用数字信号处理器增强的脉冲宽度调制放大器制造技术

提供一种带有一个开关模式功率转换器（２０６）的脉冲宽度调制器（ＰＷＭ）声频功率放大器（１０），它可以根据输出电流调节开关模式功率转换器（２０６）的工作率。ＰＷＭ声频功率放大器（１０）可以包括一个数字信号处理器（１８），以便处理一个输入信号和控制开关模式功率转换器（２０６）以使放大输出信号的失真最小。在ＰＷＭ声频功率放大器（１０）内的控制可以包括数字前馈开环控制，或者可以把数字前馈开环控制与模拟负反馈闭环控制相结合，以使输出信号的失真最小。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及脉冲宽度调制(PWM)放大器，更具体地说，涉及把数字信号处理(DSP)结合到PWM声频功率放大器中。
技术介绍
自从真空管时代，用于声频用途的模拟脉冲宽度调制(APWM)就已经流行。在最近几年，数字信号处理器(DSP)或其它数字调制器与用于从数字到模拟的转换的PWM级的集成已经变得越来越流行。典型地，DSP用来直接控制输出功率级的脉冲宽度，例如由“Ultra Low Distortion Digital Power Amplification，”Mark Sandler，Jason Goldberg，Roderick Hiorns，Robert Bowman，MichaelWatson，Peter Ziman，91stAES Convention Preprint 3115(Y-3)，1991年10月和授予Craven的美国专利No.5,548,526描述的那样。尽管数字控制PWM的形成的DSP的应用提供显著的好处，但限制在已知手段中也是存在的。例如，根据控制时钟周期的倍数量化输出脉冲的脉冲宽度。像这样，生成的颗粒性或否则在输出中呈现的粗度典型地通过依赖于计时器的噪声成形方法减小以便统计减小量化误差，例如由“Toward the 24-bit DACNovel Noise-ShapingTopologies Incorporating Correction for the Nonlinearity in the PWMOutput Stage，”Peter Craven，Journal of the AES，Vol.41 No.5，1993年5月描述的那样。然而，噪声成形方法可能把噪声引入到输出中，这大大地增大带外噪声并且有时增大带内噪声。在PWM级的数字控制中，有效地把负反馈施加到功率输出级上的能力被归因于模拟输出信号到数字数据的转换的潜伏状态和在反馈信号的以后数值处理中的潜伏状态大大地减小。约束高频输出噪声的能力要求最大化高频反馈的量。数字化反馈信号的任何尝试都导致在反馈信号中的添加延迟或相位滞后，并且不利地影响高频输出噪声的约束。添加约束困难的是，A/D转换器的噪声底常需要在全刻度下面至少120分贝，它也成为对于输出噪声性能的限制。借助于PWM输出声频信号实现反馈的已知手段要求，从试图对于输入信号比较的任何信号中大大地除去PWM调制频谱。如果这在这些手段不进行，则反馈的使用可能实际增大失真级超过和高于在开环PWM声频功率放大器中发现的失真级。结果，数字调制PWM设计典型地借助于开环前馈校正控制。遗憾的是，这些手段都没有提供改进由在门驱动和要求实现前馈电路的功率电路中的抖动产生的随机噪声底的任何希望。一个PWM输出级具有对于在其电源上的电压的总灵敏度。对于前馈控制PWM输出级，这或者要求电源的精确调节和/或使用到数字调制器的电源电压的快速A/D转换的反馈，以使失真最小。尽管在使失真最小方面是有益的，但调节电源成本显著高于非调节电源。另外，低潜力A/D转换器除在常规模拟PWM调制器中之外典型地包括更多模拟电路。像这样，通过数字调制器的使用除去模拟电路的希望实际上增加了系统中模拟电路的量。当有很小输入信号或没有输入信号时，任何放大器的输出噪声级处于其最低处。PWM放大器也不例外。然而，即使对于很小或没有输入信号，PWM放大器由于在能够产生较大有效输出信号的PWM信号中的计时抖动的非常小量，可能仍然呈现输出噪声级。轨道电压越高(例如放大器越大)抖动可能变得更明显。在输出中的抖动噪声是在输入信号中的声频抖动与来自可能进入PWM信号或调制过程的高频的相互调制项之和。尽管DSP和PWM输出级的先有技术组合提供适当的性能和对于多种非关键用途的足够低失真，但上述限制在高保真用途中变得更显著。在这样要求的用途中，PWM功率放大器的噪声性能经常是临界的，且另外的噪声是不容许的。另外，在数字PWM再生中涉及的计算起到的作用是降低在保真改进中可能有用的借助于DSP进行其它计算的能力。对于要求的用途，功率级的噪声和失真缺陷可能要求除借助于已知手段之外的更准确控制。因而，要求一种用于高保真用途的能够通过克服上述限制补偿失真的PWM输出级。
技术实现思路
本专利技术提供一种能够使失真最小和优化在要求高保真声频用途中的保真性的脉冲宽度调制(PWM)声频功率放大器。PWM声频功率放大器可以包括一个与数字信号处理器(DSP)合作操作的交错功率输出级。利用DSP的信号处理能力和以大于一的总切换工作率操作的交错输出级的能力，可以使失真和其它噪声最小。另外，可以利用基本上不调节的电源而没有过大失真。在一个实施方案中，PWM声频功率放大器包括一个大功率数模转换器(DAC)和一个DSP。DSP与沿一个全数字信号路径的前馈控制一起操作，以根据一个输入信号驱动大功率DAC。数字控制信号可以由沿全数字信号路径到在大功率DAC中包括的一个相反电流放大器(OCA)的DSP提供，以把抽样输入信号均匀地转换成一个连续等效波形。数字控制信号可以由DSP独立地处理，以便独立地控制在OCA中包括的输出级开关的切换工作率。切换工作率的前馈控制可以包括转换器的输出电压和电流以及电源控制电压的考虑，以使失真最小同时优化效率。在另一个实施方案中，PWM声频功率放大器包括一个大功率DAC、一个反馈控制电路及一个DSP。这个实施方案的PWM声频功率放大器是具有在数字域中的强度优点以及在模拟域中强度优点的混合设计。与反馈控制电路合作操作的大功率DAC进行模拟信号处理，其包括高频负反馈控制以使输出信号中的误差最小。反馈控制环路可以包括输出信号的电压和电流以及电源控制电压的考虑。另外，DSP 18可以进行输入信号的数字信号处理以及全数字前馈控制，以把前馈误差校正注入到反馈控制环路中。像这样，在换能器12的负载阻抗范围上的整个VI输出平面的失真可以被补偿，由此提供低噪声和低失真输出信号。熟悉本专业的技术人员在检查如下附图和详细描述时，显然可以发现本专利技术的其它系统、方法、特征及优点。所有这样的附加系统、方法、特征和优点均包括在本说明书中，在本专利技术的范围内，并且由所附权利要求书保护。附图说明在附图中的元件不必按比例，重点放在说明本专利技术的原理。而且，在附图中，类似标号贯穿不同视图指示对应部分。图1是与一个换能器电气联接的脉冲宽度调制(PWM)声频功率放大器的一个实施方案的方块图。图2是在图1中表明的PWM声频功率放大器的一个实施方案的扩展方块图。图3是与一个换能器电气联接的PWM声频功率放大器的另一个实施方案的方块图。图4是在图3中表明的PWM声频功率放大器的一个实施方案的扩展方块图。具体实施例方式以下公开适用于用在高保真声频用途中的一种脉冲宽度调制(PWM)功率放大器的实施方案。PWM功率放大器提供使噪声和失真最小的高保真信号处理，同时提供输入信号放大的适当级。图1是一种脉冲宽度调制(PWM)声频功率放大器10的一个实施方案的方块图。PWM声频功率放大器10最好使用带有优化反馈的双边缘模拟PWM调制操作，以驱动至少一个电气连接的换能器12。换能器12可以是一个声频输出换能器，像例如扬声器，由来自PWM声频功率放大器10的输出信号驱动以产生可听声音。在一个实施方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲宽度调制声频功率放大器（１０），包括：一个开关模式功率转换器（２０６），是可操作的以产生一个放大输出信号作为一个输入信号的函数；一个反馈控制电路（２００），与开关模式功率转换器电气联接，反馈控制电路借助于负反馈是可操 作的以便借助于一个输出信号误差线性化输出信号；及一个数字信号处理器（１８），与反馈控制电路电气联接，数字信号处理器借助于前馈控制是可操作的，以便借助于一个前馈误差信号进一步线性化输出信号。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：GR斯坦利，
申请(专利权)人：哈曼国际工业有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]