TWI721750B - 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，一週期信號產生器，一比較器，一功率輸出級和一升壓產生器。該輸入級耦接至一第一電源電壓。該週期信號產生器用以產生一週期性信號和一參考信號。該功率輸出級耦接至一第二電源電壓。該升壓產生器用以比較該輸入級的一輸出和該參考信號，藉以調整該第二電源電壓的一電壓值。該第二電源電壓的該電壓值大於該第一電源電壓的一電壓值。該參考信號正比於該周期性信號的一振幅，且該週期性信號的該振幅由該第二電源電壓的該電壓值所決定。

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、一比較器12和一功率輸出級14。該輸入級10具有耦接至一電源電壓VDD的一放大器(未繪出)。該比較器12用以比較該輸入級10的一輸出Vs和一周期性信號，藉以產生一比較信號cmp。該功率輸出級14耦接至另一電源電壓PVDD，其由一升壓電路16所產生，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。
為了維持高效率，習知的D類功率放大器電路100會使用一電壓檢測電路18來偵測輸入信號IN的振幅，以藉由該輸入信號IN的振幅來調整該電源電壓PVDD的電壓位準。然而，此種作法在該輸入信號IN振幅很低時，該D類功率放大器電路100的效率會降低。
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，一週期信號產生器，一比較器，一功 率輸出級和一升壓產生器。該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輸入電壓。該週期信號產生器用以產生一週期性信號和一參考信號。該比較器用以比較該輸入級的一輸出和該周期性信號，藉以產生一第一比較結果。該功率輸出級耦接至一第二電源電壓，該功率輸出級用以接收該比較結果，藉以產生一脈波調變信號。該升壓產生器用以比較該輸入級的該輸出和該參考信號，藉以調整該第二電源電壓的一電壓值。該第二電源電壓的該電壓值大於該第一電源電壓的一電壓值。該參考信號正比於該周期性信號的一振幅，且該週期性信號的該振幅由該第二電源電壓的該電壓值所決定。
100‧‧‧D類功率放大器電路
10‧‧‧輸入級
12‧‧‧比較器
14‧‧‧功率輸出級
16‧‧‧升壓電路
18‧‧‧電壓檢測電路
19‧‧‧回授元件
200,200’‧‧‧D類功率放大器電路
20‧‧‧輸入級
22‧‧‧比較單元
222,224‧‧‧比較器
24‧‧‧功率輸出級
25‧‧‧低頻濾波器
26‧‧‧升壓產生器
262,264‧‧‧比較器
266‧‧‧N位元計數器
268‧‧‧升壓電路
27‧‧‧週期信號產生器
28,28’‧‧‧回授元件
R1,R2‧‧‧電阻
RF1,RF2‧‧‧電阻
C1,C2‧‧‧電容
X1‧‧‧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一實施例之該D類功率放大器電路之部分電路示意圖。
第四圖顯示在本發明一實施例中該週期信號產生器的輸出信號波形圖。
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20、一比較單元22、一功率輸出級24、一低頻濾波器25、一升壓產生器26和一週期信號產生器27。該輸入級10耦接至一電源電壓VDD。該週期信號產生器27用以產生一週期性信號Vp，例如一週期性的三角波信號或一週期性的鋸齒波信號。該比較較單元22用以比較該輸入級10的一輸出Vs和該周期性信號Vp，藉以產生一比較結果cmp。該功率輸出級24接收該比較結果cmp以產生一脈波調變信號OUT。該低頻濾波器25使該脈波調變信號OUT的高頻成份衰減。經過濾波的輸出VOUT被提供至一揚聲器(未繪出)以產生聲音。
參照第二圖，該功率輸出級24耦接至另一電源電壓PVDD，其由該升壓產生器26所產生，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。該電源電壓PVDD另外傳送至該週期信號產生器27，藉以改變該週期性信號Vp的振幅。
第三圖顯示結合本發明一實施例之該D類功率放大器電路200’之部分電路示意圖。參照第三圖，該輸入級20’包含一雙端差動輸入，雙端差動輸出的放大器X1，電阻R1,R2和電容C1,C2。該等電阻R1,R2接收第一和第二輸入信號INP和INN。該等輸入信號INP和INN在本實施例中為一對差分音頻信號，但本發明不以此為限。在其他實施例中，該放大器X1為一單端差動輸入，雙端差動輸出的放大器。
該放大器X1的輸出信號Vs1,Vs2和該週期信號產生器27產生的該周期性信號Vp比較後產生比較信號cmp1和cmp2。在一實施例中，該等比較信號cmp1和cmp2為互補的信號。該等比較信號cmp1和cmp2經由該功率輸出級24後產生互補的脈波調變信號OUTP和OUTN。在本實施例中，回授元件28,28’為一電阻型式，其個別將脈波調變信號OUTP和OUTN回授至該放大器X1的差動輸入端。
參照第三圖，該放大器X1的輸出信號Vs1,Vs2另和該週期信號產生器27產生的一信號Va進行比較，其中該信號Va正比於該周期性信號Vp的振幅。第四圖顯示在本發明 一實施例中信號Va和Vp的關係。在本例中，該週期性信號Vp為一三角波信號，其振幅為Vhl，其中該振幅由該電源電壓PVDD的電壓位準所決定。該信號Va為一直流信號，其電壓值等於α×Vhl，其中α界於0至1之間。
參照第三圖，該升壓產生器26包含兩比較器262,264，一N位元計數器266和一升壓電路268。該等比較器262,264用以比較該放大器X1的輸出信號Vs1,Vs2和該信號Va。在一實施例中，一低通濾波器(未繪出)設置於該放大器X1的輸出端和該等比較器262,264的輸入端之間，以對該放大器X1的輸出信號Vs1,Vs2濾除雜訊。該N位元計數器266接收該等比較器262,264的比較結果以產生N位元的輸出信號。該升壓電路268接收該N位元的輸出信號後產生該電源電壓PVDD，以提供至該功率輸出級24。該升壓電路可以為一直流至直流電壓轉換器(DC-DC voltage converter)，或一電荷泵(charge pump)。
在運作時，當輸出信號Vs1,Vs2小於該信號Va，該N位元計數器266產生輸出信號[0,0]。因此該升壓電路268產生該電源電壓PVDD，其具有一第一電壓位準。隨著輸入信號INP和INN的差值變大，該放大器X1的輸出信號Vs1,Vs2也隨之增加。當輸出信號Vs1,Vs2大於該信號Va時，該N位元計數器266產生輸出信號[0,1]。因此該升壓電路268產生新的電源電壓PVDD，其具有一第二電壓位準，且第二電壓位準大於 第一電壓位準。由於該周期性信號Vp的振幅由該電源電壓PVDD的電壓位準所決定，因此當輸出信號Vs1,Vs2增加並大於該信號Va時，該電源電壓PVDD的電壓位準會提高，使得該周期性信號Vp的振幅也會隨之增加。換言之，本發明中的該周期性信號Vp的振幅會隨該放大器X1的輸出信號的大小而改變。
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。
200‧‧‧D類功率放大器電路
22‧‧‧輸入級
24‧‧‧功率輸出級
25‧‧‧低頻濾波器
26‧‧‧升壓產生器
27‧‧‧週期信號產生器
28‧‧‧回授元件

Claims (6)

  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輸入電壓；一週期信號產生器，用以產生一週期性信號和一參考信號；一比較器，用以比較該輸入級的一輸出和該周期性信號，藉以產生一第一比較結果；一功率輸出級，耦接至一第二電源電壓，該功率輸出級用以接收該比較結果，藉以產生一脈波調變信號；以及一升壓產生器，用以比較該輸入級的該輸出和該參考信號，藉以調整該第二電源電壓的一電壓值；其中，該第二電源電壓的該電壓值大於該第一電源電壓的一電壓值；和其中，該參考信號正比於該周期性信號的一振幅，且該週期性信號的該振幅由該第二電源電壓的該電壓值所決定。
  2. 根據申請專利範圍第1項之D類功率放大器電路，更包含一回授元件，耦接至該輸入級和該功率輸出級之間。
  3. 根據申請專利範圍第2項之D類功率放大器電路，更包含一低頻濾波器，用以對該脈波調變信號進行濾波。
  4. 根據申請專利範圍第1項之D類功率放大器電路，其中該輸入級包含一雙端差動輸入，雙端差動輸出的放大器，且該輸入級所接收的該輸入電壓為一對差分音頻信號。
  5. 根據申請專利範圍第1項之D類功率放大器電路，其中該升壓產生器包含：一比較器，用以比較該輸入級的該輸出和該參考信號，藉以產生一第二比較結果；一N位元計數器，用以接收該第二比較結果，藉以產生N位元的輸出信號；以及一升壓電路，用以接收該N位元的輸出信號，藉以調整該第二電源電壓的該電壓值。
  6. 根據申請專利範圍第5項之D類功率放大器電路，其中該升壓電路為一直流至直流電壓轉換器或一電荷泵。
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