具有多个独立输出级的D类放大器制造技术

技术编号:26611196 阅读:42 留言:0更新日期:2020-12-04 21:37
D类放大器包括第一/第二独立输出级,第一/第二独立输出级接收第一/第二电源电压以用于在基于输出功率电平选择的第一/第二操作模式期间驱动负载。旁路开关在第一/第二操作模式期间将第二输出级与输出断开/连接。通过修整顺次地匹配第一/第二比率和第一/第二RC时间常数。第一/第二比率是差分第一/第二路径中的反馈电阻与输入电阻的比率。第一/第二RC时间常数的R是第一/第二匹配比率的电阻。第一/第二RC时间常数的C是第一/第二路径中的积分电容。对于多个功率轨中的每个,斜坡幅度是基于感测到的电压的。同时,驱动器级从第一功率轨切换到第二功率轨,量化器从第一斜坡幅度切换到第二斜坡幅度,以实现恒定的组合量化器/驱动器级增益。根据感测到的负载电流,可以确定相应的驱动器级输出阻抗的IR降,并将其添加到环路滤波器的输出端以补偿相应的输出阻抗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有多个独立输出级的D类放大器
技术介绍
减少音频放大器的功耗是非常令人期望的,特别是对于因系统约束而具有有限的电池容量的设备,例如便携式设备。在过去,不管是在系统级别还是在电路级别,已经引入了各种解决方案来帮助降低音频放大器的功耗。先前解决方案的示例包括在下文中。首先,D类输出级被用于代替AB类输出级,以通过减少输出级的IR降损耗来改善中到高功率效率。其次,DG类或H类功率放大器被引入以便为D类输出级提供足够的电源,使得D类输出级的开关电容损耗最小,并且因此低功率效率被改善。第三,随后线性放大器被引入以在空闲状态下驱动扬声器负载,其中D类放大器的切换损耗被完全去除,并且空闲功率效率被改善。第四,利用驱动器场效应晶体管(FET)分段来通过减少驱动器FET中的活动部件数量以针对空闲到低功率效率进一步减少开关电容损耗。第五,利用空闲状态下的较低开关频率来减少开关损耗。第六,根据输出功率电平进行动态偏置以减少电路静态功率。第七,采用噪声选通(noisegating)以在输出功率电平低于阈值的情况下关闭D类放大器。在某些用户应用中,最近的追求是不进行噪声选通,而是在空闲状态下使放大器处于全节流(full-throttle)状态,因此间歇性的白背景噪声和/或任何其他显著的性能差异(例如,双模态空闲信道噪声(ICN)和总谐波失真加噪声(THDN)可以被避免。因此,相对于现有技术方案,需要针对空闲低功率操作进行另一轮损耗减少,其中目标是将总芯片功耗减少约一半。
技术实现思路
在一个实施例中,本公开提供了具有低功耗模式的D类放大器。D类放大器包括第一独立输出级和第二独立输出级,该第一独立输出级和第二独立输出级接收相应的第一电平电源电压和第二电平电源电压,以用于在相应的第一操作模式和第二操作模式期间驱动耦合到D类放大器的输出端的负载。D类放大器还包括旁路开关,该旁路开关可控制为在第一操作模式期间将第二输出级与所述输出端断开,并且在第二操作模式期间将第二输出级连接到所述输出端。基于D类放大器的输出功率电平来选择第一操作模式和第二操作模式。在另一个实施例中,本公开提供了一种用于操作具有低功耗模式的D类放大器的方法。该方法包括提供第一独立输出级和第二独立输出级,该第一独立输出级和第二独立输出级接收相应的第一电平电源电压和第二电平电源电压,用于在相应的第一操作模式和第二操作模式期间驱动耦合到D类放大器的输出端的负载,并控制旁路开关以在第一操作模式期间将第二输出级与所述输出端断开,并且在第二操作模式期间将第二输出级连接到所述输出端。基于D类放大器的输出功率电平来选择第一操作模式和第二操作模式。在又一个实施例中,本公开提供一种用于改善D类放大器中的宽带共模抑制比(CMRR)的方法。该方法包括以第一修整方式匹配第一比率和第二比率,以及在以第一修整方式匹配第一比率和第二比率之后,以第二修整方式匹配第一RC时间常数和第二RC时间常数。D类放大器包括耦合到差分第一路径和第二路径的积分器。第一比率是第一路径中的反馈电阻与输入电阻的比率。第二比率是第二路径中的反馈电阻与输入电阻的比率。第一RC时间常数的R是具有第一匹配比率的电阻,并且第一RC时间常数的C是在第一路径中的积分电容。第二RC时间常数的另一个R是第二匹配比率的电阻,并且第二RC时间常数的另一个C是第二路径中的积分电容。在又一个实施例中,本公开提供一种D类放大器,该D类放大器包括耦合到差分第一路径和第二路径的积分器。第一路径和第二路径均包括反馈电阻、输入电阻和积分电容。第一比率是第一路径中的反馈电阻和输入电阻的比率,并且第二比率是第二路径中的反馈电阻和输入电阻的比率。