免滤波模拟输入D类音频放大器的截波方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种集成电路芯片具有用以产生第一脉冲宽度调变信号及第二脉冲宽度调变信号的D类脉冲宽度调变放大器。D类放大器包含一差动输出驱动器，差动输出驱动器用以驱动相对应第一脉冲宽度调变信号及第二脉冲宽度调变信号的第一输出信号及第二输出信号。截波检测电路用以于第一脉冲宽度调变信号及第二脉冲宽度调变信号中一者或两者在振荡器时脉信号的两连续边缘皆维持相同状态时导通截波指示信号，此截波检测电路也用以于第一脉冲宽度调变信号和第二脉冲宽度调变信号在振荡器时脉信号的两连续边缘皆改变状态时关闭截波指示信号；以此可减少输出音频信号，亦或者音频系统可减少被接收的音频输入信号以使信号截波状态减少或被消除。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于音频系统，特别是关于D类放大器中音频信号截波检测的方法及系统。
技术介绍
D类放大器有时被称为开关放大器，为所有晶体管皆以二进位开关运作的电子放大器，其中前述晶体管不是全开就是全关。D类放大器采用轨对轨（rail-to-rail）输出开关，理想情况下输出晶体管几乎总是运载零电流或零电压，因此其功率消耗为最小，且前述晶体管在大范围的功率位准提供高效能。高效能的优势推动其在各种音频应用的使用，从手机到平面电视及家庭剧院接收器。D类音频功率放大器相较AB类音频功率放大器具有高效能，由于其较高的效能，D类放大器仅需较小的电源及散热器，故可显着地减少整体系统的成本、尺寸及重量。D类音频功率放大器将音频信号转换成可根据音频输入信号来切换输出的高频脉冲。一些D类放大器使用脉冲宽度调变器来产生连续的调节脉冲，其脉冲宽度随音频信号的振幅而改变，此可变宽度的脉冲于一固定频率下切换功率输出晶体管。其他D类放大器有可能是依赖其他型态的脉冲调变器。以下讨论将主要针对脉冲宽度调变器，但本领域中具通常知识者将知晓D类放大器可以其他型态的调变器所配置。图1A是绘示关于典型D类放大器100的简化示意图。如图1A所示，D类放大器100包含两比较器101及102，且D类放大器100更包含振荡器103，此振荡器103输出时脉信号OSC_CLK及参考电压信号VREF。上述参考电压信号VREF可为一三角波（triangular wave）信号或是一斜坡（ramp wave）信号，时脉信号OSC_CLK及参考电压信号VREF的波形绘示于图1A且插入于振荡器103的方块图下方。差动输入音频信号INP及INM输入比较器101及102，其中输入信号INP及INM与参考电压信号VREF比较以产生脉冲宽度调变信号106及107。脉冲宽度调变信号106及107分别耦接晶体管M1、M2、M3及M4的栅极。D类放大器的差动输出信号OUTM及OUTP分别被提供于标记为OUTM及OUTP的端点。如图1A所示，输出信号OUTM及OUTP与扬声器负载110连接，其中扬声器负载110是示意性地以电感L1及电阻R1所代表。传统D类放大器具有差动输出（OUTP及OUTM），其中上述两输出为互补（complementary）信号且具有从接地电压Vss到Vdd的摆动范围。图1B为波形图说明在图1A的D类放大器信号调变。如图1B顶部所示，差动输入信号（如：音频信号INM及INP）与参考电压信号VREF通过两比较器进行比较，如上述连同图1A的说明。比较器的输出信号为固定频率的脉冲信号，其脉冲宽度与输入信号成比例，两脉冲宽度调变信号如图1B所示为OUTP及OUTM。免滤波的D类音频放大器（如图1A中的D类放大器100）采用一调变方法，且此调变方法通常指BD调变（BD modulation）。在此调变方法中，输出驱动器以连接负载结构的桥接方式连接而成，且切换负载的正端及负端至:1）Vdd及GND;2）GND及Vdd;3）Vdd及Vdd;4）GND及GND，其中Vdd为供给电压（supply power）而GND为供给接地电压（supply ground），因此横跨负载的差动电压有三个位准:1）Vdd;2）-Vdd;3）0。对于零位准音频输出电压而言，横跨负载的差动电压将主要为零，并允许免滤波应用（filter-less operation）运作于电感式扬声器负载。BD调变的D类放大器有时称为免滤波（filter-free），因为无需LC滤波器即可增进小信号的效能。