数字音频转换器和放大器控制器制造技术

本发明专利技术涉及包括滤波器和混合器的可编程脉冲宽度调制器(PWM)控制器领域，该PWM控制器例如用于数字音频转换器和数字放大器控制器、包括所述PWM控制器的芯片、包括所述PWM控制器或所述芯片的设备，及其用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】数字音频转换器和放大器控制器
本专利技术涉及包括滤波器和混合器的可编程脉冲宽度调制(PWM)控制器领域，该PWM控制器例如用于数字音频转换器和数字放大器控制器、包括所述PWM控制器的芯片、包括所述PWM控制器或所述芯片的设备，及其用途。
技术介绍
本专利技术的一方面涉及一种数字控制器，该数字控制器输出脉冲宽度调制(PWM)信号并使用输出信号的反馈来校正任何误差。本专利技术还涉及其中根据模数转换器(ADC)的输出得到反馈信号以产生“混合信号PWM控制器”的实现方式。这种控制器的主要应用是音频放大器，其中PWM信号可以用于驱动开关(D类)放大器。在开关放大器之后，通常存在输出滤波器，该输出滤波器被提供用于去除高频开关分量并产生平滑的输出信号。所述输出信号可以被馈送到扬声器。这种控制器中的ADC能够直接在扬声器处测量信号，即在输出滤波器之后测量信号。随后可以进一步配置数字控制器以例如具有高的环路增益以抑制可能在开关放大器和输出滤波器中出现的信号的非理想性(non-ideality)。传统上，开关放大器根本不使用反馈(图1a)，或者它们使用模拟反馈环路并且在输出滤波器之前采用反馈(图1b)。这些模拟系统通常仅具有适度的滤波器复杂度(最常见的是二阶环路滤波器)。这被发现导致较少的环路增益和较少的对来自开关放大器的非理想性的抑制，甚至根本不对源自输出滤波器的非理想性进行抑制。原则上可以通过增加其滤波器阶数来增加模拟反馈环路的增益。然而，通常不会这样做，因为模拟滤波器部件的可变性需要复杂的校准机制，或者需要显著的回退余量(back-offmargin)以允许公差。回退余量削弱了较高阶滤波器的大部分优点。也可以使用利用在输出滤波器之后的反馈的模拟环路滤波器(参见图1c)[Adduci等人，在“SwitchingPowerAudioAmplifierswithHighImmunitytotheDemodulationFilterEffects”中，J.AudioEng.Soc.，第60卷第12期，2012年12月]。然而，为了保持环路滤波器稳定，通常必须采取进一步的措施，例如必须对输出滤波器进行补偿。在模拟情况下，对输出滤波器的补偿通常利用辅助局部反馈环路来完成。这被发现降低了外环的误差抑制的有效性(在高频下)，此外还需要大量的无源部件，所述无源部件还需要是可编程的以跟踪输出滤波器中的分量变化。对(LC)输出滤波器的补偿在数字域中可以更有效。通过仔细设计数字补偿滤波器，这在具有完整全局反馈的单个环路中是可能的(参见图1d)[Mouton等人，在“DigitalControlofaPWMSwitchingAmplifierwithGlobalFeedback”中，AES37thInt.Conf.，2009]。与在输出滤波器之后的反馈结合的环路滤波器的数字实现确实需要ADC将输出信号数字化。该ADC优选地具有用于音频级信号转换的高分辨率以及低延迟，以避免环路稳定性的劣化。ADC优选地还容许高频开关分量的残留。上述ADC要求的全部或部分的组合是非典型的。可以通过使用昂贵的超裕度设计(overdesign)的通用ADC[例如，上述的Mouton]或者通过使用针对应用而专门定制的ADC[WO2014/094913A1]来满足要求。各种专利文献阐述了数字放大器。非常通用的专利是WO2002/078179A1，其涉及具有许多种类的数字处理的D类放大器。US6,498,531B1阐述了具有用于在输出滤波器之前和之后的反馈的模数转换器的系统，该系统是实际数字反馈放大器的实施方式。