位元ΟΝ/OFF選擇器及延遲電路 98 比較器 100 比較器 102 正反器 15

Claims (1)

1. 十、申請專利範圍： 1· 一種D類放大器，包括： 一第一比較器，比較一鋸齒波信號及一第一電壓產 生一第一信號； —第二比較器，比較該鋸齒波信號及一第二電壓產 •生一第二信號； 一第三比較器，具有一第一輸入及一第二輸入，該 第三比較器的第一輸入連接一輸入信號，該第 二比較器比較其兩輪入上的信號產生一脈寬調 變信號； 一切換電路，根據該第一及第二信號將該鋸齒波信 號、第一電壓或第二電壓切換至該第三比較器 的第二輸入；以及 〆 一驅動電路，根據該第一及第二信號的其中之一及 該脈寬調變信號產生一第三信號以供驅動在該 D類放大器輸出上的負載。 2. 如凊求項1之D類放大器，其中該第三比較器的第二輸 入上的信號的波形為不規則四邊形。 3. 如請求項1之£)類放大器，其中該切換電路包括： 一第一開關，連接在該第一電壓及該第三比較器的 第二輸入之間，受控於該第一信號； 一第二開關，連接在該鋸齒波信號及該第三比較器 的第二輸入之間，受控於該第一及第二信號； 以及 1353719 —第，開關，連接在該第二電壓及該第三比較器的 第二輸入之間，受控於該第二信號。 .4.如請求項1之D類放大器，其中該驅動電路包括-或閘 ' 具有兩輸入分別連接該第一及第二信號的其中之一及 '* 該脈寬調變信號，據以產生該第三信號。 5·如請求項1之D類放大器，其中該第—信號的脈衝寬度 可以藉由調節該第一電壓而改變。 • 6.如請求項1之D類放大器，其中該第二信號的脈衝寬度 可以藉由調節該第二電壓而改變。 7· 一種D類放大器的控制方法，包括下列步驟： 比較一鋸齒波信號及一第一電壓產生一第一信號； 比較該鋸齒波信號及一第二電壓產生一第二信號； 根據該第一及第二信號切換該鋸齒波信號、第一電 壓或第二電壓至一端點，以在該端點上產生一 第三信號； • 比較該第三信號及一輸入信號產生一脈寬調變信 .號； 根據該第一及第二信號其中之一及該脈寬調變信號 產生一第四信號；以及 根據該第四信號驅動在該D類放大器輸出上的負載。 8.如請求項7之控制方法，其中該第三信號的波形為不規 則四邊形。 9·如請求項7之控制方法，其中該第一信號的脈衝寬度由 該第一電壓決定。 17 1353719 10.如請求項7之控制方法，其中該第二信號的脈衝寬 度由該第二電壓決定。 11: 一種D類放大器，包括： 一第一比較器，比較一第一鋸齒波信號及一第一電 壓產生一第一信號； 一第二比較器，比較該第一鋸齒波信號及一第二電 壓產生一第二信號； 一第三比較器，具有一第一輸入及一第二輸入，該 第三比較器的第一輸入連接一輸入信號，該第 二比較器比較其兩輸入上的信號產生一第一脈 寬調變信號； 一第一切換電路，根據該第一及第二信號將該第一 鋸齒波信號、第一電壓或第二電壓切換至該第 三比較器的第二輸入； 一第一驅動電路，根據一第三信號及該第一脈寬調 變信號產生一第四信號，該第三信號為該第一 及第二信號的其中之一； 一第四比較器，比較一第二鋸齒波信號及一第三電 壓產生一第五信號； 一第五比較器’比較該第二鋸齒波信號及一第四電 壓產生一第六信號； 一第六比較器，具有一第一輸入及一第二輸入，該 第六比較器的第一輸入連接一第二輸入信號， 該第六比較器比較其兩輸入上的信號產生一第 18 1353719 二脈寬調變信號； 一第二切換電路’根據該第五及第六信號將該第二 鋸W波彳5號、第三電壓或第四電壓切換至該第 六比較器的第二輸入；以及 -第二驅動電路，根據—第七信號及該第二脈寬調 變信號產生—第人信號，該第七信號為該第五 及第六信號的其中之一，該第四及第八信號俾 供驅動在該D類放大器的輸出上的負載。 12.如明求項11之D類放大器，其中該第三比較器的第 二輸入上的信號的波形為不規則四邊形。 13·如請求項11之D類放大器，其中該第六比較器的第 二輸入上的信號的波形為不規則四邊形。 14·如請求項11之D類放大器，其中該第一切換電路包 括： 一第一開關，連接在該第一電壓及該第三比較器的 第二輸入之間，受控於該第一信號； 一第二開關’連接在該第一鋸齒波信號及該第三比 較器的第二輸入之間，受控於該第一及第二信 號；以及 一第三開關，連接在該第二電壓及該第三比較器的 第二輸入之間，受控於該第二信號。 15. 