第一比率和第二比率能够以第一修整方式匹配。第一RC时间常数的R为第一匹配比率的电阻,并且第一RC时间常数的C为第一路径中的积分电容,并且第二RC时间常数的另一个R为第二匹配比率的电阻,并且第二RC时间常数的另一个C是第二路径中的积分电容。第一RC时间常数和第二RC时间常数能够以第二修整方式匹配。在又一个实施例中,本公开提供了一种由具有量化器和驱动器级的D类放大器执行的方法。量化器和驱动器级具有组合增益。该方法包括针对D类放大器的多个功率轨中的每个功率轨:感测该功率轨的电压值并基于感测到的电压值确定斜坡幅度。该方法还同时包括:将驱动器级从使用多个功率轨中的第一功率轨切换到使用多个功率轨中的第二功率轨,以及将量化器从使用与第一功率轨关联的斜坡幅度切换为使用与第二功率轨关联的斜坡幅度,使得组合增益恒定。在又一个实施例中,本公开提供了一种用于减少D类放大器中的失真的方法,该D类放大器具有可在具有不同相应的输出阻抗的多种模式下操作的驱动器级。该方法包括感测D类放大器的负载处的电流。该方法还包括基于感测到的电流,确定驱动器级的相应输出阻抗的IR降。该方法还包括将IR降添加到D类放大器的环路滤波器输出端以补偿驱动器级的相应输出阻抗。本公开的第一实施例是一种用于为D类放大器提供高性能、低功耗模式的方法和系统。对于D类放大器,利用旁路开关将多轨输出级以及用于来自不同电平电源电压的输出级的相应预驱动器互连在一起。旁路开关以一种方式被控制成使得D类放大器的负载仅由不同电平的电源电压中的一个供电。基于D类放大器的目标输出功率电平选择不同电平电源电压中的该单个且仅一个的电源电压。本公开的第二实施例是用于减少D类放大器中的失真的方法和系统,该D类放大器具有输出阻抗可以变化的输出级。在D类放大器的负载处感测电流。基于感测到的电流,针对相应的输出阻抗确定整个输出级的IR降。IR降被添加到D类放大器的环路滤波器输出端,以补偿输出级的相应输出阻抗。此外,基于感测到的电流,确定负载电流零交叉的位置,并且允许输出阻抗在负载电流零交叉的位置处变化。可替代地,确定负载电压零交叉的位置,并且允许输出阻抗在负载电压零交叉的位置处变化。第三实施例是用于改善D类放大器中的宽带共模抑制比(CMRR)的方法和系统。高精度修整被用于匹配第一对差分路径之间的反馈电阻与输入电阻的比率。高精度修整被用于匹配第一积分器周围的第二对差分路径之间的RC时间常数,其中RC时间常数的R是反馈电阻并联输入电阻的总电阻,并且RC时间常数的C是所关联的第一积分器的积分电容。第四实施例是一种用于为D类放大器提供功率轨之间的无毛刺转变的方法和系统,使得对于D类放大器的输出级具有恒定的增益。优选并行地或同时地感测每个功率轨的电压值。基于每个功率轨的感测到的电压值,确定每个功率轨的相应的斜坡幅度。基于输出级使用的功率轨,使用相应的斜坡幅度,使得输出级的增益恒定。第一实施例可以通过减少内部电路的功耗以及与总输出电容(例如,寄生电容和外部电磁干扰(EMI)电容)相关的损耗来改善空闲和低输出功率电平附近的系统功率效率。第二、第三和第四实施例可以保持电路性能(即,THDN、弹出式点击等),以便实现一个整体实用的D类音频放大器,该放大器可实现低噪声、低失真和覆盖0-100%输出功率范围的最佳功率效率。附图说明图1A是示例个人音频设备的图示。图1B是个人音频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有低功耗模式的D类放大器,包括:/n第一独立输出级和第二独立输出级,所述第一独立输出级和所述第二独立输出级接收相应的第一电平电源电压和第二电平电源电压,以用于在相应的第一操作模式和第二操作模式期间驱动耦合到所述D类放大器的输出端的负载;/n旁路开关,所述旁路开关能够控制成在所述第一操作模式期间将第二输出级与所述输出端断开,并且在所述第二操作模式期间将所述第二输出级连接到所述输出端;并且/n其中,所述第一操作模式和所述第二操作模式是基于所述D类放大器的输出功率电平选择的。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171110 US 62/584,3511.一种具有低功耗模式的D类放大器,包括:
第一独立输出级和第二独立输出级,所述第一独立输出级和所述第二独立输出级接收相应的第一电平电源电压和第二电平电源电压,以用于在相应的第一操作模式和第二操作模式期间驱动耦合到所述D类放大器的输出端的负载;
旁路开关,所述旁路开关能够控制成在所述第一操作模式期间将第二输出级与所述输出端断开,并且在所述第二操作模式期间将所述第二输出级连接到所述输出端;并且
其中,所述第一操作模式和所述第二操作模式是基于所述D类放大器的输出功率电平选择的。


