TWI636660B - 一種ｄ類音頻放大器 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種D類音頻放大器，在系統啟動階段，利用由輔助功率放大電路和輔助回饋電路構成的輔助閉環先行讓環路建立起來，建立好各電路模組的穩態工作點之後，再斷開輔助閉環，系統進入正常的工作階段，並設置一軟啟電路，消除啟動過程中的雜訊干擾，從而達到抑制啟動過程中輸出端POP雜訊的目的。

Description

一種D類音頻放大器
本發明涉及一種電力電子技術，更具體地說，涉及一種D類音頻放大器。
D類音頻放大器(Class D Amplifier)由於具有高效率、低功耗的優點，被越來越多地應用在諸如PDA、手機、MP3等可擕式設備中。
而現有技術中的D類音頻放大器，一般均存在POP雜訊，POP雜訊是指音頻系統在上電，斷電瞬間以及上電穩定後，各種操作帶來的瞬態衝擊所產生的爆破聲。產生POP雜訊的瞬態衝擊通常是一種很窄的尖脈衝，用傅立葉分析展開後，其頻譜分量很豐富，且在頻域內的能量分佈相對平均。POP雜訊是音頻系統產品中一個非常重要的特性指標，客戶對這項指標的要求也越來越苛刻。
D類音頻放大器有兩種輸出結構：全橋式輸出和單端輸出。由於全橋式輸出結構的D類音頻放大器，在有相同的衝擊出現在差分輸出結構的正、負兩端時，通過負載後能夠相互抵消，不對揚聲器做功從而不會發出POP雜訊，因此，其相較于單端輸出結構的D類音頻放大器有較好的抑制共模雜訊的能力。即便如此，全橋式的D類音頻放大器也還是存在一定的POP雜訊。
現有技術中，D類音頻放大器在抑制POP雜訊時，通過採用時序控制，使系統中的各個模組工作點建立起來後再打開輸出，使得輸出啟動時不會紊亂，避免不必要的雜音。然而，由於工藝和設計的限制，雜訊和失調仍無法完全消除，在輸入為零時，輸出依然會有雜訊干擾和直流偏置，引起POP雜訊的問題。
有鑒於此，本發明提供了一種D類音頻放大器，以解決現有技術中系統啟動時POP雜訊較大的問題。
本發明提供一種D類音頻放大器，包括：環路濾波電路，用以接收輸入音頻信號且對輸入音頻信號進行濾波，輸出第一音頻信號；PWM調製電路，連接在所述環路濾波電路之後，用以接收所述第一音頻信號，並與一三角波信號進行比較，輸出音頻PWM信號；功率放大電路，連接在所述PWM調製電路之後，用以接收所述音頻PWM信號，經過功率放大後生成輸出電壓；輔助功率放大電路，在系統上電後開始工作，直至啟動結束後從系統中退出；軟啟電路，用以消除系統啟動過程中環路中的雜訊干擾；其中，在所述輔助功率放大電路工作期間，不將所述功率放大電路的輸出電壓回饋至所述環路濾波電路的輸入端或者所述功率放大電路不被使能。
優選地，還包括輔助回饋電路，用以接通或者斷開所述輔助 功率放大電路與系統的連接。
優選地，所述輔助功率放大電路，通過所述輔助回饋電路連接在所述環路濾波電路的輸入端和輸出端。
優選地，所述輔助功率放大電路包括：第一比較電路，用以接收所述第一音頻信號，並與一三角波信號進行比較，輸出輔助音頻PWM信號；第一驅動電路，連接在所述比較電路之後，用以將所述輔助音頻PWM信號轉換成電晶體的輔助驅動信號；第一功率級電路，根據所述輔助驅動信號工作。
優選地，所述功率放大電路包括：第二驅動電路，接收所述PWM調製電路輸出的音頻PWM信號，並將其轉換成電晶體的驅動信號；第二功率級電路，根據所述驅動信號生成所述輸出電壓。
優選地，所述軟啟電路，連接在所述環路濾波電路和所述PWM調製電路之間；所述軟啟電路在所述功率放大電路使能前開始工作，直至其輸入等於輸出時停止工作。
優選地，所述軟啟電路包括：第五開關，並聯連接在軟啟電路的第一輸出端和第二輸出端；第五電阻，連接在軟啟電路的第一輸入端和第一輸出端之間；第六開關，其一端連接在軟啟電路的第一輸出端，另一端與第三電容的一端相連，第三電容的另一端連接至控制地； 第六電阻，連接在軟啟電路的第二輸入端和第二輸出端之間；第七開關，其一端連接在軟啟電路的第二輸出端，另一端與第四電容的一端相連，第四電容的另一端連接至控制地；其中，所述第五開關在所述功率放大電路使能前導通，在所述功率放大電路使能後繼續導通第一預定時間後關斷，用以保證系統的原始輸出電壓為零；所述第六開關和第七開關在系統上電後保持導通，直至軟啟電路的輸入等於輸出時關斷。
優選地，在所述軟啟電路停止工作後，延遲第二預定時間，使得回饋電路導通。
優選地，所述功率放大電路根據第一使能信號使能，所述輔助功率放大電路根據第二使能信號使能。
優選地，所述輔助功率放大電路，連接在所述環路濾波電路的輸入端和PWM調製電路的輸出端之間。
優選地，所述軟啟電路，設置在所述功率放大電路和系統的輸出端之間；所述軟啟電路在系統上電後開始工作，直至所述輔助功率放大電路從系統中退出後停止工作。
優選地，所述軟啟電路工作時，將輸出電壓鉗位元在預定的電壓值。
本發明技術通過在D類音頻放大器中引入輔助功率放大電路和輔助回饋電路，在系統啟動階段，利用由輔助功率放大電路和輔助回 饋電路構成的輔助閉環先行讓環路建立起來，建立好各電路模組的穩態工作點之後，再斷開輔助閉環，系統進入正常的工作階段，並設置一軟啟電路，消除啟動過程中的雜訊干擾，從而達到抑制啟動過程中輸出端POP雜訊的目的。本發明技術不僅避免了現有技術中開環啟動過程中由於濾波電路累積的雜訊或電壓偏置帶來的雜訊影響，同時輔助功率放大電路和輔助回饋電路還可以很好地抑制環路內部的雜訊和偏置對輸出端的影響，極大地減小了系統啟動過程中輸出端的POP雜訊。
本發明實施例在系統啟動階段，通過由輔助功率放大電路和輔助回饋電路構成的輔助閉環先行讓環路建立起來，在此過程中，由於輔助功率放大電路的輸出信號只進行回饋，而不與輸出端相連，所以在環路建立過程中，系統的輸出端是不會有POP雜訊發出的。待環路完全建立後，再將功率放大電路的輸出使能，將輔助閉環退出系統。在此過程中，利用軟啟電路遮罩輸出端的POP雜訊，使得系統的輸出端在整個啟動過程中都不會產生POP雜訊。
1‧‧‧環路濾波電路
2‧‧‧輔助功率放大電路
3‧‧‧軟啟電路
4‧‧‧PWM調製電路
5‧‧‧功率放大電路
6‧‧‧輔助功率放大電路
7‧‧‧軟啟電路
21‧‧‧第一比較電路
22‧‧‧第一驅動電路
23‧‧‧置零信號生成電路
51‧‧‧第二驅動電路
52‧‧‧第二功率級電路
C1、C2、C3、C4‧‧‧電容
COMP1、COMP2、COMP3、COMP4‧‧‧比較器
DR1、DR2、DR3、DR4、DR5、DR6‧‧‧驅動器
EN1、EN2‧‧‧使能信號
K1、K2、K3、K4、K5、K6‧‧‧開關
M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12‧‧‧電晶體
OP1‧‧‧運算放大器
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8‧‧‧輸入電阻
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7‧‧‧開關
VDD‧‧‧電源電壓端
Vin‧‧‧輸入音頻信號
Vin1‧‧‧第一音頻信號
Vtri‧‧‧三角波信號
Vo‧‧‧輸出電壓波形
Vo_est1、Vo_est2‧‧‧軟啟電路的類比輸出電壓波形
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明第一實施例的D類音頻放大器的結構框圖；圖2為本發明第一實施例的D類音頻放大器的電路示意圖； 圖3為本發明第一實施例的D類音頻放大器的工作波形圖；圖4為本發明第二實施例的D類音頻放大器的電路示意圖；圖5為本發明第二實施例的D類音頻放大器的工作波形圖。