所述系统在具有其两个反馈环路的情况下未针对高环路增益而被优化，并且仅具有一阶环路滤波器。WO2009/153449A1和WO2009/153450A1阐述了数字输入D类音频放大器，其具有数字化反馈以及辅助局部反馈环路。现有技术的可编程脉冲宽度调制器的一些示例可以在下述文献中得到：DE102012102504A1；US2005/052304A1；以及WO2013/164229A1，而Iftekharuddin等人在AppliedOptics，OpticalSoc.中，美国，美国华盛顿特区，第33卷第8期，1994年3月10日，1457-1462页描述了与蝶形互连网络有关的
技术介绍
。DE102012102504A1阐述了数据转换器中的PWM，其使用自适应限制器，但是其被认为不是非常灵活，因为它不能作为整体被调整或编程，更不用说其各个部件。例如，环路滤波器300不是可编程的，因为系数具有固定值。其仅示出具有两个输出的一个PWM，所述输出固有地相互依赖。其包括用于选择输入的复用器，但其不能对信号进行混合。US2005/052304A1阐述了具有多个路径的PWM调制电路，所述多个路径在名义上是异相的并且在模拟求和器中组合。但同样，环路滤波器部件不是可编程的，并且它们的输出也不能被混合。替代地，它们执行特定于此数据转换器的专用噪声整形功能。WO2013/164229A1描述了具有可调节模拟环路滤波器的D类音频放大器，但是该调节在有限数目的预定义选项之间自动完成，这取决于调制器频率设置。这与此处介绍的完全可编程数字多用途环路滤波器非常不同。本专利技术的一个目的是克服现有技术的数字音频转换器和放大器控制器的缺点，而不损害功能和优点。
技术实现思路
本专利技术的第一方面涉及一种根据权利要求1的例如用于数字音频转换器或数字放大器控制器的可编程脉冲宽度调制(PWM)控制器，第二方面涉及一种包括所述转换器和控制器的设备，第三方面涉及所述设备的用途，并且第四方面涉及一种包括所述设备的产品。本专利技术涉及数字部件，该数字部件可以被实现成能够实现通用且仍具有成本效益的控制器。本可编程PWM控制器提供鲁棒的环路滤波器，该环路滤波器在整个音频频带上具有较低的总谐波失真(THD)。在示例中，相对于整个音频频带(20Hz-20kHz)上的输入信号，THD小于0.004％，如从涉及测量结果的图2b可以看出。在示例中，本控制器可以用于高端音频放大器和有源扬声器系统。应用还包括A/D转换器、电源控制器、电机控制器及其组合。本控制器还可以用于控制有源降噪系统，用作通用高速闭环控制器以及用作高分辨率低延迟数据转换器。本控制器的示例包括独立可配置的八个通道；配置可以被容易地扩展到例如八个通道的倍数。同样，控制器可以并行使用。另外，不需要使用所有通道，在这种情况下保留一些冗余。控制器可以包括一个或更多个ADC，通常每通道一个ADC。通常，所述ADC的动态范围大约高达120dB。ADC的采样率通常在几兆赫兹的范围内以实现低延迟。本控制器通常提供音量控制和软静音模式。在说明书和附图中提供了本可编程混合信号PWM控制器的一些细节。本PWM控制器包括用于环路增益和信号处理的至少两个并联环路滤波器，优选地至少四个环路滤波器，更优选地至少八个环路滤波器(参见例如图3)。环路滤波器包括多个输入和至少一个即单个输出(MISO)。通常，每环路滤波器可以存在相对大的数目的输入，例如5-100个输入，优选地10-50个输入，更优选地20-40个输入，例如25个输入。