数字输入D类音频放大器制造技术

接收数字输入音频信号(2)并且生成用于驱动扬声器(8)的输出音频信号(65)的音频放大器包括数字输入D类放大器(50)，该数字输入D类放大器经配置接收数字输入音频信号并且生成输出音频信号。该数字输入D类放大器包括：第一调制器(54)以及D类调制器(60)，其中第一调制器(54)经配置接收数字输入音频信号并且生成n比特的准数字信号(56)，D类调制器(60)经配置接收n比特的准数字信号并且生成输出音频信号，D类调制器实施模拟反馈回路。在一些实施例中，使用PWM调制器来实施D类调制器。在其他实施例中，PWM调制器并入增强的特性以改进输出噪音特征。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及音频放大器，且确切地说，涉及一种具有改进的性能以及减小的尺寸的数字输入D类音频放大器。
技术介绍
音频放大器是一种将低功率音频信号(主要由20Hz至20KHz之间的频率构成的信号)放大至适合于驱动扬声器的水平的功率放大器。音频放大器用于音频播放链的末级中，以放大用于在扬声器上播放的音频信号，所述扬声器可以是耳机或移动装置上的扬声器。音频放大器通常接收模拟域中的输入音频信号并且音频放大器通常使用AB类放大器或D类放大器实施。最近，音频信号通常从音频信号处于数字域中的数字应用中生成。例如，数字输入音频信号可以从存储在光盘(CD)或数字音频播放器上的数字音频数据中生成。数字输入音频信号还可以从编解码器(编码器-解码器)中或从无线通信装置的基带中生成。由于音频放大器通常经配置以接收模拟输入音频信号，因此数字输入音频信号通常转换成模拟信号并且随后使用传统的音频放大器架构放大。图1是说明了经配置接收数字输入音频信号的常规音频放大器的示意图。为了容纳数字输入音频信号2(例如，18至24比特的数字信号)，音频放大器1包括数/模转换器(DAC)4，以将数字输入信号2转换成模拟信号5。转换的模拟信号5随后耦合到放大器6上进行放大，以生成输出音频信号7。输出音频信号7经耦合以驱动扬声器8。放大器6可以被实施为AB类放大器或D类放大器。AB类放大器是模拟驱动器并且以足够功率放大转换的模拟信号5，以驱动扬声器。D类放大器通过将其输出完全打开或完全切断来操作，因此D类放大器被认为是“数字”放大器。D类放大器生成由低通滤波器进行滤波的数字输出信号，以获得所需的用于驱动扬声器的输出音频信号7。数/模转换器(DAC)设计是为人所熟知的。通常，如图1中所示，使用调制器9，继而使用放大器10来构建DAC。DAC中的放大器10还被称为“重建滤波器”，重建滤波器为DAC提供低通滤波功能以及放大功能。因此，在从数字输入音频信号2到扬声器8的信号路径中，音频信号经历可能潜在地将噪音引入音频信号的两个放大器电路。更具体地，数字输入音频信号本身可能具有噪音组分并且不管放大器6(AB类或D类)的结构如何，那些噪音在DAC放大器10处可能会倍增。随后，放大器6的放大级可能进一步将噪音引入音频信号中。实际上，存在对扬声器可以耐受的多少噪音的限制。需要在音频放大器的输出端减少噪音，尤其对于数字输入音频信号。举例来说，现代应用有时需要30μv的噪音水平。常规的音频放大器，例如，图1中的音频放大器1经受较大噪音水平(例如，100μv)，并且不能够符合现代应用的低噪音要求。为了改进噪音水平，常规的音频放大器必须使用复杂DAC来实施并且必须以高功率消耗水平操作，以便将两个放大器电路保持在低噪音水平。然而，高功率消耗水平会限制可以在最终的音频输出端处实现的噪音减少量。已经提出用于接收数字输入音频信号并且提供数字输出音频信号的音频放大器设计。此种电路区块通常被称作“数字输入D类音频放大器”。在数字输入D类音频放大器中，消除数模转换(DAC)电路并且直接由数字输入D类音频放大器12处理数字输入音频信号，而不需要首先将其转换到模拟域。在实际实施方式中，需要用于数字处理和反馈的电路来完成数字输入D类放大器实施。图2是在示例性实施方式中采用数字输入D类放大器的数字输入音频放大器系统的示意图。参考图3，数字输入音频放大器系统20接收m比特的数字输入音频信号2并且生成输出音频信号25以驱动扬声器8。在音频放大器系统20中，m比特的数字输入音频信号2首先耦合到∑-Δ(∑/Δ)调制器22上，所述调制器将m比特的数字信号转换成1比特的数据流23。1比特的数据流23通常以为数字输入音频信号2的频率的m倍的频率切换。更具体地，1比特的数据流23的频率是具有最小频率的∑-Δ调制器22的过采样率的函数，所述最小频率是数字输入音频信号的m倍。例如，当数字输入音频信号2是24比特的数字信号时，1比特的数据流将以为数字输入音频信号的频率的24倍切换。将1比特的数据流提供给数字输入D类放大器24以进行放大和处理。数字输入D类放大器24生成用于驱动扬声器8的输出音频信号25。在操作中，数字输入D类放大器24在高频下接收1比特的数字数据流并且操作用于将1比特数据流的频率降低至适用于扬声器的频率水平，例如，约400kHz。在实际的实施方式中，向D类放大器24供电的电源(Vdd)并不是理想电源。在一些情况下，D类放大器24由电池供电并且地电势可以随时间漂移。输出音频信号25通常是高功率信号(例如，2瓦特)。扬声器电线上的移动地电势将引起输出音频信号的失真。因此，在实际的实施方式中，需要从音频输出节点(输出音频信号25)到音频输入端(∑Δ调制器22)的反馈回路，以校正任何失真。