TWM309289U - Audio amplifier capable of performing self-oscillation - Google Patents

Description

M309289 八、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作係提供一種音訊放大器，尤指一種可自我振盪之音訊 放大器。 【先前技術】 目前一般所使用的音訊放大器幾乎都是以D類放大器為主流 來加以實作。以往採用的AB類放大器所產生的是線性訊號，而D 類放大器所產生的則是脈衝寬度調變(Pulse-Width Modulation， PWM)訊號，其主要包含音頻訊號以及PWM開關訊號和諧波。在 D類放大器工作的時候，D類放大器的輸出級金屬氧化半導體場 效電晶體(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)會從 極而阻抗切換為極低阻抗，在工作區(activeregi〇n)的時間只有短 短的數秒，因此D類放大器的輸出級功率耗損遠低於^類放大 斋。除此之外，D類放大器本身包含的電感-電容式(LC)濾波器可 在D類放大n工作的每個週期儲存足夠的能量，以使得開關的功 率不會在D類放大器之後所連接的揚聲器耗損。 时然而’在同時使用多個D敝大器的情況下，若每個D類放 大盗的輪出音訊無法達到—致性的同步效果離容緑生不必 L的Γ1.’音質也會大受影響，且若沒有適#的控制D類放大器 訊率，則D類放Alf極紋離他帶有接近操作頻率之雜 、’。在需要_輸出音贿號之情況下，持續輸入音訊信 6 M309289 號亦容易導致先前輸入音訊信號的失真，進一步影響整個D類放 大器系統的聲音品質。 【新型内容】 本創作提供一種可自我振盪之音訊放大器，包含複數個子音 訊放大器組、一時脈輸入源及一揚聲器，時脈輸入源耦接於複數 個子音訊放大器組之複數個時脈切換開關，揚聲器耦接於複數個 子音訊放大器組中每一子音訊放大器組之電感的第二端。每一子 籲音訊放大器組包含-子音訊放大器、一音訊輸入源、一時脈切換 開關、如置驅動盗、一電晶體組、一電感及一第二電容。音訊 輸入源耗接於該子音訊放大||之音訊輸人端。時脈切換開關麵接 於該子音減大n之時輯人端，前置购雜接_子音訊放 大益之音訊輸出端。電晶敝之第—輸人端_至該前置驅動器 之第一輸出端’且第二輸入端#接至該前置驅動器之第二輸出 鳊。電感之第一端耦接至該電晶體組之輸出端。第二電容之第一 籲端減至該電感之-第二端，且第二端接地。該子音訊放大器包 含-第-比較器、-第-電阻、一第二電阻、一第三電阻、一第 二比較器及-第-電容。第-比較器之正輸入端輕接於一參考電 壓源。第一電阻之第一端柄接於該第一比較器之負輸入端，且第 二端耦接於該子音減大II之-音訊輸人端。第二電阻之第一端 減於該第-比較器之負輸人端。第三餘之第接於該第 -比較器之貞輸人端’且第二_接於該子音域大器之一回授 輸入端。第二比較器之負輸人端_於該參考電壓源，正輸入端 7 M309289 則輕接於該第-比較器之輸出端，輪出端_於該子音訊放大器 之音訊輸出端。第-電容之第-輪接於該第—比較器之負輸入 端’且第二端輕接於該第二比較器之正輸入端。 【實施方式】 請參閱第1圖，其為本創作之音訊放大器100之示意圖。如 第1圖所示，音訊放大器100包含複數個子音訊放大器組102，一 時脈輸入源116，以及一揚聲器120。每一子音訊放大器組102包 ® 含一子音訊放大器106，一音訊輸入源104，一前置驅動器1〇8， 一電晶體組110 , —濾波器電感112，一濾波器電容114，以及一 時脈切換開關128。音訊輸入源104輕接於子音訊放大器1〇6之一 音訊輸入端(如第1圖所示之AUDIO IN)。前置驅動器1〇8係耦接 於子音訊放大器106之一音訊輸出端(如第1圖所示之AUDIO OUT)。電晶體組11〇包含一第一輸入端，耦接至前置驅動器1〇8 之一第一輸出端，以及一第二輸入端，耦接至前置驅動器108之 鲁一弟二輸出端。滤波器電感112包含一第一端，搞接至電晶體組 no之一輸出端。濾波器電容114包含一第一端，耦接至濾波器電 感112之一第二端，以及一接地之第二端。其中，濾波器電感112 與濾波器電容114係用來形成一濾波器，以過濾掉輸出信號中特 定範圍以外的頻率。時脈切換開關128耦接於子音訊放大器106 之一時脈輸入端(第1圖所示之CLKIN)。請參閱第2圖，其為第 1圖之音訊放大器100包含之子音訊放大器106以及時脈切換開關 128的示意圖，並請同時參閱第1圖。子音訊放大器106包含一第 8 M309289 一比較器122, 一第一電阻124, 一第二電阻126, 一第三電阻130, 一第二比較器132，以及一振盪電容134。第一比較器122包含一 正輸入端，耦接於一參考電壓源VREF。第一電阻124之一第一端 耦接於第一比較器122之一負輸入端，第一電阻124之一第二端 輕接於子音訊放大器106之音訊輸入端(第1圖與第2圖所示之 AUDIO IN)。第二電阻126之一第一端耦接於第一比較器122之 負輸入端。第三電阻130之—第一端耦接於第二電阻126之第二 端，第三電阻130之一第二端辆接於子音訊放大器1〇6之一回授 輸入端(第1圖與第2圖所示之FB)。