例如，在八个并联环路滤波器的情况下，可以提供8*3个反馈信号：与局部PWM数字信号有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可编程脉冲宽度调制(PWM)控制器(100)，包括串联的下述部件：(i)用于环路增益和信号处理的至少两个并联的环路滤波器(20)，优选地至少四个环路滤波器，每个环路滤波器包括多个输入(10，15)和至少一个输出(25)，其中，所述环路滤波器(20)适于执行以下操作中的至少一个：脉冲编码调制(PCM)输入信号的内插、共模控制、差模控制、音频处理、音频滤波、音频增强和LC补偿，其特征在于，每个单个输出(25)与下述部件电连接：(ii)至少一个蝶形混合器(30)，所述蝶形混合器能够对至少两个输入(25)进行混合并且能够将至少两个经混合的输出(35)提供给：(iii)至少两个并联的脉冲宽度调制器(PWM’s)(40)，其中，脉冲宽度调制器(40)包括具有可调整且可编程的形状、相位和频率的载波信号(38)，其中，通过所述脉冲宽度调制器(42)将所述载波信号与输入信号(35)进行比较以产生输出信号(45)，其中，(iv)环路滤波器、蝶形混合器和PWM’s是分别且独立地可编程和可调整的，其中，环路滤波器输入(15)适于接收经局部数字PWM处理的输出信号(45)和ADC输出中的至少一个，并且包括用于加载、调整和存储可编程且可调整的设置的至少一个设置数据存储装置(440)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.14 NL 20166051.一种可编程脉冲宽度调制(PWM)控制器(100)，包括串联的下述部件：(i)用于环路增益和信号处理的至少两个并联的环路滤波器(20)，优选地至少四个环路滤波器，每个环路滤波器包括多个输入(10，15)和至少一个输出(25)，其中，所述环路滤波器(20)适于执行以下操作中的至少一个：脉冲编码调制(PCM)输入信号的内插、共模控制、差模控制、音频处理、音频滤波、音频增强和LC补偿，其特征在于，每个单个输出(25)与下述部件电连接：(ii)至少一个蝶形混合器(30)，所述蝶形混合器能够对至少两个输入(25)进行混合并且能够将至少两个经混合的输出(35)提供给：(iii)至少两个并联的脉冲宽度调制器(PWM’s)(40)，其中，脉冲宽度调制器(40)包括具有可调整且可编程的形状、相位和频率的载波信号(38)，其中，通过所述脉冲宽度调制器(42)将所述载波信号与输入信号(35)进行比较以产生输出信号(45)，其中，(iv)环路滤波器、蝶形混合器和PWM’s是分别且独立地可编程和可调整的，其中，环路滤波器输入(15)适于接收经局部数字PWM处理的输出信号(45)和ADC输出中的至少一个，并且包括用于加载、调整和存储可编程且可调整的设置的至少一个设置数据存储装置(440)。2.根据权利要求1所述的可编程PWM控制器，其中，所述环路滤波器(20)包括至少3个，优选地至少5个，更优选至少7个滤波器级(75)。3.根据权利要求2所述的可编程PWM控制器，其中，每个级包括以下中的至少一个：(a)具有至少一个系数(80)的输入(11)、(b)反馈系数(82)、(c)前馈系数(81)、(d)加法器(71)、(e)具有至少一个系数的输出(24)、和(f)包括经处理的信号的寄存器(85)。4.根据前述权利要求中任一项所述的可编程PWM控制器，包括至少一个数据存储装置(440)，所述至少一个数据存储装置能够存储限幅电平和零检测中的至少一个，其中，存储的信号(85)的限幅电平和零检测是分别且独立地可编程的。5.根据前述权利要求中任一项所述的可编程PWM控制器，其中，所述蝶形混合器(30)包括至少两个级，其中，在初始级中，两个环路滤波器的输出(25)被混合以形成经混合的初始级输出，并且其中，在另外的级中，两个经混合的先前级的输出被混合以形成经混合的另外级输出(35)。6.根据权利要求5所述的可编程PWM控制器，其中，所述蝶形混合(30)包括至少三个或更多个级。7.根据前...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·申克尔，
申请(专利权)人：阿克根有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL