放大器电路以及在放大器电路中将信号放大的方法技术

本发明专利技术提供了放大器电路，其包括：输入端，其用于接收待放大的输入信号；功率放大器，其用于将该输入信号放大；开关电源，其具有切换频率，用于向该功率放大器提供至少一个电源电压；以及抖动块，其用于使该开关电源的切换频率抖动。该抖动块被基于该输入信号而控制。本发明专利技术的另一个方面涉及使用第一和第二开关——它们具有不同的电容和电阻，并根据输入信号或音量信号来使用该第一或第二开关。本发明专利技术的另一个方面涉及基于输入信号或音量信号来控制被提供至信号路径中的一个或多个部件的偏置信号。

【技术实现步骤摘要】
放大器电路以及在放大器电路中将信号放大的方法本申请是申请日为2008年8月4日、名称为“放大器电路以及在放大器电路中将信号放大的方法”的第200880110115.9号专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及放大器电路(amplifiercircuit)，具体但非排他地，涉及包括功率放大器的放大器电路。
技术介绍
图1示出了基础的AB类放大器10。双极性(即，错层电平(splitlevel))电源输出电压V+和V－，这些输出电压被跨越放大器10而施加，放大器10将输入信号Sin放大，并向负载20输出以地为参考的经放大的输出信号Sout。倘若被供应至放大器10的电压V+和V－是足够的，则放大器10具有基本线性的放大(忽略交叉效应(crossovereffect))。即是说，从该电源输出的电压V+和V－必须足够以避免输出信号“削波(clipping)”，即，当该信号接近于、等于或者超过从电源输出至放大器的电压V+和V－时所述输出的衰减。这通过在最大输出信号Soutmax和电源导轨(rails)之间形成“净空(headroom)”而得以避免。图2是示出了当Sin是正弦波时的Sout的曲线图。在该示例中，V+和V－被设置得足够大，使得输入正弦波被线性地放大。即是说，在V+及V－与最大输出信号之间存在少量的净空，以使得该信号不被削波。该曲线图的阴影区域代表在放大器10中浪费的功率；可以看到，当输出接近于V+或V－时，放大器10是非常高效的；但是当输出接近于0V(GND)时，放大器10是非常低效的。即是说，即使当输出信号Sout较小时，放大器10仍然消耗大量的功率。AB类放大器的最大理论效率是78.5％。G类放大器通过提供不止一组电源导轨——即电源电压(supplyvoltage)——来克服这种对效率的限制。即是说，如图3中所示，如果输出信号Sout相对大，则该放大器可以产出(runoff)一个电源V+－V－；或者，如果输出信号Sout相对小，则该放大器可以产出另一个较小的电源Vp－Vn。理想地，将提供无数个电源导轨，使得被供应至该放大器的电压有效地“跟踪”输入信号，总是提供刚好足够的电压，使得不出现削波。图4示出了G类放大器50的示例。在该示例中，信号源在性质上是数字的，因而待放大的数字信号Sin被输入至放大器50。该数字输入信号首先被数模转换器(DAC)51转换成模拟信号。所获得的模拟信号被馈送至包络检波器52。包络检波器52检测DAC51的模拟输出信号的包络的大小，并将控制信号输出至开关式DC-DC转换器54。该控制信号表明DAC51的模拟输出的包络的量值(magnitude)。DC-DC转换器54接下来通过向各个电容器58、60充电来向功率放大器58供应电压V+和V－。由DC-DC转换器54供应的电压V+和V－随着来自于包络检波器52的控制信号而变化，使得相对大的包络将导致相对高的电压被供应至功率放大器56，相反，小的包络将导致相对小的电压被供应至功率放大器56，使得浪费较少的功率。V+被供应至第一电容器58的一个接线端，而V－被供应至第二电容器60的一个接线端。各个电容器58、60的第二接线端都接地。DC-DC转换器54以固定频率FS接通或断开，使得电容器58、60交替充电或放电，从而在该模拟信号的包络不改变的情况下，将大致恒定的电压施加至功率放大器56。