[发明专利]脉宽调制器

说明书

技术领域

本发明涉及电磁辐射减少的数字式脉宽调制器。

背景技术

脉宽调制(PWM)是一种广泛流传的技术，利用该技术来依照在给定的间隔内可能有限或无限个值的调制信号调制矩形信号的脉冲宽度。例如，在-15V至15V的范围内的电压信号可被变换成脉宽调制矩形信号，此信号只有两种状态，即，-15V和+15V。脉宽调制矩形信号的占空比代表电压信号(即调制信号)的电压值，由此，在本示例中，占空比50％对应0V，占空比为零对应于-15V，且占空比100％对应于+15V。经调制的矩形信号的频率因而通常是恒定的，并被表示为PWM频率。脉宽调制信号的频谱由调制信号的频谱以及归因于矩形载波信号的其他频谱分量(即PWM频率和相应的高次谐波)构成。因此，可以通过简单的低通滤波从脉宽调制信号中重建原始信号(调制信号)。但是，取决于应用，为了提供对PMW频率与相关谐波的充分的衰减，不得不采用复杂的滤波电路。然而，归因于载波的这些频谱分量通常出现在射频波段，并因此引起不希望的电磁干扰(EMI)。

PWM调制器通常用于开关式电源中。此外，脉宽调制也适用于所谓的D类放大器中的音频信号。为了降低开关式电源中的纹波电压(ripple voltage)或改善数字放大器的信噪比(SNR)，并进一步为了能够实现简单而廉价的滤波电路和提高PWM应用的电磁适应性(EMC)，存在对于改进的PWM方法和相应系统的需求。

发明内容

揭示了一种用于依照数字的输入信号或备选地依照模拟的输入信号调制矩形载波信号的脉宽调制器。该调制器包括：接收数字输入信号并被配置成生成数字输出字的调制单元，其中输出字具有预定义个数字，其包括第一组连续的“1”和第二组连续的“0”数字，并且其中数字“1”的部分代表数字输入信号。该调制器进一步包括被配置成生成伪随机序列的随机数生成器，以及翻转单元，该翻转单元被配置成依照伪随机序列翻转或者不翻转由调制单元提供的输出字，从而提供随机调整的数字脉宽调制输出信号。

附图说明

参照以下附图与说明可以更好地理解本发明。图中的部件无需按比例绘制，重点放在说明本发明的原理上。而且在图中，相似的参考编号指示相应的部分。在附图中：

图1是说明传统的D类放大器的框图；

图2是说明标准PWM调制器的框图；

图3更详细地说明了图2的PWM调制器的功能；

图4是说明根据本发明的一个示例的包括MLS-PWM调制器的D类放大器的框图；

图5更详细地说明了MLS-PWM调制器的一个示范性实施例；

图6通过已调制的PWM信号的时序图说明MLS脉宽调制的效果；以及

图7通过对比传统PWM信号的频谱来说明MLS PWM信号的频谱；

图8示出了MLS-PWM调制器的另一示范性实施例。

具体实施方式

图1是说明了使用PWM调制的全数字D类音频放大器的基本组件的框图。数字输入信号x[n]被供给到数字处理单元10，该数字处理单元10可以执行一些诸如均衡或类似处理的音频信号处理任务。经处理的数字音频信号表示为s[n]，其作为输入信号被供给到PWM调制器20，该PWM调制器20被配置成使用音频信号s[n]来调制矩形载波信号，因而在其输出端提供相应的PWM信号m(t)。该PWM信号m(t)具有预定周期(PWM周期T_PWM)，此周期是PWM频率f_PWM的倒数。PWM信号m(t)通过开关输出级(switching output stage)30被放大，该开关输出级30通常被实现为连接在正负电源线之间的晶体管半桥。经放大的PWM信号由低通滤波器40(备选地可采用带通滤波)进行滤波，并被供给到负载，在此情况下中，该负载为扬声器50。

应该注意的是，D类放大器应该被视为PWM调制器的示范性应用。PWM调制器可有效地应用于其中的其它应用是直流电机的控制、开关模式电源或类似应用。

在下面的讨论中主要使用了数字信号，因此例如离散时间信号x被写成x(n)，其中被方括号括起来的符号n表示时间指数，为整数。类似地，连续的时间信号x被称为x(t)，其中由圆括号括起来的符号t表示时间，为实数。因为在许多情况下数字和模拟的实现可以是等同的，所以如果没有明确指出，下述内容将对数字和模拟信号均适用。