TWI671999B - Ｄ類功率放大器電路 - Google Patents

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一種D類功率放大器電路，其包含一輸入級，一第一電阻，一第二電阻，一中間級，一轉導電路和一輸出級。該第一電阻耦接於一輸入電壓和該輸入級之間。該輸出級耦接至一第二電源電壓，該輸出級用以提供一輸出電壓。該第二電阻耦接於該輸入級和該輸出級之間。該中間級耦接於該輸入級和該輸出級之間，該中間級包含一位準轉換電路。該轉導電路耦接至該輸入級，該轉導電路用以比較該第一節點的該第一電壓和一共模電壓，據以產生一補償電流至該第一節點。

Description

D類功率放大器電路
本發明係關於一種D類功率放大器電路。
第一圖顯示習知之一D類功率放大器電路100之方塊示意圖。參照第一圖，該功率放大器電路100包含一輸入級10、一中間級20和一輸出級30。該輸入級10具有耦接至一電源電壓VDD的一第一放大器X1。該中間級20具有一第二放大器X2和一位準轉換電路25。該輸出級30耦接至另一電源電壓PVDD，其中該電源電壓PVDD的電壓位準大於該電源電壓VDD的電壓位準。由於該電源電壓PVDD的電壓位準會有大範圍的變動(例如5V至26V)，而該輸出級30的輸出電壓耦接至一節點N1上，故該節點N1上的電壓位準也會受到影響。當該電源電壓PVDD和該電源電壓VDD的電壓位準相差過大(例如PVDD=26V，VDD=5V)時，容易造成電路的誤動作。
根據本發明一實施例之一種D類功率放大器電路，其包含一輸入級，一第一電阻，一第二電阻，一中間級，一轉導電路和一輸出級。該第一電阻耦接於一輸入電壓和該輸入級之間。該輸出級耦接至一第二電源電壓，該輸出級用 以提供一輸出電壓。該第二電阻耦接於該輸入級和該輸出級之間。該中間級耦接於該輸入級和該輸出級之間，該中間級包含一位準轉換電路。該轉導電路耦接至該輸入級，該轉導電路用以比較該第一節點的該第一電壓和一共模電壓，據以產生一補償電流至該第一節點。
100‧‧‧D類功率放大器電路
10‧‧‧輸入級
20‧‧‧中間級
25‧‧‧位準轉換電路
30‧‧‧輸出級
200‧‧‧D類功率放大器電路
210‧‧‧輸入級
220‧‧‧中間級
225‧‧‧位準轉換電路
230‧‧‧輸出級
250‧‧‧轉導電路
260‧‧‧方框
300‧‧‧D類功率放大器電路
400‧‧‧D類功率放大器電路
401‧‧‧差動輸入級
402‧‧‧差動輸出級
403‧‧‧截波級
C1,C2‧‧‧電容
L1‧‧‧負載
IC‧‧‧補償電流
R1,R2‧‧‧電阻
RF,RF1,RF2,RF3‧‧‧電阻
X1,X2,X3‧‧‧放大器
第一圖顯示習知之一D類功率放大器電路之方塊示意圖。
第二圖顯示結合本發明一實施例之一D類功率放大器電路之方塊示意圖。
第三圖顯示結合本發明另一實施例之一D類功率放大器電路之方塊示意圖。
第四圖顯示結合本發明一實施例之轉導電路之電路圖。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」或「包括」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手 段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
第二圖顯示結合本發明一實施例之一D類功率放大器電路200之方塊示意圖。參照第二圖，該D類功率放大器電路200包含一輸入級210、一電阻R1、一中間級220和一輸出級230。該輸入級210耦接至一第一電源電壓VDD。該輸入級210用以在一第一節點N1接收一第一電壓和一回授電流IF。該輸入級210包含一放大器X1和一電容C1。該放大器X1具有一正輸入端、一負輸入端和一輸出端。該電容C1耦接於該放大器X1的該負輸入端和該輸出端之間。該放大器X1的該正輸入端接收一共模電壓VCM，而該負輸入端接收該第一節點N1的該第一電壓。該共模電壓VCM為一穩定的參考電壓。在本實施例中，該共模電壓VCM的位準為0.5VDD。
參照第二圖，該電阻R1耦接於一輸入電壓IN和該輸入級210之間。該輸出級230耦接至一第二電源電壓PVDD，其電壓位準與該第一電源電壓VDD的電壓位準不同。該輸出級230用以提供一輸出電壓以驅動一負載L1。該中間級220耦接於該輸入級210和該輸出級230之間。該中間級220包含一放大器X2和一位準轉換電路225。該位準轉換電路225用以轉換一輸入信號(電壓位準為VDD)至一輸出信號(電壓位準為PVDD)。
參照第二圖，一轉導電路250耦接至該輸入級210。該轉導電路250比較該第一節點N1的該第一電壓和該共模電壓VCM，據以產生一補償電流至該輸入級210。該轉導電路250作為一共模回授迴路，其追蹤該第一節點N1的該第一電壓和該共模電壓VCM的電壓位準差值，並轉換該位準差值為該補償電流IC。該補償電流IC加入至該第一節點N1以補償該第一節點N1的該第一電壓和該共模電壓VCM的電壓位準差值。依此方式，該轉導電路250可以穩定該第一電壓在該共模電壓VCM的電壓位準。
此外，當該第二電源電壓PVDD的電壓位準大於該第一電源電壓VDD的電壓位準時，該轉導電路250產生由該第一節點N1流至地端的該補償電流IC，如第二圖260的右半部所示。該補償電流的電流值大於一預設值IPRE，以使該第一電壓的電壓值能調整在該共模電壓VCM的電壓位準。該預設值IPRE可由公式(1)推導得到：
其中，RF為一回授電阻RF的阻值，該回授電阻耦接於該輸入級210和該輸出級230之間。
在其他實施例中，當該第二電源電壓PVDD的電壓位準小於該第一電源電壓VDD的電壓位準時，該轉導電路250產生由該第一電源電壓VDD流至該第一節點N1的該補償電流IC，如第二圖260的左半部所示。該補償電流IC的電流值 大於該預設值IPRE，以使該第一電壓的電壓值能調整在該共模電壓VCM的電壓位準。
藉由本發明的轉導電路的設計，即使該輸入級210的供應電源電壓VDD和輸出級230的供應電源電壓PVDD不相同，該輸入級的該負輸入端電壓仍能穩定在該共模電壓VCM的電壓位準，而不需偵測該電源電壓PVDD的電壓位準。換言之，當該第二電源電壓PVDD的電壓位準大於該第一電源電壓VDD的電壓位準時，該轉導電路並不需要使用到高壓(PVDD)元件。由於該轉導電路不需要偵測該電源電壓PVDD的電壓位準，且不需要使用到高壓元件，該轉導電路250占用很小的電路面積。
第二圖所例示的放大器X1為雙端差動輸入，單端輸出的放大器型態。然而，本發明所揭示之輸入級210中的放大器亦可為雙端差動輸入，雙端差動輸出的放大器型態，如第三圖所示。在使用雙端差動輸入，雙端差動輸出的放大器X3時，本發明所揭示的轉導電路也會調整為雙端差動輸入，雙端差動輸出的轉導放大器型態，如第四圖中的轉導電路400所示。
參照第四圖，該轉導電路400具有一差動輸入級401和一差動輸出級402。該差動輸入級401和該差動輸出級402耦接至該輸入級210中的該放大器X3的該雙端差動輸入。在輸入級401中，節點N1和N2的電壓會被平均為節點N3 的電壓，並與共模電壓VCM進行比較。接著，節點N3的電壓和該共模電壓VCM的電壓位準差值轉換為補償電流I1和I2。該等補償電流I1和I2個別加入至該等節點N1和N2以補償該節點N1和該共模電壓VCM、該節點N2和該共模電壓VCM的電壓位準差值。依此方式，該轉導電路400可以穩定該節點N3的電壓在該共模電壓VCM的電壓位準。參照第四圖，該轉導電路400進一步包含由時脈信號CKA和CKB所控制的截波(Chopper)級403，其中該等時脈信號CKA和CKB為互補式信號。亦即，當該時脈信號CKA為邏輯1位準時，該時脈信號CKB為邏輯0位準；當該時脈信號CKA為邏輯0位準時，該時脈信號CKB為邏輯1位準。截波級403的設計是為了降低偏移和1/f雜訊。
本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包含各種不背離本發明之替換及修飾，並為隨後之申請專利範圍所涵蓋。