2.根据权利要求1所述的D类放大器,还包括:
第一独立预驱动器级和第二独立预驱动器级,所述第一独立预驱动器级和所述第二独立预驱动器级接收相应的第一电平电源电压和第二电平电源电压,以用于驱动相应的第一独立输出级和第二独立输出级;
其中,在所述第二操作模式期间,所述第一预驱动器级被置于低功耗状态;并且
其中,在所述第一操作模式期间,所述第二预驱动器级被置于低功耗状态。


3.根据权利要求1所述的D类放大器,
其中,第一输出级和第二输出级包括驱动负载的相应的第一切换器件和第二切换器件;并且
其中,在所述第二操作模式期间,所述第一切换器件被置于高阻抗状态;并且
其中,在所述第一操作模式期间,所述第二切换器件被置于高阻抗状态。


4.根据权利要求1所述的D类放大器,还包括:
第三独立输出级,所述第三独立输出级接收第三电平电源电压,以用于在第三操作模式期间驱动所述负载,其中,所述第三电平电源电压大于所述第二电平电源电压且小于所述第一电平电源电压;
第二旁路开关,所述旁路开关能够控制成在所述第三操作模式期间将第三输出级与所述输出端断开,并且在所述第三操作模式期间将所述第三输出级连接到所述输出端;并且
其中,所述第一操作模式、所述第二操作模式和所述第三操作模式是基于所述D类放大器的输出功率电平选择的。


5.根据权利要求4所述的D类放大器,还包括:
第三独立预驱动器级,所述第三独立预驱动器级接收所述第三电平电源电压,以用于驱动所述第三独立输出级;
其中,在所述第二操作模式期间,所述第一预驱动器级和所述第三预驱动器级被置于低功耗状态;
其中,在所述第一操作模式期间,所述第二预驱动器级和所述第三预驱动器级被置于低功耗状态;并且
其中,在所述第三操作模式期间,所述第一预驱动器级和所述第二预驱动器级被置于低功耗状态。


6.根据权利要求4所述的D类放大器,
其中,第一输出级、所述第二输出级和所述第三输出级包括驱动所述负载的相应的第一切换器件、第二切换器件和第三切换器件;并且
其中,在所述第二操作模式期间,所述第一切换器件和所述第三切换器件被置于高阻抗状态;
其中,在所述第一操作模式期间,所述第二切换器件和所述第三切换器件被置于高阻抗状态;并且
其中,在所述第三操作模式期间,所述第一切换器件和所述第二切换器件被置于高阻抗状态。


