專利名稱：D類音頻放大器及其輸出非線性改善方法
D類音頻放大器及其輸出非線性改善方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻放大器領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種改進(jìn)由死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致的輸出非線性 的D類音頻放大器結(jié)構(gòu)及其輸出非線性改善方法。
背景技術(shù)：
由于人耳對(duì)音頻信號(hào)的非線性非常敏感，在音頻放大器設(shè)計(jì)中，輸出線性是一個(gè) 重要考量，通常高質(zhì)量的音頻放大器都要求有IOOdB以上的線性度。目前的音頻放大器的 種類通常包括A類放大器、B類放大器、AB類放大器以及D類放大器等。現(xiàn)有的各種音頻放 大器中，D類音頻放大器雖然在輸出效率上有明顯優(yōu)勢(shì)，但是在輸出線性指標(biāo)上，比A類放 大器、B類放大器等其他類放大器線性功放要差。解決D類音頻放大器的輸出線性是設(shè)計(jì) 中的一個(gè)具挑戰(zhàn)性的課題。如圖1所示，其顯示現(xiàn)有的D類音頻放大器的半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示，現(xiàn)有的D 類音頻放大器，其包括由晶體管P1、Ni、P2、N2構(gòu)成的全橋調(diào)制結(jié)構(gòu)，其中晶體管Ni、P2在 輸入信號(hào)的正半周導(dǎo)通，晶體管N2、Pl在輸入信號(hào)的負(fù)半周導(dǎo)通，晶體管輸出的信號(hào)經(jīng)過 一個(gè)LC振蕩電路之后驅(qū)動(dòng)負(fù)載發(fā)聲。為避免N1、P2和N2、P1兩組晶體管在切換時(shí)，由于延遲等原因發(fā)生兩組晶體管同 時(shí)導(dǎo)通的情況。人為地在兩組晶體管的導(dǎo)通時(shí)間之間設(shè)置一個(gè)時(shí)間差，在這個(gè)時(shí)間差階段， 兩組晶體管都不導(dǎo)通，因此這段時(shí)間稱為死區(qū)時(shí)間。影響D類音頻放大器輸出線性的因素 有很多種，其中死區(qū)時(shí)間就是一個(gè)主導(dǎo)因素。在理想狀態(tài)下，D類音頻放大器在輸入信號(hào)為0的時(shí)候輸出為0，輸出信號(hào)中間有 一段輸出為0的死區(qū)時(shí)間，其輸出波形應(yīng)當(dāng)如圖2所示，在輸出信號(hào)的正半周和負(fù)半周之間 有一段輸出電壓為0的不連續(xù)的波形，這段輸出電壓為0的波形的寬度即為死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng) 度。如果在前述理想狀態(tài)下，則可以采用補(bǔ)償?shù)姆绞綇浹a(bǔ)死區(qū)時(shí)間造成的波形非線性。但現(xiàn)有的D類音頻放大器電路，經(jīng)晶體管放大輸出的音頻信號(hào)需要通過LC振蕩電 路濾波，在第一晶體管關(guān)斷時(shí)，由于LC振蕩電路的電感儲(chǔ)存的能量釋放，會(huì)出現(xiàn)負(fù)載電流 反向流動(dòng)的情形，導(dǎo)致所謂的電源逆充電效應(yīng)(Power BusPump)，此時(shí)輸出電壓的波形如圖 3所示，輸出電壓波形的非連續(xù)階段并非理想狀態(tài)的輸出電壓為0的階段，而是對(duì)應(yīng)于正負(fù) 兩個(gè)有限值，這兩個(gè)電壓有限值的大小不僅依賴于晶體管的開關(guān)頻率，還依賴于外置的濾 波電感的大小，所以該電壓有限值的大小無法確定，也即輸出電壓波形非連續(xù)的位置不確 定，其導(dǎo)致的非線性很難用補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ?。由于無法采用補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ蔷€性，現(xiàn)有的改善方法通常是盡量減小死區(qū)時(shí) 間，但由于死區(qū)時(shí)間是保證D類音頻放大器輸出可靠性的重要因素，過分減小死區(qū)時(shí)間則 可能導(dǎo)致兩個(gè)晶體管同時(shí)導(dǎo)通，正負(fù)電壓直接流經(jīng)兩個(gè)晶體管則可能會(huì)燒壞晶體管，所以 靠減小死區(qū)時(shí)間來改進(jìn)放大器線性有其局限性。因此，確有必要對(duì)現(xiàn)有的D類音頻放大器進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)而使改善由于死區(qū)時(shí)間造 成的輸出非線性變的更加容易。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種音頻放大器，其可以有效抑制電源逆充電效應(yīng)，以為 改善音頻放大電路的輸出非線性提供方便。