具有占空比控制的D类放大器制造技术

D类放大器(100)包含输出驱动器(108)、脉宽调制器(106)、积分器(104)和占空比控制电路(102)。所述输出驱动器(108)被配置成驱动扬声器。所述脉宽调制器(106)被耦合到所述输出驱动器(108)。所述积分器(104)被耦合到所述脉宽调制器(106)。所述占空比控制电路(102)被耦合到所述积分器(104)。所述占空比控制电路(102)被配置成监控所述积分器(104)的输出信号的振幅，并且根据所述振幅改变所述输出驱动器(108)的输出处的信号的平均占空比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有占空比控制的D类放大器
技术介绍
D类音频放大器是在高频下切换以在放大器的输出处产生矩形波形的开关模式放大器。D类放大器可能比线性音频放大器更加有效，因此可以采用更小的电源并且消除散热器。因此，相对于等效功率的线性放大器，D类放大器可以显著地降低整个系统的成本、尺寸和重量。一些D类放大器使用脉宽调制器(PWM)来生成随音频信号的振幅在宽度上变化的脉冲。脉冲可以以固定或可变频率切换放大器的输出晶体管。一些D类放大器可以依赖于其它类型的脉冲调制器，例如脉冲密度调制器。由D类放大器生成的矩形波形通常被滤波以去除高频载波波形并且重构音频波形，其可以用于驱动扬声器并且产生声音。
技术实现思路
本文中公开了一种D类音频放大器，其可控制以提供一定的范围的操作效率而不增加总谐波失真。在一个实施例中，D类放大器包含输出驱动器、脉宽调制器、积分器和占空比控制电路。输出驱动器被配置成驱动扬声器。脉宽调制器被耦合到输出驱动器。积分器被耦合到脉宽调制器。占空比控制电路被耦合到积分器。占空比控制电路被配置成监控积分器的输出信号的振幅，并且根据所述振幅改变输出驱动器的输出处的信号的平均占空比。在另一个实施例中，音频放大器集成电路包含输出驱动器、脉宽调制器、积分器和占空比控制电路。输出驱动器被配置成驱动扬声器线圈。脉宽调制器被配置成生成提供给输出驱动器的输入的脉冲信号。积分器被配置成生成将由脉宽调制器调制的音频信号。占空比控制电路被配置成监控由积分器生成的音频信号的振幅，并且基于所述振幅确定将在输出驱动器的输出处产生的输出信号的所选择的平均占空比。占空比控制电路还被配置成生成控制信号，所述控制信号使积分器将输出信号的平均占空比调整为所选择的平均占空比。在另一个实施例中，集成电路包含D类音频放大器。D类音频放大器包含输出驱动器、脉宽调制器、积分器和占空比控制电路。输出驱动器被配置成驱动扬声器。脉宽调制器被配置成向输出驱动器提供输入。积分器被配置成向脉宽调制器提供输入。占空比控制电路被耦合到积分器。占空比控制电路包含阈值电路、状态机和占空比调整电路。阈值电路包含第一比较器和第二比较器。第一比较器被耦合到积分器的输出。第一比较器被配置成将振幅与第一阈值进行比较。第二比较器耦合到积分器的输出。第二比较器被配置成将振幅与第二阈值进行比较。第一阈值高于第二阈值。状态机耦合到阈值电路并且被配置成基于第一比较器和第二比较器的输出来确定是否将改变输出驱动器的输出处的信号的平均占空比。占空比调整电路被耦合到状态机并且被配置成基于状态机的输出来改变平均占空比。附图说明为了详细描述各种实例，现在将参考附图，其中：图1展示了根据各种实施例的具有占空比控制的D类放大器的框图；图2展示了根据各种实施例的适合用于D类放大器的占空比控制电路的框图；图3展示了根据各种实施例的适合用于控制D类放大器的占空比的阈值电路的框图；图4展示了根据各个实施例的用于操作控制D类放大器中的输出的平均占空比的占空比控制状态机的方法的流程图；图5展示了根据各种实施例的改变D类放大器中的平均输出占空比的占空比调整电路中的状态转换；图6展示了根据各种实施例的D类放大器输出信号和积分器共模电压的平均占空比在D类放大器中占空比从高到低转变时的变化；图7展示了根据各种实施例的响应于D类放大器中信号振幅的变化的输出占空比和输出共模电压的变化；和图8展示了可控占空比与固定占空比D类放大器的效率。具体实施方式在下面的说明书和权利要求书中，使用的某些术语指代特定的系统组件。如本领域技术人员将理解的，不同的公司可以用不同的名称来指代组件。