如請求項11之D類放大器，其中該第二切換電路包 括： 一第一開關，連接在該第三電壓及該第六比較器的 19 1353719 第二輸入之間，受控於該第五信號； 一第二開關，連接在該第二鋸齒波信號及該第六比 較器的第二輸入之間，受控於該第五及第六信 號；以及 一第三開關，連接在該第四電壓及該第六比較‘器的 第二輸入之間，受控於該第六信號。 16. 如請求項11之D類放大器，其中該第一驅動電路包 括一或閘具有兩輸入分別連接該第三信號及該第一脈 寬調變信號，據以產生該第四信號。 17. 如請求項11之D類放大器，其中該第二驅動電路包 括一或閘具有兩輸入分別連接該第七信號及該第二脈 寬調變信號’據以產生該第八信號。 18·如請求項11之D類放大器，其中該第一信號的脈衝 寬度可以藉由調節該第一電壓而改變。 19.如請求項11之D類放大器，其中該第二信號的脈衝 寬度可以藉由調節該第二電壓而改變。 2〇\如請求項11之D類放大器，其中該第五信號的脈衝 寬度可以藉由調節該第三電壓而改變。 21. 如請求項11之D類放大器，其中該第六信號的脈衝 寬度可以藉由調節該第四電壓而改變。 22. 如請求項11之d類放大器，更包括： 一電流源； 一電容； 一第'"開關，連接在該電流源及電容之間； 20 丄力3719 一第二開關’與該電容並聯；以及 一延遲電路，控制該第一及第二開關的切換以控制 邊電容的充放電以產生該第二鋸齒波信號。 23. 如明求項22之D類放大器，其中該延遲電路更包括 在該第一輸入信號的振幅大該第三比較器的第二輸入 上信號的的振幅時，偵測該第四信號及該第一脈寬調變 信號之間的誤差值，據以延遲該第二鋸齒波信號。 24. 如明求項22之D類放大器，其中該電容為可變電 容，其電容值由該延遲電路決定。 25. 如請求項24之D類放大器，更包括： 一第七比較器，比較該第二鋸齒波信號及一第一參 考電壓； 一第八比較器，比較該第二鋸齒波信號及一第二參 考電壓；以及 一正反器，根據該第七及第八比較器的輸出產生一 第九信號給該延遲電路，據以決定該電容的電 容值。 26. 一種D類放大器的控制方法，包括下列步驟： 比車乂 第一鑛齒波彳§號及一第一電壓產生一第一作 號； 。 比較該第一鋸齒波信號及一第二電壓產生—第二作 號； 。 根據該第一及第二信號切換該第一鋸齒波信號、第 一電壓或第二電壓至一端點，以在該端點上產 21 1353719 生一第三信號； 比較s玄第二#號及一第一輸入信號產生一第一脈寬 調變信號； 根據一第四信號及該第一脈寬調變信號產生—五信 號，該第四信號為該第一及第二信號其中之一； 比較一第二鋸齒波信號及一第X電壓產生一第六信 號； 。 比較該第二鋸齒波信號及一第四電壓產生—第七信 號； 根據該第六及第七信號切換該第二鋸齒波信號、第 三電壓或第四電壓至一端點，以在該端點上產 生一第八信號； 比較該第八信號及一第二輸入信號產生一第二脈寬 調變信號； 根據一第九信號及該第二脈寬調變信號產生一第^) 信號，該第九信號為該第六及第七信號其中之 一；以及 根據該第五及第十信號驅動在該D類放大器輸出上 的負載。 27· 如請求項26之控制方法，其中該第三信號的波形為 不規則四邊形。 28. 如請求項26之控制方法，其中該第八信號的波形為 不規則四邊形。 29. 如請求項26之控制方法’更包括調節該第一電壓以 22 1353719 改變该第一信號的脈衝寬度。 30.如請求項26之控制方法，更包括調節該第二電壓以 改變該第二信號的脈衝寬度。 31·如請求項26之控制方法，更包括調節該第三電壓以 改變該第六信號的脈衝寬度。 32.如請求項26之控制方法，更包括調節該第四電壓以 改變該第七信號的脈衝寬度。 33· 如請求項26之控制方法，更包括： 在該第一輸入信號的振幅大於該第三信號的振幅 時’偵測該第五信號及該第一脈寬調變信號之 間的誤差值；以及 根據該誤差值延遲該第二鋸齒波信號。 34. 如請求項26之控制方法，更包括： 控制電谷的充放電以產生該第二鑛齒波信號；以 及 根據S亥第五信號及第一脈寬調變信號停止對該電容 的充放電以延遲該第二鋸齒波信號。 35·如請求項34之控制方法，其中該根據該第五信號及 第一脈寬調變信號停止對該電容的充放電的步驟包括 菖S玄第五k號與該第一脈寬調變信號反相時，停止對該 電容的充放電。 36.如請求項34之控制方法，更包括： 比較5玄弟一鑛盘波信號及一第一參考電壓產生一第 一比較信號； 23 1353719 比較該第二鋸齒波信號及一第二參考電壓產生一第 二比較信號；以及 以該第一及第二比較信號調整該電容的電容值。

   24