采用交织信号进行脉冲宽度调制纹波抑制的放大器制造技术

本发明专利技术描述了一种具有改进的失真特性的放大器(300)。放大器(300) 包括响应于修改的输入信号(325)和一个或多个载波信号(390)而生成交 织PWM脉冲的交织PWM放大器。放大器(300)的交织PWM脉冲被用于 驱动功率级(315)，诸如，反向电流功率级。放大器(300)还包括，响应 于修改的输入信号(325)和一个或多个另外的载波信号(390)来提供交织 PWM脉冲的交织PWM发生器(370)。PWM发生器(370)使用的载波信 号的相位可以不同于交织PWM放大器(305)用来生成其交织PWM脉冲时 所使用的载波信号。在生成修改的输入信号时使用一个或多个反馈电路 (350，375)。更具体地，(一个或多个)反馈电路基于待放大的输入信号(360) 和交织PWM发生器(470)的交织PWM脉冲来生成修改的输入信号(325)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及放大器，更具体地，涉及采用交织信号进行PWM紋波 抑制的交织放大器。
技术介绍
通过集成作为开关的输出器件，而不是集成必须消耗大量功率的线性器 件，音频应用中已经使用脉冲宽度调制(PWM)放大来提高效率。在PWM 放大器中，音频输入信号被转换为脉冲宽度调制波形。为此，向放大器提供 音频信号，以基于，例如，音频信号的幅度来调整超声波矩形波形的宽度。 使用已调制的波形来驱动一个或多个作为开关的输出器件，这些输出器件或 者是完全饱和的或者是关断的。通常利用开关功率晶体管来实现输出器件， 将它们排列成半桥对，从该半桥对中的一个器件将正电压切换到输出端，同 时另一器件将负电压切换到输出端。可以向低通滤波器的输入端提供切换后 的输出信号，以试图消除超出所希望的输出波形的频谙的谐波信号和旁带信 号。使用经过滤波的模拟信号来驱动诸如扬声器等负载。一组脉沖宽度调制放大器架构，被称为D类放大器，理论上具有100% 的效率，因为，输出晶体管或者完全开，或者完全关。然而，这些放大器可 能有问题，因为，必须精确控制晶体管的开关时间。在D类放大器中，开关 以时间交替的方式工作。理想地，开关被精确地定时，使得一个晶体管瞬时 关断，同时另一个晶体管瞬时接通。如果开关不是精确定时的，正的和负的 开关器件可能同时接通，导致高直通(shoot-through)电流，这将破坏放大 器系统中下一级的电路。因此，实际中，可以在一个晶体管关断和另一个晶 体管接通的时刻之间有意地引入延迟。两个开关都没有接通时的两个开关的 导通间隔之间的时间被称为死时间(deadtime)。死时间可能导致变形，因此， 应该被最小化。相反，此时间量不充分则会导致不希望出现的直通电流。可从位于印地安纳州的埃尔克哈特的Crown Audio International购买到 解决直通电流和死时间问题的放大器。将一些CrownAudio放大器中使用的10放大器架构被称作各种不同的名称，包括反向电流放大器、平衡电流放大器(BCA )，以及I类，，放大器。在该放大器架构中，对应于已调制的波形的正负开关脉沖在时间上互相交织。当音频输入信号处于零点交叉时，即，在这种情况下在放大器输出端不提供信号，此交织脉冲以50%占空因数的重 叠方式将开关接通和关断。于是，通过开关相互直通连接的正负电源相互抵 消，从而提供零输出信号。当待放大的进入信号超过零点交叉并进入正电压 状态时，交织脉冲的占空因数是，使得直通连接正电源的开关的占空因数增 大。当进入信号降到零点交叉以下并进入负状态时，发生相反的情况。尽管此反向电流放大器架构相比常规的PWM放大器提供了显著的改 善，但仍然可以对此架构进行改善。例如，如将在以下进一步阐明的，可以 通过使用智能设计的反馈系统来对利用相互交织的多个反向电流放大器的 放大系统的失真结果进行改善。
技术实现思路
以下描述具有改善的失真特性的放大器。该放大器包括交织PWM放大 器，该交织PWM放大器响应于修改的输入信号和一个或多个载波信号而生 成交织的PWM脉冲。放大器的交织PWM脉沖被用来驱动功率级，诸如反 向电流功率级。此放大器还包括交织PWM发生器，该交织PWM发生器响 应于修改的输入信号和一个或多个另外的载波信号而提供交织PWM脉沖。 PWM发生器使用的载波信号的相位可以不同于交织PWM放大器用来生成 交织PWM脉冲时所使用的载波信号。在生成修改的输入信号时使用 一个或 多个反馈电路。更具体地，(一个或多个)反馈电路基于待放大的输入信号 和交织PWM发生器的交织PWM脉冲，生成修改的输入信号。可以使用多个反馈电路。为此，可以实现第一反馈电路来反馈交织放大 器的功率级的输出，以生成第一反馈信号，同时，可以实现第二反馈电路来 反馈PWM发生器的交织PWM脉冲，以生成第二反馈信号。可使用组合器 电路来组合输入信号、第一反馈信号和第二反馈信号，以生成修改的输入信 号。可控制各个放大器部分的信号传递特性，以满足所期望的失真降低程 度。例如，可组合交织PWM放大器和第一反馈电路，以表现出第一信号传 递特性，同时，可组合交织PWM发生器和第二反馈电路，以表现出第二信号传递特性。可选择第一和第二转移特性，使得它们之间的比例在放大器的输出波段的至少预定部分上与Nl和nn之间的比值相同，其中，Nt是交织PWM发生器的交织阶数，nn是交织PWM放大器的交织阶数。在一些放大器实现方式中，交织PWM放大器的交织阶数可以是一 (没有交织)。在研究下面的附图和详细说明之后，本领域技术人员将会明白本专利技术的其它系统、方法、特征以及优点。所有这样的其它系统、方法、特征以及优点都应当包含在该描述中、属于本专利技术的保护范围，并通过下述的权利要求得到保护。附图说明参考以下附图和说明可以更好地理解本专利技术。不需要对图中的组件进行比例缩放、强调，通过这些组件的布置即可阐明本专利技术的原理。并且，在这些附图中，同样的附图标记表示不同视图中的相对应部件。图l是可用于实现图3到5所示的放大器系统的交织放大器的一个例子的示意性框图2是示出图1所示的交织放大器的操作的信号图3是使用从载波生成的交织PWM反馈信号的放大器的一个例子的框图，其中，此载波的相位不同于用来生成提供给放大器的功率级的PWM驱动信号的载波；图4是使用从载波生成的交织PWM反馈信号的放大器系统的另一例子的框图，其中，此载波的相位不同于用来生成提供给放大器的功率级的PWM驱动信号的载波；图5是使用从载波生成的交织PWM反馈信号的放大器系统的又一例子的框图，其中，此载波的相位不同于用来生成提供给放大器的功率级的PWM驱动信号的载波；图6是使用交织PWM反馈信号的放大器系统的另 一例子的框图，其中，可由衰减电路和延迟电路的特性来确定反馈信号的所希望的特性；图7示出了可用来实现图3到6所示的一个或多个放大器系统的一些相关操作；图8示出了可用来实现图3到6所示的一个或多个放大器系统的一些相关操作，其中，除了交织PWM反馈信号之外，还使用放大器功率级的输出12信号来生成提供给交织PWM放大器的修改的输入信号；图9是使用交织PWM信号进行PWM紋波抑制的另 一放大器系统的框图IO示出了用来实现图9所示的放大器系统的一些交织操作。具体实施例方式为了理解以下阐明的范例交织放大器系统，对更常规的PWM放大器的输出信号频谱进行理解是有帮助的。更具体地，自然的双边PWM处理的输出信号频谱可表示f化)《 1V 2 」 、2 」(公式1)_M是调制指数，其中，OSMSl.O①s是信号频率，单位为弧度/秒C0c是PWM载波/开关频率，单位为弧度/秒V。是PWM波形的峰输出电压m是载波频带的整数谐波级次1 S m S oon是旁带级次-oo S n S a)首项余弦项是处理所希望的信号，其输入是弧度频率C0s的余弦，其幅度相对于调制三角波形的比例是M。