本文件不打算区分名称不同功能相同的组件。在以下讨论和权利要求中，术语“包含”和“包括”以开放式方式使用，因此应被解释为“包含但不限于…。”此外，术语“耦合(couple)”或“耦合(couples)”旨在表示间接或直接的有线或无线连接。因此，如果第一设备耦合到第二设备，则此连接可以是通过直接连接或经由其它设备和连接的间接连接。表述“基于”旨在表示“至少部分地基于”。因此，如果X基于Y，则X可以是Y和任何数目的附加因子的函数。在用于驱动桥接负载的传统的D类放大器中，当放大器输出信号的瞬时占空比随输入信号振幅改变时，对于所有输入信号电平，放大器输出信号的平均占空比固定在50％。平均占空比可以被定义为桥的每个扬声器输出处的信号的占空比的总和的一半。放大器输出处的共模电压与放大器的平均输出占空比直接相关(例如输出共模电压＝平均占空比×驱动器电源电压)。不幸的是，当驱动L-C滤波器时，由于高共模电压，以固定的50％平均占空比操作导致在空闲信号电平下的大量功率损耗。为了减少功率损耗，传统的D类放大器包含较大的L-C滤波器，这增加了系统成本和电路面积。以低平均占空比操作通过减少共模电压来减少空闲信号电平处的功率损耗，但是当输出功率高时，低平均占空比导致削波，这增加了总谐波失真。本公开的实施例包含基于信号电平控制平均输出占空比(和输出共模电压)的D类放大器。如果输入信号电平高，则放大器输出处的信号的平均占空比可以被设定为50％。随输入信号电平减少，实施例减少了平均输出占空比。例如，如果输入信号是空闲的，则放大器输出信号的平均占空比可以被设置为10％、15％等。通过基于信号电平改变平均输出占空比(和输出共模电压)，在本文中公开的D类放大器的实施例可以减少输出电感器中的电流纹波并且减少功率损耗，从而提高整个放大器的功率效率。实施例还包括在调整放大器输出的平均占空比时抑制爆音和咔哒声的电路。实施例适合于在D类放大器集成电路中实现。图1展示了根据各种实施例的具有占空比控制的D类放大器100的框图。放大器100包含增益控制电路110、积分器104、脉宽调制器106、输出驱动器108和占空比控制电路102。D类放大器100的实施例可以在集成电路中实现。增益控制电路110设定施加到音频输入信号的增益。增益控制电路110可以包含可选择或可变电阻，其可以被控制以设定将被施加到音频输入信号的增益。例如，包含在增益控制电路110中的电阻可以是可选择的，以向音频输入信号施加20分贝(dB)、26dB、32dB、36dB或其它增益值。在一些实施例中，增益控制电路110可以与积分器104结合操作以提供所选择的增益。积分器104将音频输入信号与来自驱动器108的输出的反馈组合以抑制引入到输出驱动信号中的误差并且改善放大器100的总谐波失真。积分器104可以包含许多顺序连接的积分器级。例如，积分器104可以包含第一积分级和第二积分级，其中第一积分级的输出耦合到第二积分级的输入。积分器104的输出被提供给脉宽调制器106。脉宽调制器106输出代表从积分器104接收的信号的振幅的脉冲流。脉宽调制器106可以包含参考波生成器(例如三角波或斜坡波发生器)和比较器。比较器可以将参考波的振幅与从积分器104接收的信号的振幅进行比较。比较的结果是表示从积分器104接收的信号的振幅的一系列脉冲。脉宽调制器106的输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种D类放大器，其包括：/n输出驱动器，其被配置成驱动扬声器；/n脉宽调制器，其耦合到所述输出驱动器；/n积分器，其耦合到所述脉宽调制器；和/n占空比控制电路，其耦合到所述积分器，所述占空比控制电路被配置成：/n监控所述积分器的输出信号的振幅；以及/n根据所述振幅改变所述输出驱动器的输出处的信号的平均占空比。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种D类放大器，其包括：
输出驱动器，其被配置成驱动扬声器；
脉宽调制器，其耦合到所述输出驱动器；
积分器，其耦合到所述脉宽调制器；和
占空比控制电路，其耦合到所述积分器，所述占空比控制电路被配置成：
监控所述积分器的输出信号的振幅；以及
根据所述振幅改变所述输出驱动器的输出处的信号的平均占空比。