图5是示出了跨越电容器58、60之一的电压的示意曲线图。在时刻t0，DC-DC转换器54接通，该电容器开始充电。在时刻t1，DC-DC转换器54断开，该电容器开始放电。在时刻t2，DC-DC转换器54接通，电容器再一次开始充电。此动作重复，使得电容器上的电压被保持在近似恒定水平，具有被公知为“纹波电压(ripplevoltage)”的少量变化。在t0和t2之间的时间段是1/FS。与上述的包络检波平行地，图4中的DAC51的模拟输出信号通过模拟时延器62馈送至前置放大器63，该前置放大器通常是可编程增益放大器(PGA)，其根据所接收到的控制信号(即，音量)而设置的增益来将经时延的信号放大。来自于前置放大器63的输出被馈送至功率放大器56，在该功率放大器中，该输出被放大并输出至负载64。模拟时延器62是有必要的，使得通过包络检波实现的功率调制同步于功率放大器56处的信号到达。然而，模拟时延器常常造成信号的失真；需要的时延越长，经时延的信号的失真就越严重。常规上，为了使此效应最小化，必须使包络检波和功率调制尽可能快地运行；即是说，DC-DC转换器54必须对输入信号包络中的变化作出迅速反应。然而，此方法也有缺点。例如，当使用功率放大器56来放大音频信号时，运行在降低信号失真所必要的频率下的DC-DC转换器自身可以产生用户可听见的噪音。在实践中，需要在信号失真和电源所产生的噪声之间达成折衷。如上参照图5所述，随着DC－DC转换器54以特定时钟频率接通或断开，跨越电容器58、60的电压周期性地升高或降低，从而产生“纹波电压”。这种系统的一个问题在于，该纹波电压倾向于在时钟频率及其谐波处产生“音调(tone)”。该纹波电压越大，所产生的音调的振幅就越大。通常，不希望这种音调存在，并且它们会对该芯片上的其它系统的运行造成干扰。在音频应用中，这种音调会混入音频频率，且可被用户听到。降低由电源切换造成的音调的一种标准方法是使切换频率抖动(dither)。即是说，通过向时钟信号添加噪声信号，切换频率可以被不断地轻微向上或向下调整。这具有以下效果：使在时钟频率及其谐波处产生的能量“散开”，以覆盖这些离散值附近的较宽频率范围。这减小了该音调的振幅，减少了它们对其它系统和终端用户的影响。然而，产生抖动需要功率。这在便携式应用中——其中电池的寿命对于制造商是一个重要考量——尤其是一个缺点。另外，被添加至切换频率的抖动可能实际上会在该芯片上的其它系统中造成不想要的噪声，即，由于DC-DC转换器54未以“最佳”频率切换。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了放大器电路，其包括：输入端，其用于接收待放大的输入信号；功率放大器，其用于将该输入信号放大；开关电源(switchedpowersupply)，其具有切换频率，用于向该功率放大器提供至少一个电源电压；以及抖动块(ditherblock)，其用于使该开关电源的切换频率抖动。该抖动块被基于该输入信号而控制。根据本专利技术的一个相关方面，提供了在放大器电路中将信号放大的方法，所述放大器电路包括功率放大器和开关电源。该方法包括：接收输入信号；从该开关电源向该功率放大器提供至少一个电源电压，并在该功率放大器中将该输入信号放大。该提供的步骤包括：使该开关电源以切换频率进行切换；以及，基于该输入信号，使该切换频率抖动。根据本专利技术的另一个方面，提供了放大器电路，其包括：输入端，其用于接收待放大的输入信号；前置放大器，其用于接收该输入信号，并根据音量信号输出前置放大信号；功率放大器，其用于将该输入信号放大；开关电源，其具有切换频率，用于向该功率放大器提供至少一个电源电压；以及抖动块，其用于使该开关电源的切换频率抖动。该抖动块被基于该音量信号而控制。根据本专利技术的一个相关方面，提供了在放大器电路中将信号放大的方法，所述放大器电路包括功率放大器和开本文档来自技高网...

