数字PWM调制器制造技术

一种改进的D类放大器可以包括数字PWM调制器，所述数字PWM调制器接收数字音频信号并且将PWM信号作为输入提供给D类放大器的模拟PWM调制器。数字PWM调制器可以被配置为接收数字信号并且基于所述数字信号生成第一PWM信号。数字PWM驱动器可以耦合至数字PWM调制器。数字PWM驱动器可以被配置为接收第一PWM信号并基于第一PWM信号生成参考PWM信号。模拟PWM调制器可以耦合至数字PWM驱动器。模拟PWM调制器可以被配置为接收参考PWM信号并基于参考PWM信号生成输出PWM信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】数字PWM调制器相关申请的交叉引用本申请要求2017年3月3日提交的标题为“DigitalPulseWidthModulation(PWM)ModulatorFeedinganAnalogPWMModulatorofaClass-DAmplifier”的美国临时专利申请No.62/466,450的权益，通过引用将该美国临时专利申请的全文明确地并入本文。该申请与YongjieCheng等人于2017年4月28日提交且标题为“ControlofSwitchesinaVariableImpedanceElement”的美国专利申请No.15/582.257中公开的主题有关，通过引用将该美国专利申请的全文明确地并入本文。
本公开涉及音频放大。更具体而言，本公开的部分涉及音频放大，其中，数字PWM调制器为D类放大器的模拟PWM调制器馈电。
技术介绍
D类音频放大器在音频系统中是合乎需求的，因为D类音频放大器是有效率的并且能够处理高功率信号。高效率允许更小的电源和更小的热沉。典型地，通过脉宽调制(PWM)调制器来驱动D类放大器的开关输出级，所述PWM调制器输出表示能够由开关输出级输出的两个电压电平的一位信号。由开关输出级输出的一位电压信号典型地通过简单的低通滤波器(LPF)滤波并且被驱动到扬声器中。图1是示出了根据现有技术的开环数字驱动D类放大器100的示意性方框图。在图1中，数字PWM调制器104将delta-sigma调制器(DSM)102输出的信号转换成PWM信号。由数字PWM调制器104输出的PWM信号被驱动器106用来控制D类放大器的输出级。图1所示的开环数字驱动D类放大器具有很多缺陷。例如，驱动器106的功率开关的非理想性(诸如，死时间、信号相关延迟和压摆率)充当失真的源，并且可以向整个D类系统增加额外的噪声。此外，开环数字驱动D类放大器对于无调节电源具有接近零的电源电压抑制比(PSRR)。低PSRR有可能引起可听的伪影(artifact)。模拟闭环D类放大器已被用来解决开环数字驱动D类放大器(例如，图1所示)中存在的某些问题。图2A是示出了根据现有技术的闭环模拟驱动D类放大器200的示意性方框图。在图2A中，模拟PWM调制器(Delta-Sigma调制器202)接收模拟输入电压VIN，并且接收从PWM输出功率级204反馈的反馈电压。使模拟输入电压VIN和反馈电压之间的差通过包括积分器和PWM转换块的Delta-Sigma调制器202的回路滤波器，Delta-Sigma调制器202之后跟随着PWM输出功率级204。该技术的闭环性质允许减少由功率开关的非理想性(例如，死时间、信号相关延迟和压摆率)引起的失真，使其得到校正。此外，图2A中所示的总体D类系统的PSRR相对于图1所示的开环D类系统有所改进。因此，无调节电源纹波不再是问题。与闭环模拟驱动D类放大器200相关联的一个缺陷在于，需要数模转换器(DAC)向闭环模拟驱动D类放大器200提供模拟输入。在(例如)使用数字信号处理器(DSP)处理数据并且生成用于输入至放大器的音频信号时需要该DAC。在对音频信号进行处理之后，使用DAC将数字音频信号转换成能够被闭环模拟驱动D类放大器200接收的连续时间电压波形。图2B是示出了根据现有技术的另一闭环模拟驱动D类放大器250的示意性方框图，其中，通过DAC提供D类放大器的模拟PWM调制器的模拟输入信号。图2B所示的DAC可以是开关电容器DAC(SC-DAC)或者电流舵DAC或者R-2RDAC。DAC向总体D类放大器系统增加额外的噪声，并且限制了模拟PWM调制器的积分器增益的优化。此外，由于反馈信号的开关性质以及缓慢移动的DAC输出信号的原因，输入信号和反馈信号之间的误差信号通过模拟PWM调制器的积分器受到积分，这在图3A和图3B中例示。图3A和图3B是示出了在根据现有技术的D类放大器的模拟PWM调制器内处理的信号的曲线图。在图3A中，作为输入提供给模拟PWM调制器的差分模拟输入信号由信号312A和信号312B表示，并且被示为具有1V差分DC电压。在图3A中由信号314A和信号314B表示从PWM输出功率级反馈并且还被作为输入而提供给模拟PWM调制器的差分反馈电压信号。在图3B中，信号322A和信号322B分别表示接收输入电压信号和反馈电压信号的模拟PWM调制器的第一积分器的输出电压信号。模拟PWM调制器的第一积分器的输出摆幅由信号324表示。如图3B所示，信号324的峰到峰输出摆幅可以高达1V。由于模拟PWM调制器的第一积分器的增益受到模拟PWM调制器中的第一积分器的输出处的可容许固有电压摆幅的限制，因而仅由输入电压信号和反馈电压信号之间的误差信号引起的1V输出摆幅限制了能够用于积分器的总体增益。图3A和图3B例示了：由于输入信号和反馈信号之间的误差通过模拟PWM调制器的积分器被积分，因而积分器的增益受到限制，以防止信号削波。由于提高积分器的增益允许降低电阻，或者其等价方案提供了一种用于降低闭环模拟驱动D类放大器中的噪声基底的机制，因而由于DAC的使用而对增益造成的限制还限制了借助于闭环模拟驱动D类放大器能够实现的噪声基底。在其他应用中，可以增大电子装置的无源部件的尺寸，以降低噪声基底。然而，在常规D类放大器中，例如，在图1和图2A-2B中所示的D类放大器中，为了降低噪声基底而对D类放大器的无源部件尺寸的缩放是不可行的，因为这样的缩放将使功率和硅面积增大到超出可容许极限这里提到的缺陷只是代表性的，并且包括这些缺陷只是为了强调存在对改进的电部件的需求，尤其是对改进的音频放大器，例如对可以在移动装置中使用的音频放大器的需求。本文描述的实施例解决了某些缺陷，但未必解决本文描述或者本领域已知的每一个缺陷。
技术实现思路
一种改进的D类放大器可以包括数字PWM调制器，所述数字PWM调制器接收数字音频信号并将PWM信号作为输入提供给模拟PWM调制器。数字PWM驱动器跟随数字PWM调制器。因而，D类放大器的实施例可以在不需要DAC的情况下接收来自数字信号处理器(DSP)的输出，所述数字信号处理器对音频信号进行处理以用于在换能器处再现。在一些实施例中，放大器包括闭环反馈，所述闭环反馈降低放大器的积分器处的信号摆幅，从而允许提高积分器的增益，以获得较低的空闲信道噪声，而不必付出面积和功率的代价。本公开的改进的D类放大器可以提供超低空闲信道噪声和失真，同时保持高的第一积分器增益，占据最小硅面积，并且消耗很少的功率。根据一个实施例，一种设备可以包括：数字PWM调制器，其被配置为接收数字信号并且至少部分地基于所述数字信号生成第一PWM信号；数字PWM驱动器，其耦合至数字PWM调制器，并且被配置为接收第一PWM信号，并至少部分地基于第一PWM信号生成参考PWM信号；以及模拟PWM调制器，其耦合至数字PWM驱动器，并且被配置为接收参考PWM信号并至少部分地基于参考PWM信号生成输出PWM信号。在另一实施例中，一种方法包括：利用数字脉冲宽度调制(PWM)调制器接收数字信号；利用数字P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，包括：/n数字脉冲宽度调制(PWM)调制器，其被配置为接收数字信号并且至少部分地基于所述数字信号来生成第一PWM信号；/n数字PWM驱动器，其耦合至所述数字PWM调制器，并且被配置为接收所述第一PWM信号，并且至少部分地基于所述第一PWM信号来生成参考PWM信号；以及/n模拟PWM调制器，其耦合至所述数字PWM驱动器，并且被配置为接收所述参考PWM信号，并且至少部分地基于所述参考PWM信号来生成输出PWM信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170303 US 62/466,4501.一种设备，包括：
数字脉冲宽度调制(PWM)调制器，其被配置为接收数字信号并且至少部分地基于所述数字信号来生成第一PWM信号；
数字PWM驱动器，其耦合至所述数字PWM调制器，并且被配置为接收所述第一PWM信号，并且至少部分地基于所述第一PWM信号来生成参考PWM信号；以及
模拟PWM调制器，其耦合至所述数字PWM驱动器，并且被配置为接收所述参考PWM信号，并且至少部分地基于所述参考PWM信号来生成输出PWM信号。