然而，D类放大器会有截波（clipping）造成的问题，例如当输入信号超过D类放大器的适当范围，则会发生截波现象。此外，截波在许多原因的考量下是不受欢迎的（undesirable），例如其可能造成信号失真及对扬声器系统造成过度的压力，以下段落将叙述更多关于信号截波的细节。依据上述，显然改良D类放大器的方法是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术是关于音频系统，更特别的是本专利技术提供一种以简单检测电路来检测音频系统的截波信号的方法及系统，且此电路仅使用系统中可用的内部信号。下述仅供例示，本专利技术已被应用于免滤波D类音频放大器的截波检测，但可认定本专利技术具有更广泛的应用范围。根据本专利技术一实施例，集成电路芯片具有免滤波应用的D类放大器，集成电路芯片包含振荡器、参考电压产生器以及D类脉冲宽度调变器。振荡器用以产生振荡器时脉信号，其中振荡器时脉信号在每个振荡器时脉周期中具有一上升边缘及一下降边缘，参考电压产生器是用以通过振荡器时脉信号产生参考电压。D类脉冲宽度调变器是用以通过将第一差动输入信号及第二差动输入信号与参考电压比较而产生在每个振荡器时脉周期的第一脉冲宽度调变信号及第二脉冲宽度调变信号，其中当相应输入信号高于参考电压时，第一脉冲宽度调变信号及第二脉冲宽度调变信号位于第一状态，而当相应输入信号低于参考电压时，第一脉冲宽度调变信号及第二脉冲宽度调变信号位于第二状态。集成电路芯片更包含截波检测电路，其用以于第一脉冲宽度调变信号及第二脉冲宽度调变信号中一者或两者在振荡器时脉信号的两连续边缘皆维持相同状态时导通截波指示信号，以及其中截波检测电路用以于第一脉冲宽度调变信号和第二脉冲宽度调变信号在振荡器时脉信号的两连续边缘皆改变状态时关闭截波指示信号。在集成电路芯片的一实施例中，截波检测电路是用以于第一差动输入信号及第二差动输入信号中一者或两者在参考电压的量值范围之外时导通截波指示信号。在一实施例中，截波检测电路包含第一边缘触发正反器、第二边缘触发正反器、第一互斥非或电路、第三边缘触发正反器、第四边缘触发正反器、第二互斥非或电路及或电路。第一边缘触发正反器及第二边缘触发正反器耦接第一脉冲宽度调变信号，且分别由振荡器时脉信号及互补振荡器时脉信号所触发，第一互斥非或电路用以接收第一边缘触发正反器及第二边缘触发正反器的输出且提供第一截波信号，第三边缘触发正反器及第四边缘触发正反器耦接第二脉冲宽度调变信号，且分别由振荡器时脉信号及互补振荡器时脉信号所驱动，第二互斥非或电路，用以接收第三边缘触发正反器及第四边缘触发正反器的输出且提供第二截波信号，或电路用以接收来自第一互斥非或电路及第二互斥非或电路的第一截波信号及第二截波信号，其中第一互斥非或电路及第二互斥非或电路中每一者是用以于两输入逻辑信号彼此不同时提供低位准输出信号，且于两输入逻辑信号相同时提供高位准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成电路芯片，具有适于免滤波应用的一D类放大器，其特征在于，所述集成电路芯片包含：一振荡器，用以产生一振荡器时脉信号，其中所述振荡器时脉信号在每个振荡器时脉周期中具有一上升边缘及一下降边缘；一参考电压产生器，用以通过所述振荡器时脉信号产生一参考电压；一D类脉冲宽度调变器，用以通过将第一差动输入信号及第二差动输入信号与所述参考电压比较而产生在每个振荡器时脉周期的第一脉冲宽度调变信号及第二脉冲宽度调变信号，其中当相应输入信号高于所述参考电压时，所述第一脉冲宽度调变信号及所述第二脉冲宽度调变信号位于一第一状态，而当相应输入信号低于所述参考电压时，所述第一脉冲宽度调变信号及第二脉冲宽度调变信号位于一第二状态；以及一截波检测电路，用以于所述第一脉冲宽度调变信号及所述第二脉冲宽度调变信号中一者或两者在所述振荡器时脉信号的两连续边缘皆维持相同状态时导通一截波指示信号，其中所述截波检测电路用以于所述第一脉冲宽度调变信号和所述第二脉冲宽度调变信号在所述振荡器时脉信号的两连续边缘皆改变状态时关闭所述截波指示信号。

【技术特征摘要】
2012.11.08 US 13/672,6411.一种集成电路芯片，具有适于免滤波应用的一D类放大器，其特征在
于，所述集成电路芯片包含：
一振荡器，用以产生一振荡器时脉信号，其中所述振荡器时脉信号在每
个振荡器时脉周期中具有一上升边缘及一下降边缘；
一参考电压产生器，用以通过所述振荡器时脉信号产生一参考电压；
一D类脉冲宽度调变器，用以通过将第一差动输入信号及第二差动输入
信号与所述参考电压比较而产生在每个振荡器时脉周期的第一脉冲宽度调变
信号及第二脉冲宽度调变信号，其中当相应输入信号高于所述参考电压时，
所述第一脉冲宽度调变信号及所述第二脉冲宽度调变信号位于一第一状态，
而当相应输入信号低于所述参考电压时，所述第一脉冲宽度调变信号及第二
脉冲宽度调变信号位于一第二状态；以及
一截波检测电路，用以于所述第一脉冲宽度调变信号及所述第二脉冲宽
度调变信号中一者或两者在所述振荡器时脉信号的两连续边缘皆维持相同状
态时导通一截波指示信号，其中所述截波检测电路用以于所述第一脉冲宽度
调变信号和所述第二脉冲宽度调变信号在所述振荡器时脉信号的两连续边缘
皆改变状态时关闭所述截波指示信号。
2.根据权利要求1所述的集成电路芯片，其特征在于，所述截波检测电
路用以于所述第一差动输入信号及所述第二差动输入信号中一者或两者在所
述参考电压的量值范围之外时导通一截波指示信号。
3.根据权利要求1所述的集成电路芯片，其特征在于，所述截波检测电
路包含：
第一边缘触发正反器及第二边缘触发正反器，耦接所述第一脉冲宽度调
变信号，且分别由所述振荡器时脉信号及所述互补振荡器时脉信号所触发；
一第一互斥非或电路，用以接收所述第一边缘触发正反器及所述第二边
缘触发正反器的输出且提供一第一截波信号；
第三边缘触发正反器及第四边缘触发正反器，耦接所述第二脉冲宽度调
变信号，且分别由所述振荡器时脉信号及所述互补振荡器时脉信号所驱动；
一第二互斥非或电路，用以接收所述第三边缘触发正反器及所述第四边
缘触发正反器的输出且提供一第二截波信号；以及
一或电路，用以接收来自所述第一互斥非或电路及所述第二互斥非或电
路的所述第一截波信号及所述第二截波信号;
其中所述第一互斥非或电路以及所述第二互斥非或电路中每一者用以于
两输入逻辑信号彼此不同时提供一低位准输出信号，以及于两输入逻辑信号
相同时用以提供一高位准输出信号。
4.根据权利要求1所述的集成电路芯片，其特征在于，所述D类脉冲宽
度调变器包含：
一第一比较器电路，用以接收所述第一差动输入信号及所述参考电压，
并产生所述第一脉冲宽度调变信号；以及
一第二比较器电路，用以接收所述第二差动输入信号及所述参考电压，
并产生所述第二脉冲宽度调变信号。
5.根据权利要求1所述的集成电路芯片，其特征在于，所述集成电路芯
片的第一输出信号及第二输出信号耦接至一扬声器而不经由一滤波器。
6.根据权利要求1所述的集成电路芯片，其特征在于，所述D类放大器
更包含：
一差动输出驱动器，包含第一放大器电路及第二放大器电路，其中所述
第一放大器电路及所述第二放大器电路中每一者包含一PMOS晶体管及一
NMOS晶体管彼此串联耦接。
7.一种集成电路芯片，其特征在于，所述集成电路芯片包含：
一或多个输入接脚，用以接收一或多个输入信号；
一振荡器，用以产生一振荡器时脉信号，其中所述振荡时脉信号在每个
振荡器时脉周期中具有一上升边缘及一下降边缘；
一第一信号处理电路，耦接所述一或多个输入信号及用以提供一或多个
于每个振荡器时脉周期的脉冲宽度调变信号；以及
一截波检测电路，用以于所述第一脉冲宽度调变信号及所述第二脉冲宽
度调变信号中一者或两者在所述振荡器时脉信号的两连续边缘皆维持相同状
态时导通一截波指示信号，以及其中所述截波检测电路用以于所述第一脉冲
宽度调变信号和所述第二脉冲宽度调变信号在所述振荡器时脉信号的两连续
边缘皆改变状态时关闭所述截波指示信号。
8.根据权利要求7所述的集成电路芯片，其特征在于，所述截波检测电
路用以当所述一或多个输入信号于一用以产生所述脉冲宽度调变信号的一参
考电压的量值范围外时导通一截波指示信号。
9.根据权利要求8所述的集成电路芯片，其特征在于，所述参考电压自
所述振荡器时脉信号导出，以及其中当所述相应输入信号高于所述参考电压
时，所述第一脉冲宽度调变信号及所述第二脉冲宽度调变信号位于一第一状
态，而当所述相应输入信号低于所述参考电压时，所述第一脉冲宽度调变信
号及所述第二脉冲宽度调变信号位于一第...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·J·霍兹曼，潘志强，刘耀清，
申请(专利权)人：新唐科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：