第二比較器132之一負輸入 端耦接於參考電壓源VREF，第二比較器132之一正輸入端耦接於 第一比較器122之一輸出端，第二比較器132之一輸出端耦接於 子音訊放大器106之音訊輸出端(第1圖與第2圖所示iAUDI〇 〇UT)。振盪電容134之一第一端粞接於第一比較器122之負輸入 i^振盈電谷134之一第二端麵接於第二比較器丨32之正輸入端。 時脈輪入源116耦接於每一子音訊放大器組1〇2之時脈切換開關 128。％聲器120麵接於每一子音訊放大器組1〇2之濾波器電感ι12 的第二端。電晶體組110包含一第一電晶體14〇以及一第二電晶 體142。第一電晶體140之閘極耦接於電晶體組11〇之第一輸入 端，源極耦接於一電壓源144，且汲極耦接至電晶體組11()之輸出 ^第一電晶體142之閘極轉接於電晶體組11〇之第二輸入端， 源極接地，且汲極耦接至電晶體組110之輸出端。電晶體組n〇 係用來形成一輸出放大級，以放大由前置驅動器ι〇8所輸出的信 歲。時脈輸入源116包含複數個子時脈輸入源CLKrOj^、.…、 9 M309289 CLKn，以及一時脈選擇開關118。時脈選擇開關us輕接於複數 個子時脈輸入源CLK〗、CLK2.....CLKn之一子時脈輸入源， 用來自該複數個子時脈輸入源中選擇一子時脈輸入源，並將選擇 出之子時脈輸入源產生的時脈輸入至子音訊放大器1〇6。 第1圖所示之電晶體組110僅為本創作之一較佳實施例，任 何可用來替代電晶體組110之其他實施例仍屬於本創作之範轉。 第1圖所示之前置驅動器108亦為常見之前置驅動器，因此將前 •置驅動器108替代為具有與前置驅動器ι〇8相同功能之其他元件 亦不構成脫離本創作的事實。第1圖之子音訊放大器1〇6係為一 D 類放大器，且第2圖所示之子音訊放大器ι〇6僅為本創作之一較 佳實施例，因此將子音訊放大器106以其他可用來實施d類放大 器之功能的元件或電路來替代亦包含於本創作之範脅。 本創作之音訊放大^§ 100係包含兩種工作模式，一種為音气 • 放大模式，用來將輸入之音訊轉換為脈衝寬度調變訊號，另一種 為自我振盪模式，在沒有輸入音訊信號的狀態下形成自我振盈， 以得到較低的失真。 本創作之音訊放大器100在執行音訊放大模式時，除了會透 過曰sfL輸入源104輸入音5虎至子音訊放大器組1〇2中以外， 亦會由時脈輸入源116輸入一時脈信號，以控制子音訊放大器組 102之操作頻率。藉由時脈切換開關ι28之導通或關閉，選取欲操 M309289 作於正常的音訊放大模式之子音訊放大器組102(亦可選取全部的 子曰Λ放大裔組102) ’接著由時脈輸入源116輸入時脈信號，以 使得時脈切換開關128處於導通狀態，此時子音訊放大器組1〇2 係處於時脈同步的狀態。如此一來，當最後輸出脈衝寬度調變訊 號並進而透過揚聲器120發出聲音時，集中於揚聲器ι2〇之各輸 出脈衝寬度調變訊號亦為同步，不會產生雜音，而有較好的音質。 於本創作之一實施例中，音訊輸入源104所輸入之音訊係為方波 信號，以較有利於同步控制各子音訊放大器組1〇2之操作頻率。 時脈輸入源116所使用之子時脈輸入源可藉由時脈選擇開關 118來選取，以使得同步控制之各子音訊放大器組1〇2可根據不同 的狀況，處於一最適當操作之頻率。舉例來說，有時候若子音訊 放大器組102的操作頻率太過於接近一般廣播頻道之無線信號， 則極易受到其干擾，因此可藉由時脈選擇開關118的切換，選擇 一較適合的子時脈輸入源來避免此類干擾。 當本創作之音訊放大器1〇〇執行自我振盪模式時，以關閉時 脈切換開關128之方式，將輸入於各子音訊放大器組1〇2之時脈 訊號加以隔離，並將先前輸入之音訊信號在電晶體組11〇的輪出 端所產生的回授信號加以回授至子音訊放大器1〇6内，以對振盪 電容134重複的充電與放電，形成自我振盪。當執行自我振盪模 式時，子音訊放大器組102的振盪頻率是藉由第三電阻13〇與= 盪電容134來共同決定，因此持續的自我振盪可使得輪出音訊俨 M309289 唬的強度和頻率保持在一定的範圍内，以達成較低失真的效果。 本創作之音訊放大器在正常之音訊放大模式下，將各個子音 訊放大組以統一之時脈信號加以同步，以解決多個D類放大器之 操作頻率不同步時，會產生雜音的缺點。藉由隨時視狀況適當的 選取不同的子時脈輸入源，本創作之音訊放大器可避免帶有類似 頻率之雜訊的干擾。本創作之音訊放大器在自我振盪模式下，可 •藉由先前輸入之音訊信號所產生之回授信號來對振盪電容重複的 充電與放電，以使得輸出音訊信號的強度和頻率保持在一定的範 圍内’而達成較低失真的效果。 以上所述僅為本創作之較佳實施例，凡依本創作申請專利範 圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本創作之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 Φ 第1圖為本創作之音訊放大器之示意圖。 第2圖為第1圖之音訊放大器包含之子音訊放大器以及時脈切換 開關的示意圖。 【主要元件符號說明】 100 音訊放大器 102 子音訊放大器組 104 音訊輸入源 12 M309289 106 108 110 112 114 116 118 120