在图3所示的示例性实施例中，反馈回路使用模/数转换器(ADC)26实施，所述模/数转换器经耦合以数字化输出音频信号25并且将数字化后的信号提供到∑Δ调制器22，以校正由于失真引起的误差。然而，反馈回路的需要使数字输入音频放大器系统20在实际的实施方式中不切实际且成本过高。这是因为反馈回路需要可以精确地对输出音频信号进行取样的复杂ADC 26。实际上，由于扬声器电线上的电感，因此输出音频信号25在信号跃迁处进行带有瞬时振荡的切换。假定输出音频信号在约400kHz下进行切换，则信号周期为2.5μs且上升沿约为40ns。为了精确地对输出音频信号进行取样，ADC需要在40ns的时间范围上取样至少4次。因此，ADC需要具有10ns的取样时钟，所述取样时钟具有约100dB的分辨率，以实现足够低的噪音水平，使得ADC可以精确地对输出音频信号进行取样。然而，具有100MHz取样速率的ADC实施起来成本过高。此种高取样速率的ADC的需要使图3的音频放大器系统20在实际实施方式中过于昂贵且不切实际。
技术实现思路
根据一个实施例，音频放大器接收数字输入音频信号并且生成用于驱动扬声器的输出音频信号，该音频放大器包括数字输入D类放大器，该数字输入D类放大器经配置以接收数字输入音频信号，并且经配置生成输出音频信号。该数字输入D类放大器包括：第一调制器以及D类调制器，其中所述第一调制器经配置以接收数字输入音频信号并且生成n比特的准数字信号，D类调制器经配置接收n比特的准数字信号并且生成输出音频信号，D类调制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接收数字输入音频信号并且生成用于驱动扬声器的输出音频信号的音频放大器，所述音频放大器包括：数字输入D类放大器，所述数字输入D类放大器经配置接收所述数字输入音频信号并且生成所述输出音频信号，所述数字输入D类放大器包括：第一调制器，所述第一调制器经配置接收所述数字输入音频信号并且生成n比特的准数字信号；以及D类调制器，所述D类调制器经配置接收所述n比特的准数字信号并且生成所述输出音频信号，所述D类调制器实施模拟反馈回路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.29 US 13/408,4001.一种接收数字输入音频信号并且生成用于驱动扬声器的输出音频
信号的音频放大器，所述音频放大器包括：
数字输入D类放大器，所述数字输入D类放大器经配置接收所述数
字输入音频信号并且生成所述输出音频信号，所述数字输入D类放大器
包括：
第一调制器，所述第一调制器经配置接收所述数字输入音频信号
并且生成n比特的准数字信号；以及
D类调制器，所述D类调制器经配置接收所述n比特的准数字信
号并且生成所述输出音频信号，所述D类调制器实施模拟反馈回路。
2.根据权利要求1所述的音频放大器，其中所述第一调制器包括数/
模调制器即DAC调制器，并且所述n比特的准数字信号由所述DAC调
制器处理而不是由DAC重建滤波器处理。
3.根据权利要求1所述的音频放大器，其中所述第一调制器包括N
阶∑-Δ调制器即∑Δ调制器，所述∑Δ调制器经配置接收m比特的所述数
字输入音频信号并且生成n比特的所述准数字信号，所述准数字信号是n
比特的数据流。
4.根据权利要求2所述的音频放大器，其中所述∑-Δ调制器包括5
阶∑-Δ调制器。
5.根据权利要求1所述的音频放大器，其中所述n比特的准数字信
号包括单端信号。
6.根据权利要求1所述的音频放大器，其中所述n比特的准数字信
号包括差分信号。
7.根据权利要求1所述的音频放大器，其进一步包括电平移位器电
路，所述电平移位器电路经配置接收所述n比特的准数字信号，并且经
配置生成n比特的电平调整过的输出信号，所述电平调整过的输出信号
独立于所述音频放大器的电源电压的变化。
8.根据权利要求7所述的音频放大器，其中所述电平移位器电路生
成作为所述电平调整过的输出信号的n比特的差分信号。
9.根据权利要求1所述的音频放大器，其中所述D类调制器包括：
脉宽调制调制器即PWM调制器，所述脉宽调制调制器经配置接收n
比特的所述准数字信号并且生成调制器输出信号；以及
输出级，所述输出级经配置接收所述调制器输出信号，并且经配置在
输出端子上生成所述输出音频信号。
10.根据权利要求9所述的音频放大器，其中所述PWM调制器包括：
积分器，所述积分器经配置接收所述准数字信号，并且经配置低通滤
波所述准数字信号以生成积分器输出信号；以及
PWM比较器，所述PWM比较器经配置接收所述积分器输出信号和
锯齿波形信号，所述PWM比较器经配置生成指示所述积分器输出信号
与所述锯齿波形信号之间的差别的所述调制器输出信号。
11.根据权利要求9所述的音频放大器，其中所述PWM调制器包括：
积分器，所述积分器经配置接收所述准数字信号，并且经配置低通滤
波所述准数字信号以生成积分器输出信号；
取样和保持电路即S&H电路，所述取样和保持电路经配置接收所述
积分器输出信号，并且经配置基于控制信号生成S&H输出信号；以及
PWM比较器，所述PWM比较器经配置接收所述取样和保持...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·萨汉德范加尼，P·卡瓦纳，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US