本發(fā)明的另一目的在于提供一種改善音頻放大器輸出非線性的方法。本發(fā)明的再一目的在于提供一種音頻放大電路，其可以有效抑制電源 逆充電效 應(yīng)，以為改善音頻放大電路的輸出非線性提供方便。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種D類音頻放大器，其包括脈寬調(diào)制單元以及功率 放大單元，所述功率放大單元包括在輸入信號(hào)正半周導(dǎo)通以輸出信號(hào)的第一開關(guān)電路以及 在輸入信號(hào)負(fù)半周導(dǎo)通以輸出信號(hào)的第二開關(guān)電路；其中第一開關(guān)電路的第一端連接于第 一電源，第二端連接于輸出節(jié)點(diǎn)，并由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與 關(guān)斷，第二開關(guān)電路的第一端連接于第二電源，第二端連接于輸出節(jié)點(diǎn)，并由前述脈寬調(diào)制 單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制，該音頻放大器的功率放大單元還包括一個(gè)第三開關(guān)電路， 其第一端連接于前述第一電源和第二電源的中間電壓點(diǎn)，第二端連接于第一開關(guān)電路與第 二開關(guān)電路的輸出節(jié)點(diǎn)，該第三開關(guān)電路由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制， 在第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路發(fā)生切換時(shí)導(dǎo)通。在一個(gè)實(shí)施例中，前述第三開關(guān)電路為一個(gè)晶體管，其第一端連接于前述第一電 源和第二電源的中間電壓點(diǎn)，第二端連接于第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路的輸出節(jié)點(diǎn)，門 極由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制，在第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路發(fā)生切 換時(shí)導(dǎo)通。在一個(gè)實(shí)施例中，前述第三開關(guān)電路包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管以 及第四晶體管，其中第一晶體管的第一端連接于第一開關(guān)電路的輸出端，第二端連接于前 述第一電源和第二電源的中間電壓點(diǎn)，門極由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制 導(dǎo)通與關(guān)斷；第二晶體管第一端連接于第一開關(guān)電路的輸出端，第二端連接于功率放大單 元的輸出端，門極由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷；第三晶體管 的第一端連接于第二開關(guān)電路的輸出端，第二端連接于前述第一電源和第二電源的中間電 壓點(diǎn)，門極由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷；第四晶體管第一端 連接于第二開關(guān)電路的輸出端，第二端連接于功率放大單元的輸出端，門極由前述脈寬調(diào) 制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷；前述第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路切換時(shí)存 在一段第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路均截止的死區(qū)時(shí)間，前述第一開關(guān)電路截止時(shí)，前述 第三開關(guān)電路的第一晶體管和第三晶體管同時(shí)導(dǎo)通，第二晶體管導(dǎo)通至前述死區(qū)時(shí)間的一 半，然后第四晶體管導(dǎo)通至第二開關(guān)電路導(dǎo)通，在前述第二開關(guān)電路截止時(shí)，前述第三開關(guān) 電路的第一晶體管和第三晶體管同時(shí)導(dǎo)通，第四晶體管導(dǎo)通至前述死區(qū)時(shí)間的一半，然后 第二晶體管導(dǎo)通至第一開關(guān)電路導(dǎo)通。在一個(gè)實(shí)施例中，前述第一電源與第二電源為電壓相等極性相反的電源，前述第 一電源和第二電源的中間電壓點(diǎn)為0電壓點(diǎn)。