[发明专利]差分输入D类放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉宽调制放大器电路，更具体地，涉及一种差分输入D类电路，其中在电源供应抑制比(PSRR)、噪声和总谐波失真(THD)方面，实现了良好的电路性能。

背景技术

市场上的大多数音频功率放大器是基于AB类放大器的。这种结构提供非常好的总谐波失真加噪声(THD+N)性能，以及相当低的静态电流。但是，AB类推挽式放大器效率不高，只能达到大约60％的效率，这不仅导致功率损失，还需要向功率放大器设置附加的大体积散热器。

随着制造技术的进步，可以制造集成D类音频功率放大器了。D类放大器的一个主要优点是效率，可达到90％以上。通过在功率晶体管处的最大信号摆幅来实现高效率。在传统的简单D类放大器系统中，将诸如音乐信号的模拟输入信号转换成脉冲信号，然后该脉冲信号被分路，并通过电平移动器和驱动器级来驱动输出功率晶体管。通过低通滤波器将放大器的输出端与负载的输入端相连，例如扬声器。很多D类放大器使用脉宽调制器来产生脉冲序列，该脉冲序列与音频信号的幅度成比例地变化脉冲宽度。但是，一些D类放大器也可以用其它类型的脉冲调制器来配置，例如，脉冲密度(pulse density)调制器和自激振荡调制器。

图1中给出具有反馈电路的平衡无变压器(BTL)D类放大器100，其包括前置放大器12、求和放大器14、三角波发生器24、滤波器20、比较器22、锁存器28和输出级16。在输出模拟信号通过前置放大器12之后，将其施加到求和放大器14的正相端口。将输出信号反馈到求和放大器14的负相端口。从求和放大器14产生的信号通过滤波器20，接着被施加到比较器22的正相输入。由三角波发生器24产生比较器22的负相输入。因此，当输出信号高于三角波25的值时，比较器22的输出是高电平，而当输出信号低于三角波25的值时，比较器22的输出是低电平。比较器22的输出是具有与瞬时输入信号电平成比例的占空因数的脉冲序列。向锁存器28输入该脉冲序列，锁存器28将该单端比较器输出转换成到输出级16的差分信号输入，该差分信号输入驱动扬声器18。锁存器28要保证不出现可能发生在比较器状态转移的频率范围中的高频振荡。锁存器28还保证驱动输出级16的两个脉冲决不会交迭。

以上具有反馈电路的BTL D类放大器的一个缺点是其输入端口配置，该输入端口配置只与单端音频源兼容，而不能用于差分输入音频源。

为克服该缺点，一种方法是设计具有差分输入的D类放大器。必须提出一种具有良好系统稳定性的简单的新结构，来提供良好的噪声、总谐波失真加噪声(THD)和电源纹波抑制(PSRR)性能。

全差分误差放大器

图2中示出在许多公开中众所周知的差分放大器。通过适当设定R1 701、R2 702、R3 703和R4 704的值，来获得差分增益。但是，这种普遍使用的差分放大器不能用于差分输出应用。因此，必须设计全差分误差放大器，来用适当的直流偏置设计，满足差分输入信号、差分输出信号和差分反馈信号的要求。

噗声(pop)噪声抑制

在包括D类放大器电路的音频放大器电路中，当打开电源时，通常产生令人不快的异常声音，称作噗声噪声，在更加糟糕的情况中，所产生的噗声噪声可能触发过电流保护电路。

对于差分D类放大器结构，噗声噪声的起因变化不一。在图7a中所提出的差分输入D类放大器中，在没有抗噗声噪声技术的情况下，当启动时，第一偏置电压603从0V上升。因为针对不同块的偏置电压没有足够高到使D类放大器正常工作，所以无法稳定地限定从全差分误差放大器280的差分输出，即第一误差信号281和第二误差信号282。这两个信号在高电平与低电平之间随机振荡。从而在扬声器处听见蜂鸣噪声或噗声噪声。

由于相同原因，在关闭的情况下，当不同块的偏置电压跌落到D类放大器无法正常工作的电平时，在扬声器处听见蜂鸣噪声或噗声噪声。

因此，必须提出一种方法来去除启动或关闭期间的噗声噪声。

发明内容

差分输入D类放大器

本发明的目的是提出一种新的简单差分输入D类结构，其具有良好的系统稳定性和性能，特别是在噪声、THD和PSRR方面。另外，使用外部控制开关，可以将这种新结构配置成无输出变压器(OTL)模式。在本发明中实现了“全差分”的概念，这为差分输入D类音频放大器带来出众性能。