2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述模拟PWM调制器被进一步配置为将具有相反极性的所述参考PWM信号和所述输出PWM信号相加，以生成误差信号。


3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述模拟PWM调制器被进一步配置为放大所述参考PWM信号的幅度，以生成所述输出PWM信号，其中，所述输出PWM信号的带内幅度大于或者等于所述参考PWM信号的幅度。


4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述数字PWM驱动器被进一步配置为放大所述第一PWM信号的幅度，使得所生成的参考PWM信号具有大约等于所述输出PWM信号的幅度的幅度。


5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述数字PWM驱动器被进一步配置为将电流驱动通过在所述数字PWM驱动器和所述模拟PWM调制器之间接口连接的多个电阻器中的至少一个。


6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述数字PWM驱动器被配置为通过使所述多个电阻器中的电流被驱动通过的所述至少一个发生变化而使对所述第一PWM信号的幅度的放大发生变化。


7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备为D类放大器。


8.根据权利要求1所述的设备，还包括：参考缓冲器，所述参考缓冲器被耦合至所述数字PWM驱动器并且被配置为向所述数字PWM驱动器提供功率。


9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述参考缓冲器被进一步配置为具有可配置输出电源电压，使得供应给所述数字PWM驱动器的电压是可配置的。


10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述参考PWM信号和所述输出PWM信号中的至少一个是差分信号。


11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述输出PWM信号是由所述模拟PWM调制器内的扬声器驱动器输出的。


12.一种方法，包括：
利用数字脉冲宽度调制(PWM)调制器接收数字信号；
利用所述数字PWM调制器至少部分地基于所述数字信号来生成第一PWM信号；
利用耦合至所述数字PWM调制器的数字PWM驱动器至少部分地基于所述第一PWM信号来生成参考PWM信号；以及
利用耦合至所述数字PWM驱动器的模拟PWM调制器至少部分地基于所述参考PWM信号来生成输出PWM信号。


13.根据权利要求12所述的方法，还包括将具有相反极性的所述参考PWM信号和所述输出PWM信号相加，以生成误差信号。
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【专利技术属性】
技术研发人员：张伶俐，成永捷，朱磊，C·拉森，J·L·梅兰桑，
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