2.根据权利要求1所述的D类放大器，其中所述占空比控制电路进一步包括：
第一比较器，其耦合到所述积分器的输出，所述第一比较器被配置成将所述振幅与第一阈值进行比较；和
第二比较器，其耦合到所述积分器的所述输出，所述第二比较器被配置成将所述振幅与第二阈值进行比较。


3.根据权利要求2所述的D类放大器，其中所述占空比控制电路包括控制电路，所述控制电路被配置成生成积分器控制电压，所述积分器控制电压基于所述第一比较器和所述第二比较器的所述输出来设定所述平均占空比。


4.根据权利要求1所述的D类放大器，其中所述占空比控制电路被配置成：
基于所述振幅低于第一阈值来降低所述平均占空比；和
基于所述振幅高于第二阈值来增加所述平均占空比；
其中所述第一阈值高于所述第二阈值。


5.根据权利要求1所述的D类放大器，其中所述占空比控制电路包括状态机，所述状态机被配置成基于所述振幅来确定所述平均占空比是被设定为高值、中间值还是低值。


6.根据权利要求1所述的D类放大器，其中所述占空比控制电路包括占空比调整电路，所述占空比调整电路被配置成在多个步骤中增加所述平均占空比，其中所述步骤中的每一者响应于所述振幅的增加而相继地增加所述平均占空比。


7.根据权利要求6所述的D类放大器，其中所述占空比调整电路被配置成在多个步骤中减少所述平均占空比，其中所述步骤中的每一者响应于所述振幅的减少而相继地减少所述平均占空比。


8.根据权利要求7所述的D类放大器，其中应用到将所述平均占空比增加给定量的步骤的数目少于应用到将所述平均占空比减少所述给定量的步骤的数目。


9.根据权利要求1所述的D类放大器，其中所述占空比控制电路被配置成响应于所述振幅的改变以第一速率增加所述平均占空比并且以第二速率减少所述平均占空比，其中所述第一速率高于所述第二速率。


10.一种音频放大器集成电路，其包括：
输出驱动器，其被配置成驱动扬声器线圈；
脉宽调制器，其被配置成生成提供给所述输出驱动器的输入的脉冲信号；
积分器，其被配置成生成将由所述脉宽调制器调制的音频信号；和
占空比控制电路，其被配置成：
监控由所述积分器生成的所述音频信号的振幅；
基于所述振幅，确定在所述输出驱动器的输出处产生的信号的所选择的平均占空比；和
生成控制信号，所述控制信号使所述积分器将所述输出驱动器的所述输出处的所述信号的所述平均占空比调整为所述所选择的平均占空比。


11.根据权利要求10所述的音频放大器集成电路，其中所述占空比控制电路进一步包括：
第一比较器，其耦合到所述积分器的输出，所述第一比较器被配置成将所述振幅与第一阈值进行比较；和
第二比较器，其耦合到所述积分器的所述输出，所述第二比较器被配置成将所述振幅与第二阈值进行比较；
其中所述第一阈值不同于所述第二阈值。


12.根据权利要求11所述的音频放大器集成电路，...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖建权，王修远，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US