【技术保护点】
放大器电路，其包括：输入端，其用于接收待放大的输入信号；放音路径，其包括一个或多个部件，用于接收该输入信号，并将该输入信号放大；以及偏置发生器，其用于产生至少一个偏置，并将该至少一个偏置提供至该放音路径中的一个或多个部件中的至少一个；其中由该偏置发生器提供的至少一个偏置被基于该输入信号而控制。

【技术特征摘要】
2007.08.03 GB 0715254.9;2007.08.30 GB 0716920.4;201.放大器电路，其包括：输入端，其用于接收待放大的输入信号；放音路径，其包括一个或多个部件，还包含放大器，用于接收该输入信号，并将该输入信号放大；以及偏置发生器，其用于产生至少一个偏置，并将该至少一个偏置提供至该放音路径中的一个或多个部件中的至少第一部件；其中由该偏置发生器提供的至少一个偏置被基于该输入信号而控制；以及其中所述第一部件在所述放音路径中位于所述放大器之前。2.根据权利要求1的放大器电路，其还包括：包络检波器，其用于检测该输入信号的包络，并根据所检测到的输入信号的包络来输出控制信号，其中该偏置发生器被该控制信号控制。3.根据权利要求1或2的放大器电路，其中该一个或多个部件包括前置放大器，用于接收该输入信号并输出前置放大信号，并且其中所述至少一个偏置被提供至该前置放大器。4.根据权利要求1或2的放大器电路，其中所述输入信号是数字信号，且所述一个或多个部件包括用于将数字输入信号转换为模拟的数模转换器，所述数模转换器设有所述至少一个偏置。5.根据权利要求1或2的放大器电路，其中该一个或多个部件包括功率放大器，所述功率放大器设有所述至少一个偏置。6.根据权利要求5的放大器电路，其还包括可变压电源，该可变压电源用于向该功率放大器供应至少一个电源电压。7.根据权利要求6的放大器电路，其中该可变压电源是电平移位电荷泵。8.根据权利要求7的放大器电路，其中所述电平移位电荷泵向该功率放大器供应多个电源电压，所述电平移位电荷泵包括：输入接线端和公共接线端，其用于连接至输入电压；第一和第二输出接线端，其用于输出所述多个电源电压，所述输出接线端在使用中分别经由第一和第二负载，也分别经由第一和第二存储电容器，连接至所述公共接线端；第一和第二飞跨电容器接线端，其用于连接至飞跨电容器；开关网络，其可运行在多个不同状态中，以将所述接线端互连；以及控制器，其用于使所述开关以所述状态的序列运行，所述序列被反复适配，以根据状态将电荷包从所述输入接线端经由所述飞跨电容器传送至所述存储电容器，由此产生正的和负的电源电压，该正的和负的电源电压一同跨越近似等于该输入电压的电压，且以该公共接线端处的电压为中点。9.根据权利要求6的放大器电路，其中该可变压电源是双模式电荷泵。10.根据权利要求9的放大器电路，其中所述双模式电荷泵向该功率放大器供应多个电源电压，所述双模式电荷泵包括：输入接线端和公共接线端，其用于连接至输入电压；第一和第二输出接线端，其用于输出多个电源电压，所述第一和第二输出接线端在使用中分别经由第一和第二负载，也分别经由第一和第二存储电容器，连接至所述公共接线端；第一和第二飞跨电容器接线端，其用于连接至一个飞跨电容器；开关网络，其可运行在多个不同状态中，以将所述接线端互连；以及控制器，其用于使所述开关以所述不同状态的序列运行，其中所述控制器可运行在第一模式和第二模式中，并且其中，在所述第一模式中，所述序列被反复适配，以根据状态将电荷包从所述输入接线端经由所述飞跨电容器传送至所述存储电容器，由此产生正的和负的电源电压，该正的和负的电源电压一同跨越近似等于该输入电压的电压，且以该公共接线端处的电压为中点。11.放大器电路，其包括：输入端，其用于接收待放大的输入信号；放音路径，其包括一个或多个部件，用于接收该输入信号并将该输入信号放大，所述一个或多个部件包括前置放大器，该前置放大器用于接收音量信号，并基于所述音量信号来对该输入信号进行前置放大；以及偏置发生器，其用于产生至少一个偏置，并将该至少一个偏置提供至该放音路径中的一个或多个部件中的至少第一部件；其中由该偏置发生器供应的至少一个偏置被基于该音量信号而控制；以及其中所述音量信号未被施加至该第一部件，且其中所述第一部件在放音路径中位于所述前置放大器之前。12.根据权利要求11的放大器电路，其中该至少一个偏置还被基于该输入信号而控制。13.根据权利要求12的放大器电路，其还包括：包络检波器，其用于检测该输入信号的包络，并根据所检测到的输入信号的包络来输出控制信号，其中该偏置发生器被该控制信号控制。14.根据权利要求11－13中任一项的放大器电路，其中所述至少一个偏置被提供至该前置放大器。15.根据权利要求11－13中任一项的放大器电路，其中所述输入信号是数字信号，其中所述一个或多个部件包括用于将数字输入信号转换为模拟的数模转换器(DAC)，并且其中所述至少一个偏置被提供至该数模转换器。16.根据权利要求11－13中任一项的放大器电路，其中该一个或多个部件包括功率放大器，并且其中所述至少一个偏置被提供至该功率放大器。