用于脉宽调制放大器的可配置控制环路拓扑制造技术

根据本发明专利技术的实施例，一种系统可以具有可配置控制环路技术，其中，所述系统包括第一模式控制环路、第二模式控制环路和可重新配置的PWM，所述可重新配置的PWM被配置为从输入信号产生输出信号。可重新配置的PWM可以包括数字PWM和模拟PWM，并且可以配置成使得：当第一模式控制环路被激活时，可重新配置的PWM利用模拟PWM从输入信号产生输出信号，并且当第二模式控制环路被激活时，可重新配置的PWM利用数字PWM从输入信号产生输出信号，数字PWM从数字比例积分微分控制器接收其输入。

Configurable Control Loop Topology for Pulse Width Modulation Amplifiers

According to an embodiment of the present invention, a system may have a configurable control loop technology, in which the system includes a first mode control loop, a second mode control loop and a reconfigurable PWM configured to generate an output signal from an input signal. The reconfigurable PWM can include digital PWM and analog PWM, and can be configured such that when the first mode control loop is activated, the reconfigurable PWM generates output signals from the input signal using analog PWM, and when the second mode control loop is activated, the reconfigurable PWM generates output signals from the input signal using digital PWM, and the digital PWM generates output signals from the digital proportional product. The differential controller receives its input.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于脉宽调制放大器的可配置控制环路拓扑
本专利技术总体上涉及用于音频和触觉装置，包括但不限于个人音频装置如无线电话和媒体播放器，或者包括但不限于包括触觉模块的装置的电路。
技术介绍
个人音频装置被广泛使用，其中个人音频装置包括无线电话、mp3播放器和其他消费音频装置，无线电话包括移动/蜂窝电话和无绳电话。这样的个人音频装置可以包括用于驱动一对耳机或者一个或更多个扬声器的电路。这样的电路通常包括用于将音频输出信号驱动到耳机或扬声器的功率放大器。一般而言，功率放大器通过从电源获取能量来放大音频信号并且进行控制使得音频输出信号和输入信号的形状相匹配且具有更大的幅值。音频放大器的一个示例是D类放大器。D类放大器(也称为“开关放大器”)可以包括电子放大器，其中放大装置(例如，晶体管，通常为金属氧化物半导体场效应晶体管)作为电子开关而运行。在D类放大器中，可以通过脉冲宽度调制、脉冲密度调制或其他调制方法将待放大的信号转换成一系列脉冲，使得信号被转换成调制信号，其中调制信号的脉冲特性(例如，脉冲宽度、脉冲密度等)是信号幅值的函数。在用D类放大器放大之后，输出脉冲序列可以通过经过无源低通滤波器而被转换成未调制的模拟信号，其中这样的低通滤波器可以是D类放大器中的固有电路或者是由D类放大器驱动的负载。D类放大器经常被使用，这是由于和线性模拟放大器相比，D类放大器功率效率更高，且与线性模拟放大器相比，D类放大器可以使在有源器件中转换为热量的耗散功率更少。通常，选择电压模式闭环脉冲宽度调制器(pulsewidthmodulator，PWM)放大器，以便提供具有期望的总谐波失真(THD)和电源抑制比(PSRR)的精确负载电压。闭环电压模式PWM放大器通常采用模拟电压输入和感测的反馈电压信号，这些信号被馈送通过闭环模拟PWM调制器以驱动扬声器负载上的电压。然而，根据具体应用，可能期望在电流模式或电压模式下使用单个PWM放大器电路交替驱动负载的选项。对于电流模式操作，需要对较大的负载阻抗变化进行精确的电流控制。为了实现较大的负载阻抗变化下的精确电流控制，现有的基于电压模式控制的模拟PWM调制器还不能灵活处理具有潜在高品质因数(Q)的负载谐振。高Q负载谐振会在闭环传递函数中产生纹波。
技术实现思路
根据本专利技术的教导，可以减少或消除与利用放大器处理信号的现有方法相关联的一个或更多个缺点和问题。根据本专利技术的实施例，一种系统可以具有可配置控制环路技术，其中，所述系统包括第一模式控制环路、第二模式控制环路和可重新配置的PWM，所述可重新配置的PWM被配置为从输入信号产生输出信号。可重新配置的PWM可以包括数字PWM和模拟PWM，并且可以配置成使得：当第一模式控制环路被激活时，可重新配置的PWM利用模拟PWM从输入信号产生输出信号；并且当第二模式控制环路被激活时，可重新配置的PWM利用数字PWM从输入信号产生输出信号，数字PWM从数字比例积分微分控制器接收其输入。根据本专利技术的这些和其他实施例，一种用于系统中的可配置控制环路技术的方法，所述系统具有第一模式控制环路、第二模式控制环路和可重新配置的PWM，所述可重新配置的PWM具有数字PWM和模拟PWM并且被配置为从输入信号产生输出信号，所述方法包括：当所述第一模式控制环路被激活时，利用所述模拟PWM从所述输入信号产生所述输出信号，并且当所述第二模式控制环路被激活时，利用所述数字PWM从所述输入信号产生所述输出信号，所述数字PWM从数字比例积分微分控制器接收其输入。通过本文包括的附图、描述和权利要求，本专利技术的技术优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。至少通过权利要求中特别指出的元件、特征和组合来实现和达到实施例的目的和优点。应理解，前面的总体性描述和以下的详细描述都是示例性和解释性的，并且不限制本专利技术中阐述的权利要求。附图说明通过参照结合附图的以下描述，可以获得对本实施例及其优点的更完整的理解，其中相同的附图标记表示相同的特征，并且其中：图1是根据本专利技术的实施例的示例性个人音频装置的图示；图2A是根据本专利技术的实施例的采用模拟电压模式放大的个人音频装置的示例性音频集成电路的所选组件的框图；图2B是根据本专利技术的实施例的采用数字电流模式放大的个人音频装置的示例性音频集成电路的所选组件的框图；图3是根据本专利技术的实施例的示例性脉冲宽度调制放大器的所选组件的框图。具体实施方式图1是根据本专利技术的实施例的示例性个人音频装置1的图示。图1描绘了连接到形式为一对耳塞式扬声器8A和8B的耳机3的个人音频装置1。图1中描绘的耳机3仅是示例，并且应当理解，个人音频装置1可以结合各种音频换能器进行使用，这些音频换能器包括但不限于耳机、耳塞式耳机、入耳式耳机和外部扬声器。插头4可以提供从耳机3到个人音频装置1的电子终端的连接。个人音频装置1可以向用户提供显示器并使用触摸屏2接收用户输入，或者标准液晶显示器(LCD)可以与设置在个人音频装置1的表面和/或侧面上的各种按钮、滑块和/或拨盘相组合。如同样在图1中示出的，个人音频装置1可以包括音频集成电路(IC)9，用于产生模拟音频信号以传输到耳机3和/或另一音频换能器(例如，扬声器)。图2A是根据本专利技术的实施例的采用模拟电压模式放大的个人音频装置的示例性音频IC9A的所选组件的框图。在一些实施例中，示例性音频IC9A可用于实现图1的音频IC9。如图2A所示，微控制器核18(例如，数字信号处理器或“DSP”)可将数字音频输入信号DIG_IN供应到数模转换器(DAC)14，数模转换器(DAC)14可以将数字音频输入信号转换为模拟输入信号VIN。DAC14可以将模拟信号VIN供应到放大器16A，放大器16A可以放大或衰减模拟输入信号VIN以提供音频输出信号VOUT，音频输出信号VOUT可以操作扬声器、耳机换能器、线路电平信号输出和/或其他合适的输出。图2B是根据本专利技术的实施例的采用数字电流模式放大的个人音频装置的示例性音频IC9B的所选组件的框图。在一些实施例中，示例性音频IC9B可以用于实现图1的音频IC9。如图2B所示，微控制器核18(例如，DSP)可以将数字音频输入信号DIG_IN供应给放大器16B，放大器16B可以放大或衰减数字音频输入信号DIG_IN以提供音频输出信号VOUT，音频输出信号VOUT可以操作扬声器、耳机换能器、线路电平信号输出和/或其他合适的输出。图3是根据本专利技术的实施例的示例性脉冲宽度调制放大器20的所选组件的框图。在一些实施例中，示例性脉冲宽度调制放大器20可用于实现图2A的放大器16A和/或图2B的放大器16B。如图3所示，示例性脉冲宽度调制放大器20可以包括控制环路拓扑，其包括可重新配置的PWM调制器22。可重新配置的PWM调制器22可以包括数字PWM调制器24和模拟PWM调制器26，可重新配置的PWM调制器22还利用多路复用器28实现的直接旁路功能。可重新配置的PWM调制器22可以被配置为当第一模式控制环路被激活时通过使用模拟PWM调制器26在第一模式控制下操作，例如，当多路复用器28接收的模拟调制器旁路控制信号ANALOGMODULATORBYPASS被置为无效时所述第一模式控制环路被激活。第一模式控制可以是电压模式控制，第一模式控制环路可以是电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有可配置控制环路技术的系统，该系统包括：第一模式控制环路；第二模式控制环路；和可重新配置的PWM，被配置为从输入信号生成输出信号，其中，所述可重新配置的PWM包括数字PWM和模拟PWM，并且被配置为使得：当所述第一模式控制环路被激活时，所述可重新配置的PWM利用所述模拟PWM从所述输入信号产生所述输出信号；和当所述第二模式控制环路被激活时，所述可重新配置的PWM利用所述数字PWM从所述输入信号产生所述输出信号，并且所述数字PWM从控制器接收其输入。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.05 US 62/371,5071.一种具有可配置控制环路技术的系统，该系统包括：第一模式控制环路；第二模式控制环路；和可重新配置的PWM，被配置为从输入信号生成输出信号，其中，所述可重新配置的PWM包括数字PWM和模拟PWM，并且被配置为使得：当所述第一模式控制环路被激活时，所述可重新配置的PWM利用所述模拟PWM从所述输入信号产生所述输出信号；和当所述第二模式控制环路被激活时，所述可重新配置的PWM利用所述数字PWM从所述输入信号产生所述输出信号，并且所述数字PWM从控制器接收其输入。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字PWM和所述模拟PWM被布置为所述模拟PWM接收所述数字PWM的输出作为所述模拟PWM的输入。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述第一控制环路被激活时，所述模拟PWM和所述数字PWM均用于从所述输入信号产生所述输出信号。