7.根据权利要求1所述的D类放大器,
其中,在从所述第一操作模式到所述第二操作模式的转变期间,所述旁路开关被控制成在通过第一输出级的从所述负载到地的第一路径断开之前,建立通过第二输出级的从所述负载到地的第二路径;并且
其中,在从所述第二操作模式到所述第一操作模式的转变期间,所述旁路开关被控制成进行等待,直到建立通过所述第一输出级的从所述负载到地的所述第一路径,才断开通过所述第二输出级的从所述负载到地的第二路径。


8.根据权利要求1所述的D类放大器,
其中,所述第一操作模式和所述第二操作模式之间的转变是在所述负载的两个端子都连接到由所述第一独立输出级和所述第二独立输出级两者共享的功率轨的时刻进行的。


9.根据权利要求8所述的D类放大器,
其中,由所述第一独立输出级和所述第二独立输出级两者共享的功率轨被接地。


10.根据权利要求1所述的D类放大器,
其中,在脉宽调制(PWM)周期的开始时进行所述第一操作模式和所述第二操作模式之间的转变,所述脉宽调制(PWM)周期的开始发生在所述负载的两个端子都连接到由所述第一独立输出级和所述第二独立输出级两者共享的功率轨时。


11.根据权利要求1所述的D类放大器,
其中,从所述第一操作模式到所述第二操作模式的转变以及从所述第二操作模式到所述第一操作模式的转变是在到所述D类放大器的基带输入信号的电流零交叉处或电压零交叉处进行的。


12.根据权利要求11所述的D类放大器,还包括:
所述D类放大器的数据路径中的缓冲器,所述缓冲器被用于确定在所述输出功率电平升高到阈值以上之前,所述基带输入信号的电流零交叉或电压零交叉的位置;并且
其中,在所确定的位置处进行从所述第二操作模式到所述第一操作模式的转变。


13.根据权利要求1所述的D类放大器,
其中,集成电路包括所述D类放大器;
包括在所述集成电路中的电源电压缓冲放大器,所述电源电压缓冲放大器接收在所述集成电路外部生成的第三电平电源电压,其中所述电源电压缓冲放大器使用所述第三电平电源电压来生成提供给所述第二独立输出级的所述第二电平电源电压。


14.根据权利要求1所述的D类放大器,
电源电压缓冲放大器,所述电源电压缓冲放大器将所述第一电平电源电压提供给所述第一独立输出级;
其中,响应于从所述第一操作模式转变到所述第二操作模式的指示,在从所述第一操作模式到所述第二操作模式的转变之前,所述电源电压缓冲放大器将提供给第一输出级的所述第一电平电源电压降低到所述第二电平电源电压;并且
其中,响应于从所述第二操作模式转变到所述第一操作模式的指示,在从所述第二操作模式到所述第一操作模式的转变之前,所述电源电压缓冲放大器将提供给所述第一输出级的所述第二电平电源电压升高到所述第一电平电源电压。


15.一种用于操作具有低功耗模式的D类放大器的方法,包括:
提供第一独立输出级和第二独立输出级,所述第一独立输出级和所述第二独立输出级接收相应的第一电平电源电压和第二电平电源电压,以用于在相应的第一操作模式和第二操作模式期间驱动耦合到所述D类放大器的输出端的负载;
控制旁路开关以在所述第一操作模式期间将第二输出级与所述输出端断开,并且在所述第二操作模式期间将所述第二输出级连接到所述输出端;并且
其中,所述第一操作模式和所述第二操作模式是基于所述D类放大器的输出功率电平选择的。


16.根据权利要求15所述的方法,还包括:
提供第一独立预驱动器级和第二独立预驱动器级,所述第一独立预驱动器级和所述第二独立预驱动器级接收所述相应的第一电平电源电压和第二电平电源电压,以用于驱动所述相应的第一独立输出级和第二独立输出级;
在所述第二操作模式期间,将所述第一预驱动器级置于低功耗状态;以及
在所述第一操作模式期间,将所述第二预驱动器级置于低功耗状态。


17.根据权利要求15所述的方法,还包括:
其中,第一输出级和所述第二输出级包括驱动所述负载的相应的第一切换器件和第二切换器件;以及
在所述第二操作模式期间,将所述第一切换器件置于高阻抗状态;以及
在所述第一操作模式期间,将所述第二切换器件置于高阻抗状态。


18.根据权利要求15所述的方法,还包括:
提供第三独立输出级,所述第三独立输出级接收第三电平电源电压,以用于在第三操作模式期间驱动所述负载,其中,所述第三电平电源电压大于所述第二电平电源电压且小于所述第一电平电源电压;
控制第二旁路开关以在所述第三操作模式期间将第三输出级与所述输出端断开,并且在所述第三操作模式期间将所述第三输出级连接到所述输出端;并且
其中,所述第一操作模式、所述第二操作模式和所述第三操作模式是基于所述D类放大器的输出功率电平选择的。


19.根据权利要求18所述的方法,还包括:
提供第三独立预驱动器级,所述第三独立预驱动器级接收所述第三电平电源电压,以用于驱动所述第三独立输出级;
在所述第二操作模式期间,将所述第一预驱动器级和所述第三预驱动器级置于低功耗状态;
在所述第一操作模式期间,将所述第二预驱动器级和所述第三预驱动器级置于低功耗状态;以及
在所述第三操作模式期间,将所述第一预驱动器级和所述第二预驱动器级置于低功耗状态。


20.根据权利要求18所述的方法,还包括:
其中,第一输出级、所述第二输出级和所述第三输出级包括驱动所述负载的相应的第一切换器件、第二切换器件和第三切换器件;以及
在所述第二操作模式期间,将所述第一切换器件和所述第三切换器件置于高阻抗状态;
在所述第一操作模式期间,将所述第二切换器件和所述第三切换器件置于高阻抗状态;以及
在所述第三操作模式期间,将所述第一切换器件和所述第二切换器件置于高阻抗状态。


21.根据权利要求15所述的方法,还包括:
在从所述第一操作模式到所述第二操作模式的转变期间,控制所述旁路开关在通过第一输出级的从所述负载到地的第一路径断开之前,建立通过所述第二输出级的从所述负载到地的第二路径;以及
在从所述第二操作模式到所述第一操作模式的转变期间,进行等待,直到建立通过第一输出级的从所述负载到地的所述第一路径,才控制所述旁路开关将通过所述第二输出级的从所述负载到地的所述第二路径断开。


22.根据权利要求15所述的方法,
其中,所述第一操作模式和所述第二操作模式之间的转变是在所述负载的两个端子都连接到由所述第一独立输出级和所述第二独立输出级两者共享的功率轨的时刻进行的。


23.根据权利要求22所述的方法,
其中,由所述第一独立输出级和所述第二独立输出级两者共享的功率轨被接地。


24.根据权利要求15所述的方法,
其中,所述第一操作模式和所述第二操作模式之间的转变是在脉宽调制(PWM)周期的开始时进行的,所述脉宽调制(PWM)周期的开始发生在所述负载的两个端子都连接到由所述第一独立输出级和所述第二独立输出级共享的功率轨时。


25.根据权利要求15所述的方法,
其中,从所述第一操作模式到所述第二操作模式的转变以及从所述第二操作模式到所述第一操作模式的转变是在到所述D类放大器的基带输入信号的电流零交叉处或电压零交叉处进行的。


26.根据权利要求25所述的方法,还包括:
在所述D类放大器的数据路径中使用缓冲器来确定在所述输出功率电平升高到阈值以上之前,所述基带输入信号的电流零交叉或电压零交叉的位置;并且
其中,在所确定的位置处进行从所述第二操作模式到所述第一操作模式的转变。


27.根据权利要求15所述的方法,还包括:
其中,集成电路包括所述D类放大器;
通过包括在所述集成电路中的电源电压缓冲放大器来接收在所述集成电路外部生成的第三电平电源电压;以及
通过所述电源电压缓冲放大器使用所述第三电平电源电压来生成提供给所述第二独立输出级的所述第二电平电源电压。


28.根据权利要求15所述的方法,
提供电源电压缓冲放大器,所述电源电压缓冲放大器将所述第一电平电源电压提供给所述第一独立输出级;
其中,响应于从所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:何朝辉拉胡尔·辛格姜若辛
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

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