Claims (7)

  1. 一種D類功率放大器電路，包含：一輸入級，耦接至一第一電源電壓，該輸入級用以在一第一節點接收一第一電壓；一第一電阻，耦接於一輸入電壓和該輸入級之間；一輸出級，耦接至一第二電源電壓，該輸出級用以提供一輸出電壓；一第二電阻，耦接於該輸入級和該輸出級之間；一中間級，耦接於該輸入級和該輸出級之間，該中間級包含一位準轉換電路；以及一轉導電路，耦接至該輸入級，該轉導電路用以比較該第一節點的該第一電壓和一共模電壓，據以產生一補償電流至該第一節點；其中該補償電流的電流值大於一預設值，以使該第一電壓的電壓值調整成該共模電壓的電壓位準，該預設值設定為：，其中PVDD為該第二電源電壓的電壓位準，VDD為該第一電源電壓的電壓位準，RF為該第二電阻的阻值。
  2. 根據申請專利範圍第1項之D類功率放大器電路，其中當該第二電源電壓的電壓位準大於該第一電源電壓的電壓位準時，該轉導電路產生由該第一節點流至一地端的該補償電流。
  3. 根據申請專利範圍第1項之D類功率放大器電路，其中當該第二電源電壓的電壓位準小於該第一電源電壓的電壓位準時，該轉導電路產生由該第一電源電壓流至該第一節點的該補償電流。
  4. 根據申請專利範圍第1項之D類功率放大器電路，其中該共模電壓的電壓位準等於VDD/2。
  5. 根據申請專利範圍第1項之D類功率放大器電路，其中該輸入級包含：一放大器，該放大器具有一正輸入端，一負輸入端和一輸出端，其中該放大器的該正輸入端接收該共模電壓，而該負輸入端接收該第一節點的該第一電壓；以及一電容，耦接於該放大器的該負輸入端和該輸出端之間。
  6. 根據申請專利範圍第1項之D類功率放大器電路，其中該輸入級包含一具有雙端差動輸入和雙端差動輸出的放大器，該轉導電路具有一差動輸入級和一差動輸出級，且該轉導電路的該差動輸入級和該差動輸出級耦接至該輸入級的該放大器的該雙端差動輸入。
  7. 根據申請專利範圍第6項之D類功率放大器電路，其中該轉導電路包含一由一對互補式時脈信號控制的截波級。
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