為達(dá)成前述另一目的，本發(fā)明一種改善D類音頻放大器輸出非線性的方法，其中 前述D類音頻放大器包括脈寬調(diào)制單元以及功率放大單元，所述功率放大單元包括在輸入 信號(hào)正半周導(dǎo)通以輸出信號(hào)的第一開關(guān)電路以及在輸入信號(hào)負(fù)半周導(dǎo)通以輸出信號(hào)的第二開關(guān)電路；其中第一開關(guān)電路的第一端連接于第一電源，第二端連接于輸出節(jié)點(diǎn)，并由前 述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷，第二開關(guān)電路的第一端連接于第二 電源，第二端連接于輸出節(jié)點(diǎn)，并由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制；該方法包 括如下步驟首先將由死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致的脈寬非連續(xù)性控制在輸入信號(hào)為零電壓時(shí)； 然后通過補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ绤^(qū)時(shí)間導(dǎo)致的輸出信號(hào)非連續(xù)性。在一個(gè)實(shí)施例中，前述將由死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致的脈寬非連續(xù)性控制在輸入信號(hào)為零 電壓時(shí)的步驟，包括在前述功率放大單元中增加一個(gè)第三開關(guān)電路，其第一端連接于前述 第一電源和第二電源的中間電壓點(diǎn)，第二端連接于第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路的輸出節(jié) 點(diǎn)，該第三開關(guān)電路由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制，在第一開關(guān)電路與第 二開關(guān)電路發(fā)生切換時(shí)導(dǎo)通。在一個(gè)實(shí)施例中，前述第三開關(guān)電路為一個(gè)晶體管，其第一端連接于前述第一電 源和第二電源的中間電壓點(diǎn)，第二端連接于第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路的輸出節(jié)點(diǎn)，門 極由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制，在第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路發(fā)生切 換時(shí)導(dǎo)通。在一個(gè)實(shí)施例中，前述第三開關(guān)電路包括第一晶體管(M2)、第二晶體管(M5)、第 三晶體管(M3)以及第四晶體管(M6)，其中第一晶體管(M2)的第一端連接于第一開關(guān)電 路的輸出端，第二端連接于前述第一電源和第二電源的中間電壓點(diǎn)，門極由前述脈寬調(diào)制 單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷；第二晶體管第一端連接于第一開關(guān)電路的輸出 端，第二端連接于功率放大單元的輸出端，門極由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào) 控制導(dǎo)通與關(guān)斷；第三晶體管(M2)的第一端連接于第二開關(guān)電路的輸出端，第二端連接于 前述第一電源和第二電源的中間電壓點(diǎn)，門極由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控 制導(dǎo)通與關(guān)斷；第四晶體管第一端連接于第二開關(guān)電路的輸出端，第二端連接于功率放大 單元的輸出端，門極由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷；前述第一 開關(guān)電路與第二開關(guān)電路切換時(shí)存在一段第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路均截止的死區(qū)時(shí) 間，前述第一開關(guān)電路截止時(shí)，前述第三開關(guān)電路的第一晶體管和第三晶體管同時(shí)導(dǎo)通，第 二晶體管導(dǎo)通至前述死區(qū)時(shí)間的一半，然后第四晶體管導(dǎo)通至第二開關(guān)電路導(dǎo)通，在前述 第二開關(guān)電路截止時(shí)，前述第三開關(guān)電路的第一晶體管和第三晶體管同時(shí)導(dǎo)通，第四晶體 管導(dǎo)通至前述死區(qū)時(shí)間的一半，然后第二晶體管導(dǎo)通至第一開關(guān)電路導(dǎo)通。在一個(gè)實(shí)施例中，前述通過補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ绤^(qū)時(shí)間導(dǎo)致的輸出信號(hào)非連續(xù)性的 步驟進(jìn)一步包括先設(shè)定一個(gè)大于死區(qū)時(shí)間的補(bǔ)償值，然后將該補(bǔ)償值反饋給輸入信號(hào)，輸 入信號(hào)經(jīng)過放大器放大后輸出PWM信號(hào)，此時(shí)判斷輸出的PWM信號(hào)的脈寬最小值是否為預(yù) 設(shè)最小值，如果不是預(yù)設(shè)最小值，則減小一個(gè)脈寬補(bǔ)償值，繼續(xù)反饋給輸入信號(hào)，直到最終 的輸出脈沖的脈寬最小值為預(yù)設(shè)最小值，則結(jié)束反饋補(bǔ)償。在一個(gè)實(shí)施例中，前述通過補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ绤^(qū)時(shí)間導(dǎo)致的輸出信號(hào)非連續(xù)性的 步驟進(jìn)一步包括測(cè)量輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的峰值和能量比，當(dāng)死區(qū)時(shí)間欠補(bǔ)償時(shí)，輸出的 峰能比小于輸入值；當(dāng)死區(qū)時(shí)間過補(bǔ)償時(shí)，輸出的峰能比大于輸入峰能比；當(dāng)臨界補(bǔ)償時(shí)， 輸出峰能比等于輸入的峰能比。為達(dá)成本發(fā)明的再一目的，本發(fā)明一種音頻放大電路，其包括第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路，所述第一開關(guān)電路包括控制端、與第一電源連接的第一連接端以及連接至輸出節(jié)點(diǎn)的第二連接端，所述控制端接收控制信號(hào)來控制第一開關(guān)電路的導(dǎo)通和關(guān)斷；所述第二開關(guān)電路包括控制端、與第二電源連接的第一連接端以及連接至輸出節(jié)點(diǎn)的第二連接端，所述控制端接收控制信號(hào)來控制第二開關(guān)電路的導(dǎo)通和關(guān)斷；其中在第一開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，第二開關(guān)電路處于關(guān)斷狀態(tài)，在第二開關(guān)電路 處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，第一開關(guān)電路處于關(guān)斷狀態(tài)，其特征在于，其還包括有第三開關(guān)電路，在 第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路均處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，所述第三開關(guān)電路將輸出節(jié)點(diǎn)連接至第 一電源和第二電源的中間電壓點(diǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過在第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路之間增設(shè)一個(gè)第三 開關(guān)電路，則在第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路發(fā)生切換時(shí)，LC振蕩電路的能量通過第三開 關(guān)電路釋放，而不會(huì)發(fā)生電源逆流效應(yīng)，而且能夠保證第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路切換 的時(shí)間為輸入電壓為0時(shí)，此時(shí)的輸出電壓也為0，從而為補(bǔ)償了死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致的非線性提 供方便。

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它 的附圖。圖1為現(xiàn)有D類音頻放大器的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有的D類音頻放大器理想狀態(tài)下的輸出波形圖。圖3為現(xiàn)有的D類音頻放大器由于逆流效應(yīng)產(chǎn)生的實(shí)際輸出波形圖。圖4是本發(fā)明D類音頻放大器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明D類音頻放大器的輸出單元的全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖6是本發(fā)明D類音頻放大器的半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖7是本發(fā)明D類音頻放大器的輸出單元各晶體管的導(dǎo)通時(shí)序圖。圖8是本發(fā)明D類音頻放大器半橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖9是本發(fā)明D類音頻放大器的全橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖10是本發(fā)明D類音頻放大器進(jìn)行反饋補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)示意圖。圖11是本發(fā)明一種實(shí)施例中對(duì)D類音頻放大器死區(qū)時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牧鞒虉D。圖12是本發(fā)明另一種實(shí)施例中對(duì)D類音頻放大器死區(qū)時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)示意 圖。
具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述。很顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明本質(zhì)和精神的情況下所獲得的 所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明公開和保護(hù)的范圍。
在該說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個(gè)實(shí)施例中”可能并非指的是同一個(gè)實(shí)施例， 也不是與其它實(shí)施例相互排斥的相互獨(dú)立或選擇性的實(shí)施例。此外，在流程圖或圖示模塊 的順序，或者用來描述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的序號(hào)并非固定的指代任何特定的順 序，也不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。鑒于D類音頻放大器的基本結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)為該領(lǐng)域的技術(shù)人員所知悉，為突出本發(fā)明 的發(fā)明重點(diǎn)，本說明書中對(duì)于完整D類音頻放大器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)不再贅述，對(duì)于非本發(fā)明重 點(diǎn)的部分結(jié)構(gòu)作了省略。請(qǐng)參閱圖4所示，其顯示本發(fā)明D類音頻放大器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本發(fā)明 的D類音頻放大器包括由三角波信號(hào)發(fā)生器和比較器組成的脈寬調(diào)制單元、功率放大單元 以及LC振蕩單元。聲音輸入信號(hào)經(jīng)過D類音頻放大器放大之后輸出即可驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出
聲音。D類放大器的輸入信號(hào)通常為正弦波的音頻信號(hào)，將這個(gè)正弦波輸入信號(hào)與三角 波信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的三角波經(jīng)過比較器比較之后輸出一個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)，然后該脈 寬調(diào)制信號(hào)用于控制功率放大單元中的晶體管的導(dǎo)通和關(guān)斷，功率放大單元輸出的輸出信 號(hào)經(jīng)過LC振蕩單元過濾PWM載波之后即可還原出經(jīng)過放大的正弦音頻輸入信號(hào)，該信號(hào)驅(qū) 動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。請(qǐng)參閱圖5所示，其顯示本發(fā)明D類音頻放大器的一個(gè)實(shí)施例的功率放大單元 (也可稱之為音頻放大電路)的具體電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。如圖所示，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明 的功率放大單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為全橋結(jié)構(gòu)。其包括作為第一開關(guān)電路的第一晶體管Ml和第 十二晶體管M12，作為第二開關(guān)電路的第四晶體管M4和第九晶體管M9，以及作為第三開關(guān) 電路的第二晶體管M2、第三晶體管M3、第五晶體管M5、第六晶體管M6、第七晶體管M7、第八 晶體管M8、第十晶體管MlO以及第i^一晶體管Mil。由于第一晶體管Ml至第六晶體管M6 組成的電路與第七晶體管M7至第十二晶體管M12組成的電路是以中間的負(fù)載揚(yáng)聲器對(duì)稱 的，如果把負(fù)載分割為兩個(gè)等同的串聯(lián)負(fù)載，則兩個(gè)負(fù)載中間的電壓為零，為了便于分析及 說明，可以把電路從負(fù)載中間分割為如圖6所示的兩個(gè)半橋電路。以下僅以第一晶體管Ml 至第六晶體管M6組成的半橋電路，對(duì)各晶體管的連接關(guān)系以及導(dǎo)通時(shí)序做說明。請(qǐng)參閱圖6所示，在一個(gè)實(shí)施例中，第一晶體管Ml為NMOS晶體管，其漏極連接于 電壓Vcc，門極由前述經(jīng)比較器輸出的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)(在比較器輸出的PWM信號(hào)與功率放大 單元之間設(shè)置有驅(qū)動(dòng)單元，本說明書中省略未圖示)，第一晶體管Ml的源極連接于第一節(jié) 點(diǎn)ο第二晶體管M2為PMOS晶體管，其漏極連接于前述第一節(jié)點(diǎn)，源極連接于接地端， 門極由前述經(jīng)比較器輸出的P麗信號(hào)驅(qū)動(dòng)。第三晶體管M3為匪OS晶體管，其漏極連接于接地端，源極連接于第二節(jié)點(diǎn)，門極 由前述經(jīng)比較器輸出的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)。第四晶體管M4為PMOS晶體管，其源極連接于前述第二節(jié)點(diǎn)，漏極連接于電 源-Vcc，門極由前述經(jīng)比較器輸出的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)。第五晶體管M5為NMOS晶體管，其漏極連接于前述第一節(jié)點(diǎn)，源極連接于輸出節(jié) 點(diǎn)，門極由前述經(jīng)比較器輸出的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)。第六晶體管M6為PMOS晶體管，其源極連接于輸出節(jié)點(diǎn)，漏極連接于前述第二節(jié)點(diǎn)，門極由前述經(jīng)比較器輸出的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)。請(qǐng)參閱圖7并結(jié)合圖6所示，其中圖7為各晶體管的導(dǎo)通/截止時(shí)序圖，其中高電平表示晶體管導(dǎo)通，低電平表示晶體管截止。各晶體管在每個(gè)周期的導(dǎo)通/截止順序?yàn)樵跁r(shí)間點(diǎn)Tl時(shí)，第一晶體管Ml和第五晶體管M5導(dǎo)通，此時(shí)其他晶體管均截止，則 電流經(jīng)Vcc、第一晶體管Ml和M5經(jīng)過LC濾波電路濾波之后驅(qū)動(dòng)負(fù)載揚(yáng)聲器發(fā)聲。此時(shí)電 路中電流的流向如圖中Il所示。在時(shí)間點(diǎn)T2時(shí)，第一晶體管Ml截止，第二晶體管M2和第三晶體管M3同時(shí)導(dǎo)通， 此時(shí)第五晶體管M5仍然導(dǎo)通，而其他晶體管繼續(xù)截止，則電感儲(chǔ)存的電能經(jīng)過第二晶體管 M2和第五晶體管M5組成的回路釋放，此時(shí)電流的流向如圖中12所示。其中在第一晶體管 Ml截止而第二晶體管M2導(dǎo)通的之間同樣存在一小段死區(qū)時(shí)間。在時(shí)間點(diǎn)T3時(shí)，第二晶體管M2和第三晶體管M3導(dǎo)通，第六晶體管M6導(dǎo)通，第一 晶體管Ml、第四晶體管M4以及第五晶體管M5均截止，則電感還未完全釋放的電能經(jīng)過第三 晶體管M3和第六晶體管M6組成的回路繼續(xù)釋放，此時(shí)電流的流向如圖中13所示。在時(shí)間點(diǎn)T4時(shí)，第四晶體管M4導(dǎo)通，第六晶體管M6繼續(xù)導(dǎo)通，而第一晶體管Ml、 第二晶體管M2、第三晶體管M3以及第五晶體管M5均截止，此時(shí)電路的電流經(jīng)第四晶體管 M4以及第六晶體管M6組成的回路流經(jīng)負(fù)載，如圖中14所示。其中在第三晶體管M3截止而 第四晶體管M4導(dǎo)通的之間同樣存在一小段死區(qū)時(shí)間。在時(shí)間點(diǎn)T5時(shí)，第四晶體管M4截止，此時(shí)第六晶體管M6仍然導(dǎo)通，第二晶體管M2 和第三晶體管M3導(dǎo)通，而第一晶體管、第五晶體管截止，則電感儲(chǔ)存的電能經(jīng)第三晶體管 M3和第六晶體管M6組成的回路釋放。其中在第四晶體管M4截止而第三晶體管M3導(dǎo)通的 之間同樣存在一小段死區(qū)時(shí)間。在時(shí)間點(diǎn)T6時(shí)，第六晶體管M6截止，第五晶體管M5導(dǎo)通，而第二晶體管M2和第 三晶體管M3仍然導(dǎo)通，則電感儲(chǔ)存的電能經(jīng)過第二晶體管M2和第五晶體管M5組成的回路 繼續(xù)釋放。在時(shí)間點(diǎn)T7則重復(fù)時(shí)間點(diǎn)Tl的動(dòng)作，開始各晶體管新的導(dǎo)通關(guān)斷周期。其中在 第二晶體管M2截止而第一晶體管Ml導(dǎo)通的之間同樣存在一小段死區(qū)時(shí)間。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)電路的第一晶體管Ml和第二開關(guān)電路的第四晶體管M4進(jìn)行切換的死 區(qū)時(shí)間，此時(shí)電感儲(chǔ)存的電能是通過第三開關(guān)電路的第二晶體管M2和第五晶體管M5或第 三晶體管M3和第六晶體管M6進(jìn)行釋放，因此不會(huì)發(fā)生電流逆流回電源的情形，而且能夠保 證第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路在進(jìn)行切換時(shí)正好是輸入電壓為0時(shí)，此時(shí)的輸出電壓為 0，也不受電感大小的影響，則整個(gè)放大器輸出的波形即為圖3所示的理想輸出波形?；谇笆鲈?，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，也可以對(duì)前述圖6所示的半橋結(jié)構(gòu)進(jìn) 行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化成如圖8所示的結(jié)構(gòu)，即將圖6中的第三開關(guān)電路的第二晶體管M2、第三晶體 管M3、第五晶體管M5以及第六晶體管M6用圖8中的一個(gè)晶體管MO替換。如圖8所示，在 一個(gè)實(shí)施例中所述晶體管MO為PMOS晶體管，其源極接地，漏極連接于調(diào)制開關(guān)管的輸出端 與負(fù)載相連的節(jié)點(diǎn)，門極由前述比較器輸出的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)。在第一晶體管Ml和第四晶體 管M4進(jìn)行切換的死區(qū)時(shí)間時(shí)，LC振蕩電路的電感通過晶體管MO進(jìn)行放電，則不會(huì)發(fā)生電 源逆流效應(yīng)，也可以使放大器的輸出波形不受電感大小的影響。同樣，對(duì)于圖5所示的全橋結(jié)構(gòu)也可以相應(yīng)地進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化成圖9所示的結(jié)構(gòu)，即將圖5中的第三開關(guān)電路的第二晶體管M2、第三晶體管M3、第五晶體管M5、第六晶體管 M6、第七晶體管M7、第八晶體管M8、第十晶體管M10以及第十一晶體管Mil用圖9中的一個(gè) 晶體管M0替換。在第一開關(guān)電路的第一晶體管Ml、第十二晶體管M12和第二開關(guān)電路的第 四晶體管M4、第九晶體管M9進(jìn)行切換的死區(qū)時(shí)間時(shí)，LC振蕩電路的電感通過晶體管M0進(jìn) 行放電，則不會(huì)發(fā)生電源逆流效應(yīng)，也可以使放大器的輸出波形不受電感大小的影響。在前述具體實(shí)施方式
中，圖中的各晶體管可能為具體的NM0S管或者PM0S管，但在 其他實(shí)施方中各晶體管的具體結(jié)構(gòu)或控制時(shí)序等可以在不脫離本發(fā)明的原理的基礎(chǔ)上做 任何改動(dòng)，例如將原來的PM0S管換成NM0S管或者使用其他開關(guān)管代替現(xiàn)有的M0S晶體管 等，這些改動(dòng)均不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。如前述背景技術(shù)中所述，當(dāng)放大器的輸出波形為圖3所示的理想波形時(shí)，即死區(qū) 時(shí)間導(dǎo)致的脈寬非連續(xù)性發(fā)生在輸入為零電壓時(shí)，其中波形中非線性的階段即為死區(qū)時(shí)間 的階段，此時(shí)可以采用補(bǔ)償?shù)姆绞綇浹a(bǔ)死區(qū)時(shí)間造成的波形非線性。死區(qū)時(shí)間的補(bǔ)償有多種方案。最簡(jiǎn)單的方案是沒有反饋的盲補(bǔ)償。該方案適用于 死區(qū)時(shí)間比較穩(wěn)定，成本較低的產(chǎn)品。反饋補(bǔ)償可以有模擬反饋和數(shù)字反饋補(bǔ)償。鑒于對(duì) 死區(qū)時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償以彌補(bǔ)死區(qū)時(shí)間造成非線性的方案現(xiàn)有的已經(jīng)有很多種，下面僅給出現(xiàn) 有的兩種反饋補(bǔ)償方案作為例子說明一下反饋補(bǔ)償?shù)脑怼Ｈ鐖D10所示，可以在功率放大單元的輸出端采集輸出信號(hào)經(jīng)過反饋補(bǔ)償電路補(bǔ) 償之后與輸入信號(hào)進(jìn)行疊加形成一個(gè)反饋補(bǔ)償回路。死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償電路的輸入是輸出的調(diào)制PWM波形。當(dāng)電路發(fā)生過補(bǔ)償時(shí)，也就是 說當(dāng)脈寬補(bǔ)償值超過由死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致的脈寬損失時(shí)，當(dāng)原始輸入信號(hào)跨越零電平時(shí)，由于 過補(bǔ)償，此時(shí)輸輸出脈沖的脈寬的最小值是一個(gè)大于0的有限值。當(dāng)減小脈寬補(bǔ)償值時(shí)，該 脈沖的有限值開始減小。