122 、 132 124、126、130 128 134 140 > 142

144 VREF 子音訊放大器 前置驅動器 電晶體組 濾、波器電感 濾波器電容 時脈輸入源 時脈選擇開關 揚聲器 比較器 電阻 時脈切換開關 振盪電容 電晶體 電壓源 參考電壓源

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Claims (1)

1. M309289 九、申請專利範圍： 1· 一種可自我振盪之音訊放大器，其包含： 複數個子音訊放大器組，每一子音訊放大器組包含： 一子音訊放大器，包含： 一第一比較器，其正輸入端耦接於一參考電壓源； 一第一電阻，其第一端耦接於該第一比較器之負輸入

   端，且第二端耦接於該子音訊放大器之一音訊輸 入端； 第-電阻’其第-端輕接於該第_比較器之負輸入 端； 弟_電阻，其弟一端輕接於該第一比較器之負輪入 %，且第二端輕接於該子音訊放大器之一回授輪 入端； 第一比較器，其負輸入端耦接於該參考電壓源，正 輸入端耦接於該第一比較器之輸出端，輸出端耦 接於該子音訊放大器之音訊輸出端；以及 —第一電容，其第—端雛於該第-比較器之負輸入 端 ，且弟一端麵接於該第二比較器之正輸入端· 訊輪入源，耦接於該子音訊放大器之音訊輸入端； 守脈切換開關，耦接於該子音訊放大器之時脈輪入端· 則置驅動器，耦接於該子音訊放大器之音訊輪出端； 電曰曰體組，其弟一輸入端搞接至該前置驅動器之第料 出端，且第二輸入端耦接至該前置驅動器之 别 一"燕I出 14 M309289 端； —電感，其第一端耦接至該電晶體組之輪出端；及 —第二電容，其第—端減至該電感之-第二端，且第二 端接地； _ 一時脈輪碌，減纖概個子音減Al^之概個時脈 切換開關；及 一揚聲器，耦接於該複數個子音訊放大器組中每一子音訊放大 器組之電感的第二端。 2·如請求項1所述之音訊放大器，其中該電晶體組包含： 一第-電晶體，其閘極雛於該電晶體組之第—輸人端，源極 耦接於一電壓源，且汲極耦接至該電晶體組之輸出端；及 一第二電晶體，其閘極耦接於該電晶體組之第二輸入端，源極 接地，且汲極耦接至該電晶體組之輸出端。 3·如請求項1所述之音訊放大器，其中該時脈輸入源係包含·· 複數個子時脈輸入源；及 一時脈選擇開關，耦接於該複數個子時脈輸入源中之一子時脈 輸入源’用來自該複數個子時脈輸入源中選擇一子時脈輸 入源，並輸入選擇出之子時脈輸入源產生的時脈。 15