17.根据权利要求16的放大器电路，其还包括可变压电源，该可变压电源用于向该功率放大器供应至少一个电源电压。18.根据权利要求17的放大器电路，其中该可变压电源是电平移位电荷泵。19.根据权利要求18的放大器电路，其中所述电平移位电荷泵向该功率放大器供应多个电源电压，所述电平移位电荷泵包括：输入接线端和公共接线端，其用于连接至输入电压；第一和第二输出接线端，其用于输出所述多个电源电压，所述输出接线端在使用中分别经由第一和第二负载，也分别经由第一和第二存储电容器，连接至所述公共接线端；第一和第二飞跨电容器接线端，其用于连接至飞跨电容器；开关网络，其可运行在多个不同状态中，以将所述接线端互连；以及控制器，其用于使所述开关以所述状态的序列运行，所述序列被反复适配，以根据状态将电荷包从所述输入接线端经由所述飞跨电容器传送至所述存储电容器，由此产生正的和负的电源电压，该正的和负的电源电压一同跨越近似等于该输入电压的电压，且以该公共接线端处的电压为中点。20.根据权利要求17的放大器电路，其中该可变压电源是双模式电荷泵。21.根据权利要求20的放大器电路，其中所述双模式电荷泵向该功率放大器供应多个电源电压，所述双模式电荷泵包括：输入接线端和公共接线端，其用于连接至输入电压；第一和第二输出接线端，其用于输出所述多个电源电压，所述第一和第二输出接线端在使用中分别经由第一和第二负载，也分别经由第一和第二存储电容器，连接至所述公共接线端；第一和第二飞跨电容器接线端，其用于连接至一个飞跨电容器；开关网络，其可运行在多个不同状态中，以将所述接线端互连；以及控制器，其用于使所述开关以所述不同状态的序列运行，其中所述控制器可运行在第一模式和第二模式中，并且其中，在所述第一模式中，所述序列被反复适配，以根据状态将电荷包从所述输入接线端经由所述飞跨电容器传送至所述存储电容器，由此产生正的和负的电源电压，该正的和负的电源电压一同跨越近似等于该输入电压的电压，且以该公共接线端处的电压为中点。22.集成电路，其包括根据权利要求1－21中任一项的放大器电路。23.音频系统，其包括根据权利要求22的集成电路。24.根据权利要求23的音频系统，其中该音频系统是便携式设备。25.根据权利要求23的音频系统，其中该音频系统是市电供电的设备。26.根据权利要求23的音频系统，其中该音频系统是汽车载、火车载或飞机载娱乐系统。27.根据权利要求23－26中任一项的音频系统，其中该输入信号代表用在噪声消除处理中的环境噪声。28.视频系统，其包括根据权利要求22的集成电路。29.根据权利要求28的视频系统，其中该视频系统是便携式设备。30.根据权利要求28的视频系统，其中该视频系统是市电供电的设备。31.根据权利要求28的视频系统，其中该视频系统是汽车载、火车载或飞机载娱乐系统。32.在放大器电路中将信号放大的方法，所述放大器电路包括放音路径，其用于接收输入信号并将所述输入信号放大，所述放音路径包括一个或多个部件且还包含放大器，所述方法包括：接收该输入信号；以及向该一个或多个部件中的至少第一部件提供至少一个偏置；其中该至少一个偏置被基于该输入信号而控制；其中所述第一部件在所述放音路径中位于所述放大器之前。33.根据权利要求32的方法，其中该一个或多个部件包括数模转换器(DAC)、前置放大器和功率放大器中的至少一个。34.在放大器电路中将信号放大的方法，所述放大器电路包括放音路径，其用于接收输入信号并将所述输入信号放大，所述放音路径包括一个或多个部件，所述一个或多个部件包括至少一个前置放大器，所述方法包括：接收该输入信号；基于音量信号，在该前置放大器中对该输入信号进行前置放大；以及向该一个或多个部件中的至少第一部件提供至少一个偏置；其中该至少一个偏置被基于该音量信号而控制；以及其中所述音量信号未被施加至该第一部件，且其中所述第一部件在放音路径中位于所述前置放大器之前。35.根据权利要求34的方法，其中该至少一个偏置被提供至该前置放大器。36.根据权利要求34或35的方法，其中该一个或多个部件还包括数模转换器(DAC)和功率放大器中的至少一个。37.根据权利要求36的方法，其中该至少一个偏置被提供至该数模转换器和该功率放大器中的至少一个。38.根据权利要求34或35的方法，其中该至少一个偏置还被基于该输入信号而控制。39.放大器电路，其包括：输入端，其用于接收待放大的输入信号；功率放大器，其用于将该输入信号放大；开关电源，其具有切换频率，用于经由至少一个存储电容器向该功率放大器提供至少一个电源电压；以及抖动块，其用于使该开关电源的切换频率抖动，从而改变所述至少一个存储电容器的充电的频率；其中该抖动块被基于该输入信号而控制，从而改变所施加的抖动的量...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·P·莱索，
申请(专利权)人：沃福森微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB