一种二次量化器、采用其的D类放大器以及音频设备制造技术

本发明专利技术公开了一种二次量化器，该二次量化器包括：插值单元，耦合在二次量化器的输入端，配置用于对二次量化器的输入信号进行指定倍数的插值；数字信号处理单元，配置用于实现噪声整形，并对量化过程中的误差进行校正。在本发明专利技术的二次量化器中，通过在其输入端加一个延迟环节和2个寄存器组合来实现2倍或4倍插值，就简化了前级插值滤波器的设计，并且利用一个数字信号处理单元实现了误差校正和sigma-delta调制，大大简化了硬件设计。本发明专利技术还公开了采用该二次量化器的D类放大器、采用该D类放大器的音频设备。

【技术实现步骤摘要】
一种二次量化器、采用其的D类放大器以及音频设备
本专利技术属于集成电路设计
，尤其涉及一种用于全数字音频D类功率放大器中二次量化器的架构与实现方法。
技术介绍
随着视听设备不断向小型化发展，集成度不断地提高，功耗已成为这些设计要考虑的重要问题。功率放大器作为其中主要的组成部件，对效率的要求就越来越高。传统的A类或AB类功放最多只能达到50％的效率，而D类功放的效率则可达到80～90％。图1为传统的D类功放的结构示意图。目前D类功放主要还是将数字信号先还原成模拟信号，然后用三角波去采样这个模拟信号，从而产生D类功放所需要的脉冲宽度调制信号(PWM)去驱动后级功率电路。这种PWM信号产生电路的最大缺点就是电路中存在大量的模拟电路，譬如三角波发生器、比较器等等，容易受到外界干扰，使信号失真，且不易于系统移植，使设计的难度大大增加。当信号源为数字信号时，此D类功放与线性功放一样，需要先将数字信号通过DAC转换为模拟信号后，才能作为其输入进行放大。另一方面，目前绝大多数的音频信号源为数字信号，这样的话，用于音频的该D类功放和线性功放在放大数字音频信号时，都需加入DAC电路，增加了系统的复杂性，并在数模转换时必然地引入了噪声，使系统性能下降。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提出一种用于D类放大器中的二次量化器。本专利技术提出了一种二次量化器，可用于D类放大器，包括：插值单元，耦合在所述二次量化器的输入端，配置用于对所述二次量化器的输入信号进行指定倍数的插值；数字信号处理单元，配置用于实现噪声整形，并对量化过程中的误差进行校正。如此，可以实现对信号的进行所需的插值，譬如，4倍插值，并且可以在同一个处理单元中实现噪声整形并校正误差。优选的，所述数字信号处理单元还包括：校正模块，用于产生与不同类型的误差对应的校正系数。如此，校正模块可以产生所需的各种类型的校正系数，增加了易用性。优选的，所述插值单元包括至少两个寄存器，所述至少两个寄存器与第一积分器(I0)共同操作以对所述输入信号进行两倍或四倍的插值，其中，所述第一积分器中设有延迟环节。如此，实现了插值，并且降低了插值滤波器的设计难度。优选的，所述误差包括线性误差和非线性误差，其中，所述校正模块将与所述线性误差对应的校正系数分别施加至第二积分器(I1)、第三积分器(I2)和第四积分器(I3)，并将与所述非线性误差对应的校正系数施加至第三积分器(I2)。如此，实现了通过数字模块实现了对线性误差的校正。优选的，所述校正模块还包括：线性误差校正模块，耦合并将其产生的校正系数分别发送至所述第二积分器(I1)、第三积分器(I2)和第四积分器(I3)。如此，提供了一种施加校正系数的方法及设备。优选的，所述线性误差对应的校正系数基于所述二次量化器输出的PWM信号的脉宽的数目而产生，若该数目是偶数，则校正系数为零，若该数目是奇数，则施加至所述第二积分器(I1)的校正系数(j1)与所述PWM信号的脉宽数目，施加至所述第三积分器(I2)的校正系数(j2)是所述第二积分器(I1)的校正系数(j1)的二分之一，施加至所述第四积分器(I3)的校正系数(j3)是施加至所述第二积分器(I1)的校正系数(j1)的十六分之一。如此，可以根据脉宽的数目实现了对误差的校正。优选的，当所述PWM信号的脉宽的数目是奇数时，若所述PWM信号为左增长模式，则所述校正系数为正；若所述PWM信号为右增长模式，则所述校正系数为负。如此，可以更加精确地对误差进行校正。优选的，所述二次量化器还包括至少一个饱和限制器，当所述二次量化器上电时，所述D类放大器的PWM输出在第一预定时间内从负或正最大值变化至0，所述饱和限制器的最大值为正常值的一部分，待上电过程结束后，所述饱和限制器的最大值设定为所述正常值。如此，消除了D类功放在上电时所产生的类似毛刺的噪音，提升了用户的舒适感。优选的，当所述二次量化器上电时，所述饱和限制器的最大值为所述正常值的四分之一。如此，在不牺牲放大器性能的前提下，消除了D类功放在上电时所产生的类似毛刺的噪音。优选的，所述非线性误差对应的校正系数基于所述二次量化器输出的PWM信号，通过查表方式来实现，其中，所述非线性误差对应的校正系数存储于所述放大器的内部或外部的存储器中。如此，可以通过预存的校正系数来校正非线性误差。本专利技术还提出了一种采用上述二次量化器的D类放大器，包括：功率单元，耦合至所述数字信号处理单元，用于放大其接收的信号的功率；低通滤波器，耦合至所述功率单元，用于滤除所述功率单元输出信号中的高频分量。在该实施方式中，D类放大器的设计难度较低，且具有良好的性能。本专利技术还提出了一种采用上述D类放大器的音频设备，该音频设备还包括：音频信号输入单元，耦合至所述D类放大器的输入端，用于提供音频信号至所述D类放大器；音频信号播放单元，耦合至所述D类放大器的输出端，用于播放由所述D类放大器放大后的所述音频信号。在该实施方式中，音频设备能够提供用户以较佳的舒适感，且没有“砰”之类的噪音，利于保护用户的听觉。在本专利技术的二次量化器中，通过在其输入端加一个延迟环节和2个寄存器组合来实现2倍或4倍插值，就简化了前级插值滤波器的设计，并且利用一个数字信号处理单元实现了误差校正和sigma-delta调制，大大简化了硬件设计。附图说明图1为传统音频D类功率放大器架构的示意图；图2为依据本专利技术实施例的数字音频D类功放的结构示意图；图3为依据本专利技术实施例的数字音频D类功放实现方式示意图；图4为依据本专利技术实施例的D类放大器架构示意图；图5为采用了依据本专利技术实施例的二次量化器的D类放大器架构示意图；图6为依据本专利技术实施例的8阶的sigma-delta结构的二次量化器的逻辑架构示意图；图7为因抖动误差引起的调制脉宽的中心点右偏移和左偏移的示意图。具体实施方式以下结合附图所示实施例对本专利技术作进一步的说明。图2为依据本专利技术实施例的数字音频D类功放的结构示意图。相较于图1中的传统D类功放，该数字音频D类功放的区别在于：输入信号为数字音频信号，且使用数字信号处理模块将输入的多位数字信号调制为二值连续信号。一般的，数字信号处理模块对输入信号调制的方法主要有三种：脉冲密度调制(PDM)、Click调制(CM)、脉冲宽度调制(PWM)。图3为依据本专利技术实施例的三种调制方法的示意图。脉冲密度调制：在该调制机制下，采用1位Sigma-Delta调制器对多位的音频数字信号进行调制，该调制器在尽量保持输入信号信噪比的同时，把输入信号转换为二值连续时间信号，调制后的波形为a。使用该调制方法的主要缺点就是：PDM信号的脉冲重复频率(PRF)过高，且随输入信号的变化而变化。PRF指的是每秒内产生的触发脉冲数目。该种信号输入到功率级，会引起信号失真，并减少电源效率。Click调制：Click调制器采用载波调制，该调制方法在音频信号的频带内是线性的，而且Click调制信号的PRF较低，调制后的波形为b。该调制方法计算量大，硬件实现花费昂贵。脉冲宽度调制：采用全数字电路实现PWM发生器，调制后的波形为c，该调制方法的计算量相比Click调制方法较小。全数字电路实现的PWM发生器的作用是将输入的数字信号转化为脉冲宽度与输入信号大小相对应的脉冲信号。如果PWM发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二次量化器，其特征在于：包括：插值单元，耦合在所述二次量化器的输入端，配置用于对所述二次量化器的输入信号进行指定倍数的插值；数字信号处理单元，配置用于实现噪声整形，并对量化过程中的误差进行校正。

【技术特征摘要】
1.一种二次量化器，其特征在于：包括：插值单元，耦合在所述二次量化器的输入端，配置用于对所述二次量化器的输入信号进行指定倍数的插值；数字信号处理单元，配置用于实现噪声整形，并对量化过程中的误差进行校正；所述数字信号处理单元还包括：校正模块，用于产生与不同类型的误差对应的校正系数；所述插值单元包括两个寄存器，所述两个寄存器与第一积分器(I0)共同操作以对所述输入信号进行两倍或四倍的插值，其中，所述第一积分器中设有延迟环节；所述误差包括线性误差和非线性误差；其中，所述校正模块将与所述线性误差对应的校正系数分别施加至第二积分器(I1)、第三积分器(I2)和第四积分器(I3)，并将与所述非线性误差对应的校正系数施加至第三积分器(I2)；所述校正模块还包括：线性误差校正模块，耦合并将其产生的校正系数分别发送至所述第二积分器(I1)、第三积分器(I2)和第四积分器(I3)；所述线性误差对应的校正系数基于所述二次量化器输出的PWM信号的脉宽的数目而产生；若该数目是偶数，则校正系数为零；若该数目是奇数，则施加至所述第二积分器(I1)的校正系数(j1)与所述PWM信号的脉宽数目，施加至所述第三积分器(I2)的校正系数(j2)是所述第二积分器(I1)的校正系数(j1)的二分之一，施加至所述第四积分器(I3)的校正系数(j3)是施加至所述第二积分器(I1)的校正系数(j1...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晖，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31