以下基於實施例對本發明進行描述，但是本發明並不僅僅限於這些實施例。在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。為了避免混淆本發明的實質，公知的方法、過程、流程、元件和電路並沒有詳細敍述。
此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，並且附圖不一定是按比例繪製的。
同時，應當理解，在以下的描述中，“電路”是指由至少一個元件或子電路通過電氣連接或電磁連接構成的導電回路。當稱元件或電路“連接到”另一元件或稱元件/電路“連接在”兩個節點之間時，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件，元件之間的連接可以是物理上的、邏輯上的、或者其結合。相反，當稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時，意味著兩者不存在中間元件。
除非上下文明確要求，否則整個說明書和權利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限於”的含義。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發 明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
圖1為本發明第一實施例的D類音頻放大器的結構框圖。如圖1所示，本發明第一實施例的D類音頻放大器包括環路濾波電路、PWM調製電路、功率放大電路、回饋電路、輔助功率放大電路、輔助回饋電路以及軟啟電路。
其中，環路濾波電路用以接收輸入端接收到的輸入音頻信號Vin且對輸入音頻信號Vin進行濾波，輸出第一音頻信號Vin1。
PWM調製電路，連接在環路濾波電路之後，用以接收所述第一音頻信號Vin1，並與一三角波信號進行比較，輸出音頻PWM信號。所述音頻PWM信號即為數位化後的輸入音頻信號Vin，可以表徵輸入音頻信號的大小。
功率放大電路，連接在所述PWM調製電路之後，用以接收所述音頻PWM信號，並經過功率放大後生成輸出電壓，所述輸出電壓用於驅動負載如揚聲器等的工作。
回饋電路連接在D類音頻放大器系統的輸出端和所述環路濾波電路的輸入端之間，用以在電路啟動完成且使得輸出電壓維持穩定後，將輸出電壓作為輸入音頻信號Vin的負反饋輸入至環路濾波電路的輸入端，以環路的方式保證系統的輸出電壓保持恒定，以滿足負載如揚聲器的工作要求。
在本發明實施例中，輔助功率放大電路通過一輔助回饋電路連接在環路濾波電路的輸入端和輸出端，輔助回饋電路連接在輔助功率放大電路輸入端和環路濾波電路的輸出端之間，用以將輔助功率放大電路的 輸出信號回饋至環路濾波電路的輸入端。進一步地，輔助功率放大電路與功率放大電路具有同樣的電路結構，且電路中各個器件的參數相同。輔助功率放大電路用以在系統啟動階段建立穩定的環路，在此階段，輔助回饋電路導通，且功率放大電路不被使能。
在一個發明實施例中，可以用一對相反的控制信號去控制回饋電路和輔助回饋電路，使得兩個電路在系統中不會同時導通，而是互補導通的。便可以實現在輔助功率放大電路將輸出信號回饋至環路濾波電路時，功率放大電路的生成的輸出電壓是不被回饋至環路濾波電路中去的。
現有技術中，由於時序控制的要求，在D類音頻放大器的輸出使能之前，需要讓前端的各個模組工作起來。傳統的方法是在開環的情況下建立各模組的工作點。當各模組工作起來後，再使得輸出使能，系統進入閉環。由於開環建立的工作點和閉環的工作點存在匹配性問題，造成輸出使能後工作點存在“修正”的過程，這一過程會造成額外的POP雜訊來源。同時，閉環型的D類音頻放大器系統中的環路濾波電路一般由積分電路構成，因此會對系統失陪的誤差進行累積放大，使得從輸出端得到的POP雜訊變大。
本發明實施例在啟動階段採用輔助閉環(即輔助功率放大電路和輔助回饋電路)建立系統環路中各個模組的穩定工作點，在輸出使能之前由於環路是閉環的，從而使得輸出使能前後系統環路中各個模組的工作點不變，沒有上述“修正”的過程；同時，由於輔助閉環路的作用，環路內的雜訊會被抑制，而輸入級的雜訊也不會因為積分電路的存在而被累積放大。從而很好地限制了輸出的POP雜訊能量。
進一步地，D類音頻放大器中的軟啟電路，用以消除啟動過程中環路中的雜訊干擾。在本實施例中，軟啟電路連接在環路濾波電路和PWM調製電路之間。
由上述分析可得，本發明實施例在啟動階段採用輔助閉環可以限制輸出的POP雜訊能量，但是無法消除。如果功率放大電路使能後，系統閉環內的POP雜訊能量還是很大的話，人耳還是能夠聽到雜音。因此增加一軟啟電路，實現軟啟動功能。一方面，軟啟電路在輸出使能之前工作，將所述第一音頻信號短路，使得輸入至PWM調製電路的信號為零，以實現初始的輸出信號為零的目的；另一方面，軟啟電路在輸出使能之後工作，用以將帶有較大雜訊干擾的第一音頻信號進行緩衝，以此使得輸出的POP雜訊能量緩慢建立起來，相當於在時間軸上把POP雜訊能量打散，使得其能量低於人耳所能聽得的閾值，從而消除系統中POP雜訊的影響。
其中，所述輔助功率放大電路在系統上電後開始工作，直至所述軟啟電路使得輸出電壓穩定後從系統中退出；在所述輔助功率放大電路工作期間，所述功率放大電路不被使能。
至此可以看出，本發明實施例通過引入輔助功率放大電路和輔助回饋電路，在系統的輸出使能之前建立好各電路模組的穩態工作點，達到抑制啟動過程中輸出端POP雜訊的目的。本發明技術不僅避免了現有技術中開環啟動過程中由於濾波電路累積的雜訊或電壓偏置帶來的雜訊影響，同時輔助功率放大電路和輔助回饋電路還可以很好地抑制環路內部的雜訊和偏置對輸出端的影響，極大地減小了系統啟動過程中輸出端的POP雜訊。
圖2為本發明第一實施例的D類音頻放大器的電路示意圖。為了更好地說明本發明實施例的工作過程和有益效果，除了上述D類音頻放大器的結構框圖以外，圖2中還示出了各個框圖的電路示意圖。如圖2所示，本發明實施例的D類音頻放大器以橋式結構為例進行說明，包括環路濾波電路1、輔助功率放大電路2、軟啟電路3、PWM調製電路4、功率放大電路5、以及回饋電路和輔助回饋電路。其中，各個電路模組的功能與圖1所示相同，下面重點介紹每個電路模組的電路構成及工作過程。
環路濾波電路1由積分電路構成，包括運算放大器OP1、電容C1、C2和輸入電阻R1、R2，電容C1、C2連接在運算放大器OP1的輸入端和輸出端。音頻信號Vin的正端信號和負端信號分別經輸入電阻R1、R2輸入至運算放大器OP1的兩個輸入端，運算放大器OP1的輸出端輸出第一音頻信號Vin1。
輔助功率放大電路2通過由開關S1、電阻R3和開關S2、電阻R4構成的輔助回饋電路並聯連接在所述環路濾波電路1的輸入端和輸出端。輔助功率放大電路2包括：
第一比較電路21，用以接收所述第一音頻信號Vin1，並與一三角波信號Vtri進行比較，輸出輔助音頻PWM信號。第一比較電路21由第一比較器COMP1和第二比較器COMP2構成，第一比較器COMP1和第二比較器COMP2的第一輸入端接收第一音頻信號Vin1，第二輸入端接收三角波信號Vtri，進行比較後分別輸出正端輔助音頻PWM信號和負端輔助音頻PWM信號。
第一驅動電路22，連接在所述比較電路之後，用以將所述輔助音頻PWM信號轉換成滿足後級功率級電路中電晶體驅動要求的輔助驅動信號，即正 端輔助驅動信號和負端輔助驅動信號。第一驅動電路22包括第一驅動器DR1和第二驅動器DR2，所述正端輔助驅動信號和負端輔助驅動信號為一對互補的PWM信號。
第一功率級電路23，受所述輔助驅動信號的控制工作。第一功率級電路23包括第一半橋開關電路和第二半橋開關電路2，兩個半橋開關電路分別輸出第一電壓第二電壓，以仿製所述功率級放大5的輸出電壓，回饋至環路濾波電路，使得系統在閉環狀態下啟動。在本發明實施例中，第一半橋開關電路由電晶體M1、M2構成，電晶體M1的一端與電源電壓端VDD相連，另一端通過電晶體M2連接到參考地，電晶體M1與M2的相連處輸出第一電壓，第二半橋開關電路由電晶體M3、M4構成，電晶體M3的一端與電源電壓端VDD相連，另一端通過電晶體M4連接到參考地，電晶體M3與M4的相連處輸出第二電壓。
軟啟電路3，用以消除啟動過程中環路中的雜訊干擾。在本實施例中，軟啟電路連接在環路濾波電路和PWM調製電路之間，軟啟電路3包括：第五開關S5，並聯連接在軟啟電路的第一輸出端和第二輸出端；第五電阻R5，連接在軟啟電路的第一輸入端和第一輸出端之間；第六開關S6，其一端連接在軟啟電路的第一輸出端，另一端與第三電容C3的一端相連，第三電容C3的另一端連接至控制地，在第六開關S6閉合導通時，第五電阻R5和第三電容C3構成第一RC濾波電路。
第六電阻S6，連接在軟啟電路的第二輸入端和第二輸出端之間；第七開關S7，其一端連接在軟啟電路的第二輸出端，另一端與第四電容C4的一端相連，第四電容C4的另一端連接至控制地，在第七開關S7閉合 導通時，第六電阻R6和第四電容C4構成第二RC濾波電路。
其中，在第五開關S5閉合導通時，將第一音頻信號Vin1的正端信號和負端信號短路，使得輸入後級PWM調製電路4的信號為零；在第五開關S5斷開，第六開關S6和第七開關S7閉合導通時，第一音頻信號Vin1的正端信號和負端信號分別通過第一RC濾波電路和第二RC濾波電路進行濾波，將第一音頻信號Vin1的正端信號和負端信號中的高幅值干擾脈衝緩衝下來，使得其變得平緩，等效於在時間軸上將能量打散，使得輸出端不會聽到由於此高幅值干擾脈衝而產生POP雜訊。
PWM調製電路4連接在軟啟電路3之後，由第二比較電路構成，用以將所述第一音頻信號Vin1，或者經過軟啟電路3緩衝後的第一音頻信號Vin1，與一三角波信號Vtri進行比較，轉換成所述音頻PWM信號。第二比較電路由第三比較器COMP3和第四比較器COMP4構成，第三比較器COMP3和第四比較器COMP4的第一輸入端接收第一音頻信號Vin1，或者經過軟啟電路3緩衝後的第一音頻信號Vin1，第二輸入端接收三角波信號Vtri，進行比較後分別輸出正端音頻PWM信號和負端音頻PWM信號。
需要說明的是，PWM調製電路4雖然和第一比較電路21具有相同的電路結構，在某段時間接收同樣的信號，但其在電路中的作用不同，工作的時間段也不同。第一比較電路21用以在電路啟動階段形成輔助閉環中的輔助音頻PWM信號，根據此信號生成的第一電壓和第二電壓不輸出至系統的輸出端(OUTP和OUTN)；而PWM調製電路4是在系統的功率級通路上，其輸出的音頻PWM信號用以生成系統的輸出電壓。
功率放大電路5，連接在所述PWM調製電路4後級，並由開 關S3、電阻R3和開關S4、電阻R4構成的回饋電路將其生成的輸出電壓回饋至所述環路濾波電路1的輸入端。
功率放大電路5用以將音頻PWM信號放大，生成系統的輸出電壓。包括第二驅動電路51和第二功率級電路52，其分別跟第一驅動電路22和第一功率級電路23具有同樣的電路結構和功能，且電路中各個器件的參數相同。
具體地，第二驅動電路51包括第三驅動器DR3和第四驅動器DR4，其分別接收PWM調製電路4輸出的正端音頻PWM信號和負端音頻PWM信號，分別輸出一對互補的驅動信號。第二功率級電路52，受所述驅動信號的控制導通或關斷。第二功率級電路52包括第三半橋開關電路和第四半橋開關電路，兩個半橋開關電路分別輸出正端輸出電壓OUTP和負端輸出電壓OUTN。在本發明實施例中，第三半橋開關電路由電晶體M5、M6構成，電晶體M5的一端與電源電壓端VDD相連，另一端通過電晶體M6連接到參考地，電晶體M5與M6的相連處輸出正端輸出電壓OUTP，第四半橋開關電路由電晶體M7、M8構成，電晶體M7的一端與電源電壓端VDD相連，另一端通過電晶體M8連接到參考地，電晶體M7與M8的相連處輸出負端輸出電壓OUTN，正端輸出電壓OUTP和負端輸出電壓OUTN之間差值的大小便是負載如揚聲器上的電壓的大小。
圖3為本發明第一實施例的D類音頻放大器的工作波形圖。為了更好地說明本發明技術的工作原理和工作過程，下面結合工作波形圖進行詳細說明。
圖3中，第一使能信號EN1為功率放大電路5的使能信號，即 輸出使能；第二使能信號EN2為輔助功率放大電路2的使能信號，即輔助回饋使能(這裏設置為輔助功率放大電路和輔助回饋電路同時工作)；S5、S6、S7為軟啟電路3中各個對應開關的控制信號；S1和S2為輔助回饋電路中對應開關的控制信號；S3和S4為輸出回饋電路中對應開關的控制信號；Vo為輸出電壓波形(即所述正端輸出電壓OUTP和負端輸出電壓OUTN之間的差值)。
應理解的是，為了進一步說明本發明實施例的有益效果，在圖3所示的工作波形圖中，示出了沒有輔助功率放大電路和輔助回饋電路以及軟啟電路的類比輸出電壓波形Vo_est1加以對比，同時，也示出了只有輔助功率放大電路和輔助回饋電路，但沒有軟啟電路的類比輸出電壓波形Vo_est2。
D類音頻放大器系統的工作時序為：第1階段，上電準備，為各個電路模組供電；第2階段，第二使能信號EN2有效電平，開關S1和S2的控制信號也為有效電平，這使得輔助功率放大電路2和輔助回饋電路均被使能開始工作。優選地，可以在此階段開始時，使得開關S5、S6和S7均閉合，可以將第一輸入音頻信號Vin1短路，使得系統的輸入信號為零，以使在功率放大電路5使能前，系統的輸入輸出均為零。採用傳統的技術時，若沒有輔助閉環和軟啟電路，這時系統輸出已被使能，在輸入為零時輸出會有很大的雜訊干擾電壓，如波形Vo_est1所示；第3階段，輔助功率放大電路2和輔助回饋電路構成的輔助閉環使得系統環路達到穩態，此時，系統輸出被使能，即第一使能信號EN1為高使得功 率放大電路5開始工作，但此時系統輸出為開環。由於軟啟電路的作用，此時輸出電壓接近與零。採用傳統的技術時，若沒有軟啟電路3，這時系統輸出仍存在一個較大的雜訊干擾電壓，如波形Vo_est2所示；第4階段，軟啟電路3中的開關S5關斷，此時，由第五電阻R5和第三電容C3構成第一RC濾波電路，以及由第六電阻R6和第四電容C4構成第二RC濾波電路被使能，軟啟電路將接收到的第一輸入音頻信號進行濾波，即將雜訊干擾電壓緩慢建立起來，當軟啟電路的的輸出電壓從零慢慢接近輸入時，輸出電壓差也被緩慢建立起來，相當於將雜訊能量在時間軸上被打散，使得輸出電壓的峰值減小，低於人耳所能聽到的閾值，達到很好地抑制輸出端的POP雜訊的效果；第5階段，軟啟電路3的輸出電壓等於其輸入電壓，軟啟功能完成，開關S6和S7均斷開使得軟啟電路3不影響正常的環路工作，即使軟啟電路從環路中退出；第6階段，第二使能信號EN2為無效電平，開關S1和S2斷開使得輔助閉環退出環路，開關S3和S4閉合導通將系統的輸出電壓通過回饋電路回饋至環路濾波電路的輸入端，因為兩個功率放大電路參數相同，因此可以平滑切換輸出回饋，不會引起電路動盪，至此啟動結束。在軟啟電路停止工作後，延遲第二預定時間(即第5階段的時間)，將輸出電壓通過回饋電路回饋至所述環路濾波電路的輸入端。這樣做的目的在於：在軟啟電路工作結束後，等環路中的電壓穩定後，再將輸出電壓回饋至環路濾波電路的輸入端。
由上述工作過程分析可得，本發明實施例在啟動階段採用輔 助閉環可以限制輸出的POP雜訊能量，增加的軟啟電路，可以將輸出的POP雜訊能量緩慢建立起來，使得輸出能量低於人耳所能聽得的閾值，從而消除系統中POP雜訊的影響。
圖4為本發明第二實施例的D類音頻放大器的電路示意圖；如圖4所示，本發明實施例的D類音頻放大器包括環路濾波電路1、PWM調製電路4、功率放大電路5、輔助功率放大電路6、軟啟電路7以及回饋電路和輔助回饋電路。其中，環路濾波電路1、PWM調製電路4、功率放大電路5與第一實施例的D類音頻放大器中的相同，在此不再贅述。
輔助功率放大電路6通過由開關K1、電阻R7和開關K2、電阻R8構成的輔助回饋電路，連接在所述環路濾波電路1的輸入端和PWM調製電路4的輸出端之間；或者，通過開關K3和開關K4連接至由電阻R3和電阻R4構成的回饋電路以及系統的輸出端，回饋電路與系統的輸出端連接且一直是導通的，從而能將輔助功率放大電路6的輸出信號回饋至環路濾波電路1的輸入端。輔助功率放大電路6與所述功率放大電路5具有完全相同的電路結構，且電路中各個器件的參數相同。
可以看出，與第一實施例相比，本發明實施例由於將輔助功率放大電路6設置在PWM調製電路4的輸出端之後，從而輔助功率放大電路6中不需要設置比較電路生成音頻PWM信號，這樣不僅降低了成本，也可以減小積體電路的體積。
在本發明實施例中，軟啟電路7設置在系統的輸出端。包括：開關K5，其一端連接在一預定電壓，另一端連接在系統的正輸出端，開關K6，一端連接在地，另一端連接在系統的負輸出端。其中，軟啟電路7工作 時，開關K5和開關K6為導通狀態。軟啟電路7在系統上電後開始工作，直至輔助功率放大電路6從系統中退出後停止工作。設置軟啟電路7的目的在於：在啟動階段，給系統的輸出端一個預定的電壓值，優選地，所述預定的電壓為系統期望的輸出電壓值，從而避免啟動階段中環路中的雜訊能量傳輸至輸出端造成較大的POP雜訊，引起人耳的不適。也即，將啟動階段的系統的輸出電壓鉗位元在所述預定的電壓值。
圖5為本發明第二實施例的D類音頻放大器的工作波形圖。為了更好地說明本發明實施例的工作原理和工作過程，下面結合工作波形圖進行詳細說明。
圖5中，power up為上電信號，高電平表示系統供電使能；K1~K6為電路示意圖中各個對應開關的控制信號。
D類音頻放大器系統的工作時序為：第1階段，上電準備；第2階段，系統上電，電路中的各個模組供電使能。在此階段內，輔助功率放大電路6開始工作，開關K1和開關K2導通使得輔助回饋電路導通，將輔助功率放大電路6的輸出信號回饋至環路濾波電路1的輸入端，利用輔助功率放大電路6和輔助回饋電路建立穩定的環路。開關K3和開關K4關斷，不將輔助功率放大電路6的輸出信號連接至系統的輸出端。在此階段一開始，便使得開關K5和開關K6導通，從而將系統的輸出電壓鉗位元在預定的電壓值。在此階段，功率放大電路5不被使能，其沒有輸出信號，不會影響環路的穩態建立過程；第3階段，開關K3和開關K4導通，將輔助功率放大電路6的輸出信號連 接至系統的輸出端OUTP和OUTN；第4階段，輔助功率放大電路6和輔助回饋電路構成的輔助閉環使得系統環路完全達到穩態，功率放大電路5被使能，其在所述輔助閉環建立的穩態下開始工作，開關K1和開關K2被關斷，開關K3和開關K4也被關斷，使得輔助功率放大電路6從系統環路中退出。此時，軟啟電路7仍處於工作狀態，以保證系統的輸出端不會有POP雜訊；第5階段，軟啟電路7停止工作，啟動結束，系統進入正常工作狀態。
本發明實施例在系統啟動階段，通過由輔助功率放大電路6和輔助回饋電路構成的輔助閉環先行讓環路建立起來，在此過程中，由於輔助功率放大電路的輸出信號只進行回饋，而不與輸出端相連，所以在環路建立過程中，系統的輸出端是不會有POP雜訊發出的。待環路完全建立後，再將功率放大電路5的輸出使能，將輔助閉環退出系統。在此過程中，利用軟啟電路7遮罩輸出端的POP雜訊，使得系統的輸出端在整個啟動過程中都不會產生POP雜訊。