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一控制环路和所述第二控制环路均能够被同时激活。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一控制环路和所述第二控制环路均能够被同时激活。6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一模式控制环路包括电压模式控制环路。7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二模式控制环路包括电流模式控制环路。8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二模式控制环路包括电压模式控制环路。9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括反馈路径，所述反馈路径包括：模数转换器，被配置为接收指示所述输出信号的模拟信号并将所述模拟信号转换为等效的数字反馈信号；和低延迟反馈滤波器，被配置为对所述数字反馈信号进行滤波以生成滤波后数字反馈信号，并将所述滤波后数字反馈信号作为输入信号提供给所述控制器。10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述低延迟反馈滤波器被配置为抽取所述数字反馈信号以产生所述滤波后数字反馈信号。11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述低延迟反馈滤波器被配置为减少所述数字反馈信号中存在的噪声。12.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述低延迟反馈滤波器被配置为组合多个数字化信号源，以便产生所述滤波后数字反馈信号。13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括前馈滤波器，所述前馈滤波器连接在参考输入和所述控制器的输入之间。14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述前馈滤波器被配置为使得所述系统的所述前馈滤波器、所述控制器和反馈路径的组合响应为所述系统提供期望的频谱特性。15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述前馈滤波器配置有极点和零点，以消除由所述控制器限定的闭环传递函数的主导极点和零点。16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述前馈滤波器配置有极点和零点，使得所述参考输入和所述可重新配置的PWM的输出之间的第一带宽高于所述控制器的第二带宽。17.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述前馈滤波器配置有极点和零点，使得所述参考输入和所述可重新配置的PWM的输出之间的第一带宽低于所述控制器的第二带宽。18.如权利要求15所述的系统，其特征在于：所述控制器包括多个积分器，所述多个积分器包括最后一级积分器；和所述最后一级积分器被饱和极限所限制。19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，基于所述系统的放大器模式、由接收所述可重新配置的PWM的所述输出信号的驱动器级驱动的负载的条件、供应到所述驱动器级的电源电压和用户建立的电压极限中的一个或更多个，实时动态地调整所述饱和极限。20.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述系统从所述系统外部的监测电路接收所述饱和极限。21.如权利要求18所述的系统，其特征在于，经由用于对引起对所述饱和极限的违反的条件的外部管理的中断来接收对所述违反的检测。22.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器包括低频谐振器部分。23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述低频谐振器部分的谐振频率明显小于参考输入与所述可重新配置的PWM的输出之间的带宽。24.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述低频谐振器部分的控制参数和所述控制器的其他部分是可独立调节的。25.如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述控制参数包括所述低频谐振器部分的品质因数和谐振频率。26.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述品质因数和所述谐振频率基于由接收所述可重新配置的PWM的所述输出信号的驱动器级驱动的谐振负载的特性而调节。27.如权利要求1所述的系统，还包括接收所述可重新配置的PWM的所述输出信号的可变强度驱动器级。28.如权利要求27所述的系统，还包括用于检测所述可变强度驱动器级的输出的功率条件并控制所述可变强度驱动器级的强度的电路，以便使所述可变强度驱动器级的切换损耗最小化。29.如权利要求27所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置为响应于所述可变强度驱动器级的所述强度的变化来修改其滤波器参数中的一个或更多个。...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊曼纽尔·马歇斯，张伶俐，埃里克·J·金，克里斯汀·拉尔森，
申请(专利权)人：思睿逻辑国际半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB