[发明专利]D类音频放大器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及模拟集成电路，尤其涉及D类功率放大器。

背景技术

近年来，D类放大器已经广泛应用于音频设备。D类放大器具有高效小巧的优点，降低了对散热和电源的要求。D类功率放大器的工作原理是，将模拟或数字音频信号变换成高频脉冲宽度调制(PWM)信号，然后用生成的PWM信号驱动功率MOSFET，这些功率MOSFET或者构成半桥拓扑，或者构成全桥拓扑。最后采用无源低通滤波器将功率MOSFET的输出信号变换为适用于音频扬声器的低频模拟波形信号。

上述D类放大器的实施方法相对简单。然而，要产生高质量的音频信号，这些放大器还有许多值得研究的问题。其中一个主要的问题是，由于电源噪声和非理想输出级造成的输出模拟信号变差。

对于半桥拓扑，由于本质上是单端结构，因此没有共模抑制，放大器电源的所有噪声都会直接耦合到输出。对于数字D类放大器，这种不希望的影响会更加严重，其中的功率MOSFET管在电源和输出之间被切换，并且电源还被用作电压参考。因此，没有附加噪声消除结构的情况下，半桥D类放大器的电源抑制比(PSRR)是无法接受的。与半桥拓扑不同，全桥D类放大器具有足够的共模抑制能力，同样的电源供电，差分输出能够消除电源噪声在输出端的影响。然而，全桥D类放大器仍然会受到电源瞬态特性的影响，这种瞬态特性是由于负载的变化引起直流电源的变化。而且，开关电路中非理想的功率MOSFET管和不匹配也会降低全桥拓扑的PSRR性能。

D类音频放大器所常用的另一种抑制噪声的方法是西格玛-德尔塔(sigma delta)调制器结构。西格玛-德尔塔(sigma delta)调制器将噪声调制为高频，然后采用低通滤波器仅让音频模拟信号输出。图1为现有的D类放大器100的示意图，示出了采用西格玛-德尔塔(sigmadelta)调制器结构来提高噪声抑制能力。现有的D类放大器100在输入端子101接收模拟输入信号(Vin)。西格玛-德尔塔(sigma delta)调制器包括加法电路102、连接到比较器104的积分器103，以及锁存器105，该锁存器105将反馈的输出信号和模拟输入信号(Vin)的差值变换为位信号流，位信号流反映的是施加在原始模拟输入信号(Vin)上的量化的噪声毛刺。开关电路107包括高端MOSFET晶体管107_1和低端MOSFET晶体管107_2，两管工作在交替导通模式，对位信号流进行脉冲调制。为了重新得到原始的PWM输入信号(Vin)，采用简单的LC低通滤波器109来滤除已经调制为高频的噪声毛刺。然而，这种技术对于PWM输入是存在缺陷的，因为输出频率不是被直接控制并且会受到器件变化的影响。而且，现有的D类音频放大器，对于非理想的功率MOSFET晶体管107_1、107_2和积分器103所造成的畸变，没有校正的环节。积分器103的时间常数可能会影响开关电路107的开关速率。而且，开关电路107输出端的电感电流会无意中将驱动控制信号的脉冲宽度延伸或缩短。

发明内容

本发明提供了一种高性能D类音频放大器电路，可以有效地消除噪声和畸变。本发明揭示的D类放大器包括：调制器电路，用来接收PWM输入信号并产生控制信号，驱动控制电路，开关电路和反馈电路。驱动控制电路给开关电路产生驱动控制信号。驱动控制信号包括针对输出信号中噪声和畸变的补偿信号，补偿信号的实现是通过基于控制信号的信息，在每个周期选择是第一脉冲信号还是第二脉冲信号。

本发明还揭示了一种D类音频放大器中降低信号畸变的方法，该方法包括：提供输出反馈信号，将输出反馈信号和输入信号的差值信号量化并获得控制信号；基于控制信号，调制输出信号的占空比，在每个周期结束的时刻补偿输出信号。

本发明采用上述结构和/或方法，通过将输出信号反馈并基于其得到控制信号，滤除调制为高频的噪声毛刺，并调制输出信号的占空比，可以有效地消除噪声和畸变，得到更高品质的音频输出。

附图说明

借助于实施例对本发明给予了详细的描述，并且不限制于附图。

图1示出了现有技术D类音频放大器的结构图，其采用西格玛-德尔塔(sigma delta)调制器拓扑来抑制不希望的噪声。

图2示出了根据本发明一个实施例的D类音频放大器结构图，其具有提供经补偿驱动信号的驱动控制电路。

图3示出了根据本发明一个实施例的驱动控制电路结构图，该驱动控制电路包括第一脉冲宽度调制电路和第二脉冲宽度调制电路。

图4示出了本发明驱动控制电路的一个实施例的示意图。

图5是根据本发明一个实施例的时序图，示出了图4中所示驱动控制信号的工作原理。