以上所述僅為本發明的實施例，並不用於限制本發明，對於本領域技術人員而言，本發明可以有各種改動和變化。凡在本發明的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。

Claims (11)

  1. 一種D類音頻放大器，其包括：一環路濾波電路，用以接收輸入音頻信號且對輸入音頻信號進行濾波，輸出第一音頻信號；一PWM調製電路，連接在所述環路濾波電路之後，用以接收所述第一音頻信號，並與一個三角波信號進行比較，輸出一音頻PWM信號；一功率放大電路，連接在所述PWM調製電路之後，用以接收所述音頻PWM信號，經過一功率放大後生成一輸出電壓；一輔助功率放大電路，在一系統上電後開始工作，直至啟動結束後從所述系統中退出；一軟啟電路，連接在所述環路濾波電路和所述PWM調製電路之間，所述軟啟電路在所述功率放大電路使能前開始工作，直至其輸入等於輸出時停止工作，用以消除系統啟動過程中環路中的雜訊干擾；其中，在所述輔助功率放大電路工作期間，不將所述功率放大電路的輸出電壓回饋至所述環路濾波電路的輸入端或者所述功率放大電路不被使能。
  2. 如請求項1之D類音頻放大器，另包括一輔助回饋電路，用以接通或者斷開所述輔助功率放大電路與所述系統的連接。
  3. 如請求項2之D類音頻放大器，其中所述輔助功率放大電路，通過所述輔助回饋電路連接在所述環路濾波電路 的一輸入端和一輸出端。
  4. 如請求項3之D類音頻放大器，其中所述輔助功率放大電路包括：一第一比較電路，用以接收所述第一音頻信號，並與一個三角波信號進行比較，輸出一輔助音頻PWM信號；一第一驅動電路，連接在所述比較電路之後，用以將所述輔助音頻PWM信號轉換成電晶體的一輔助驅動信號；一第一功率級電路，根據所述輔助驅動信號工作。
  5. 如請求項1之D類音頻放大器，其中所述功率放大電路包括：一第二驅動電路，接收所述PWM調製電路輸出的音頻PWM信號，並將其轉換成電晶體的一驅動信號；一第二功率級電路，根據所述驅動信號生成所述輸出電壓。
  6. 如請求項1之D類音頻放大器，其中，所述軟啟電路包括：一第五開關，並聯連接所述軟啟電路的一第一輸出端和一第二輸出端；一第五電阻，連接所述軟啟電路的一第一輸入端和一第一輸出端之間；一第六開關，其一端連接所述軟啟電路的第一輸出端，另一端與一第三電容的一端相連，所述第三電容的另一端連接至控制地；一第六電阻，連接所述軟啟電路的第二輸入端和第二 輸出端之間；一第七開關，其一端連接所述軟啟電路的第二輸出端，另一端與一第四電容的一端相連，所述第四電容的另一端連接至控制地；其中，所述第五開關在所述功率放大電路使能前導通，在所述功率放大電路使能後繼續導通第一預定時間後關斷，用以保證系統的原始輸出電壓為零；所述第六開關和所述第七開關在系統上電後保持導通，直至軟啟電路的輸入等於輸出時關斷。
  7. 如請求項1之D類音頻放大器，其中，在所述軟啟電路停止工作後，延遲第二預定時間，使得回饋電路導通。
  8. 如請求項1之D類音頻放大器，其中，所述功率放大電路根據一第一使能信號使能，所述輔助功率放大電路根據一第二使能信號使能。
  9. 如請求項1之D類音頻放大器，其中，所述輔助功率放大電路，連接在所述環路濾波電路的輸入端和所述PWM調製電路的輸出端之間。
  10. 如請求項9之D類音頻放大器，其中，所述軟啟電路，設置在所述功率放大電路和系統的輸出端之間；所述軟啟電路在系統上電後開始工作，直至所述輔助功率放大電路從系統中退出後停止工作。
  11. 如請求項10之D類音頻放大器，其中，所述軟啟電路工作時，將輸出電壓鉗位元在預定的電壓值。
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