以单位幅度余弦形式给出三角波形如下v(/) = ~y Z iCos(mwc/) (公式2)m=l,3,5..W公式1的第二部分由调制三角波的谐波(m)和各个谐波附近的旁带对(±n)组成。各个旁带的幅度由第一类贝塞尔函数Jn (n阶)、调制指数M的函数，以及谐波级次m给出。由于m和n总是整数，所以正弦乘积项具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种放大器，包括：　交织ＰＷＭ放大器，其响应于修改的输入信号和一个或多个载波信号而生成交织ＰＷＭ脉冲，以驱动所述交织ＰＷＭ放大器的功率级；　交织ＰＷＭ发生器，其响应于修改的输入信号和一个或多个另外的载波信号，提供交织ＰＷＭ脉冲；以及　一个或多个反馈电路，其响应于输入信号和所述交织ＰＷＭ发生器的所述交织ＰＷＭ脉冲，生成所述修改的输入信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.7.12 US 11/485,6121. 一种放大器，包括交织PWM放大器，其响应于修改的输入信号和一个或多个载波信号而生成交织PWM脉冲，以驱动所述交织PWM放大器的功率级；交织PWM发生器，其响应于修改的输入信号和一个或多个另外的载波信号，提供交织PWM脉冲；以及一个或多个反馈电路，其响应于输入信号和所述交织PWM发生器的所述交织PWM脉冲，生成所述修改的输入信号。2. 如权利要求1所述的放大器，其中，所述一个或多个另外的载波信号在 相位上不同于所述交织PWM放大器用来生成其交织PWM脉冲所使用的所 述一个或多个载波信号。3. 如权利要求1所述的放大器，其中所述一个或多个反馈电路包括 第一反馈电路，其布置成，反馈所述交织放大器的功率级的输出，以生成第一反馈信号；第二反馈电路，其布置成，反馈所述PWM发生器的交织PWM脉冲， 以生成第二反馈信号；组合器电路，其布置成，组合所述输入信号、所述第一反馈信号以及所 述第二反馈信号，以生成所述修改的输入信号。4. 如权利要求3所述的放大器，其中，所述交织PWM放大器和所述第一 反馈电^^进行组合，以展现出第一信号传递特性，其中，所述交织PWM发 生器和所述第二反馈电路进行组合，以展现出第二信号传递特性，其中，所 述第一信号传递特性和所述第二信号传递特性在放大器的输出带宽的至少 预定部分上相互成比例，并且它们之间的比例和Ni与Nn之比相同，并且其 中，N^是所述交织PWM发生器的交织阶数，Nw是所述交织PWM放大器 的交织阶数。5. 如权利要求1所述的放大器，其中，所述交织PWM放大器的交织阶数 为一。6. —种放大器，包括交织阶数N^1的交织PWM放大器，其中，所述交织放大器响应于修 改的输入信号和一个或多个载波信号而生成交织PWM脉冲，以驱动所述交 织PWM放大器的功率级；交织阶数Npl的交织PWM发生器，其中，所述交织PWM发生器响应 于修改的输入信号和一个或多个另外的载波信号，提供交织PWM脉沖；一个或多个反馈电路，其组合输入信号和所述交织PWM发生器的交织 PWM脉冲，以生成所述+f改的输入信号。7. 如权利要求6所述的放大器，其中，提供给所述交织PWM发生器的一 个或多个另外的载波信号在相位上不同于提供给所述交织放大器的一个或 多个载波信号。8. 如权利要求6所述的放大器，其中Nn和Nl是偶数。9. 如权利要求6所述的放大器，其中NN=2并且NL=2。10. 如权利要求6所述的放大器，其中，所述一个或多个反馈电路包括 第一反馈电路，其布置成，反馈所述交织放大器的功率级的输出，以生成第一反馈信号；第二反馈电路，其布置成，反馈所述PWM发生器的交织PWM脉沖， 以生成第二反馈信号；组合器电路，其布置成，组合所述输入信号、所述第一反馈信号以及所 述第二反馈信号，以生成所述修改的输入信号。11. 如权利要求10所述的放大器，其中，所述交织PWM放大器和所述第 一反馈电路进行组合，以展现出第一信号传递特性，其中，所述交织PWM 发生器和所述第二反馈电路进行组合，以展现出第二信号传递特性，其中， 所述第一信号传递特性和所述第二信号传递特性在所述放大器的输出带宽 的至少预定部分上相互成比例，并且它们之间的比例与Nl和Nn之比相同。12. 如权利要求11所述的放大器，其中Nn和Nl是偶数。13. 如权利要求11所述的放大器，其中NN=2并且N^2。14. 一种放大器，包括载波发生器电路，其至少提供第一载波输出信号和第二载波输出信号；至少一个脉沖宽度调制器，其响应于所述第一载波输出信号和修改的输 入信号，生成交织脉冲输出驱动信号；至少 一个反向电流输出驱动器，其响应于所述至少 一个脉沖宽度调制器 的所述交织脉沖输出驱动信号，生成用于驱动负载的负载信号；反馈求和电路，其响应于第一次级反馈信号和第二次级反馈信号，生成 提供到所述至少 一个脉冲宽度调制器的所述修改的输入信号；第一反馈电路，其布置成，反馈负载信号的至少一部分，作为所述反馈 求和电路的所述第 一反馈信号；至少一个另外的脉沖宽度调制器，其响应于所述第二载波输出信号和所 述修改的输入信号，生成另外的交织脉冲输出信号；第二反馈电路，其布置成，反馈所述另外的交织脉冲输出信号的至少一 部分，作为所述反馈求和电路的所述第二反馈信号。15. 如权利要求14所述的放大器，其中所述第一载波输出信号和所述第二 载波输出信号在相位上互不相同。16. —种放大器，包括交织放大器部分，其接收修改的输入信号，并提供放大的输出信号，其 中，所述交织放大器部分具有对应于包括一个或多个相位向量的第 一集合的 传递特性GN;交织PWM部分，其接收所述修改的输入信号，并提供交织脉冲输出信 号，其中，所述交织PWM部分具有对应于包括一个或多个相位向量的第二 集合的传递特性GL,该第二集合的一个或多个相位向量不同于所述第一集 合的一个或多个相位向量；求和电路；反馈电路，其布置成，将所述交织放大器部分的所述放大的输出信号的至少一部分反馈给所述求和电路，其中，所述反馈电路具有传递特性HN;另外的反馈电路，其布置成，将所述交织PWM部分的交织脉沖输出信 号的至少一部分反馈给所述求和电路，其中，所述反馈电路具有传递特性 HL;以及其中，所述组合器电路通过从待放大的输入信号中减去所述反馈电路的 输出信号和所述另外的反馈电路的输出信号，生成所述修改的输入信号。17. 如权利要求16所述的放大器，其中，GL Hi在放大器的输出带宽的至 少预定的部分上标称与GN Hn成比例。18. 如权利要求17所述的放大器，其中，传递特性GN对应于交织阶数NN， 传递特性Gt对应于交织阶数NL，并且其中，GL Hi相对于GN Hn的比例 约等于Nt相对于NN的比例。19. 如权利要求16所述的放大器，其中，所述第一集合的相位向量被布置 成相互成角度以等分圆。20. 如权利要求16所述的放大器，其中，所述第二集合的相位向量被布置 成相互成角度以等分圆。21. 如权利要求19所述的放大器，其中，所述第二集合的相位向量等分圆 的角度与所述第 一集合的相位向量等分圆的角度不重合。22. 如权利要求19所述的放大器，其中，所述第一集合的相位向量和所述 第二集合的相位向量进行组合，以等分圆。23. —种放大器，包括交织放大器部分，其接收修改的输入信号，并提供放大的输出信号，其 中，所述交织放大器部分具有传...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰拉尔德·R·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