當(dāng)脈沖補(bǔ)償值減少到臨界補(bǔ)償值，也就是目標(biāo)值的時(shí)候，輸出脈 寬的最小值達(dá)到預(yù)設(shè)的最小值，繼續(xù)減少脈沖補(bǔ)償值不會(huì)再減少輸出脈沖脈寬的最小值， 則此時(shí)即完成補(bǔ)償而輸出穩(wěn)定的脈寬調(diào)制信號(hào)。其方法流程圖如圖11所示，即先設(shè)定一個(gè) 大于死區(qū)時(shí)間的補(bǔ)償值，然后將該補(bǔ)償值反饋給輸入信號(hào)，輸入信號(hào)經(jīng)過放大器放大后輸 出PWM信號(hào)，此時(shí)判斷輸出的PWM信號(hào)的脈寬最小值是否為預(yù)設(shè)最小值，如果不是預(yù)設(shè)最小 值，則減小一個(gè)脈寬補(bǔ)償值，繼續(xù)反饋給輸入信號(hào)，直到最終的輸出脈沖的脈寬最小值為預(yù) 設(shè)最小值，則結(jié)束反饋補(bǔ)償。如圖12所示，更精確的補(bǔ)償辦法可以通過測(cè)量輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的峰值和能 量比來實(shí)現(xiàn)。由于死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致的非線性具有可以預(yù)測(cè)的效果，當(dāng)死區(qū)時(shí)間欠補(bǔ)償時(shí)，輸出 的峰能比小于輸入值。當(dāng)死區(qū)時(shí)間過補(bǔ)償時(shí)，輸出的峰能比大于輸入峰能比。當(dāng)臨界補(bǔ)償 時(shí)，輸出峰能比等于輸入的峰能比。則可以根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)補(bǔ)償電路。其中峰能比可以 通過模擬或者數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)，具體電路結(jié)構(gòu)圖本發(fā)明不再詳細(xì)說明。綜上所述，本發(fā)明的D類音頻放大器的改善輸出非線性的方法可以概括為如下步 驟首先消除LC振蕩電路中電感大小對(duì)輸出波形的影響，使得死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致的脈寬 非連續(xù)性發(fā)生在輸入為零電壓時(shí)。具體方法即采用本發(fā)明D類音頻放大器的前述改進(jìn)的 功率放大單元，通過增加一個(gè)連接于第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路之間的第三開關(guān)電路， 在輸出波形在發(fā)生正負(fù)半周的切換時(shí)的死區(qū)時(shí)間，LC振蕩電路的能量通過第三開關(guān)電路釋放，而不會(huì)發(fā)生電源逆流效應(yīng)，而且能夠保證第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路在發(fā)生切換是 在輸入電壓為0電壓時(shí)，則此時(shí)的輸出電壓也為0電壓。使得死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致的脈寬非連續(xù)性發(fā)生在輸入為零電壓之后，再通過補(bǔ)償?shù)姆绞?對(duì)死區(qū)時(shí)間造成的輸出非線性進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)一步消除死區(qū)時(shí)間造成的非線性。具體的補(bǔ)償 方式可以是通過比較輸出脈寬的最小值是否達(dá)到預(yù)設(shè)最小值來調(diào)整補(bǔ)償?shù)拿}寬，也可以通 過測(cè)量輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的峰能比來判斷補(bǔ)償?shù)某潭?。本發(fā)明的放大器通過在第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路之間增設(shè)一個(gè)第三開關(guān)電 路，則在第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路發(fā)生切換時(shí)，LC振蕩電路的能量通過第三開關(guān)電路 釋放，而不會(huì)發(fā)生電源逆流效應(yīng)，而且能夠保證第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路切換的時(shí)間 為輸入電壓為0時(shí)，此時(shí)的輸出電壓也為0，然后可以通過補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)一步消除死區(qū)時(shí)間 造成的非線性，從而補(bǔ)償了死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致的非線性，大大改進(jìn)了 D類音頻放大器的輸出性 能。上述說明已經(jīng)充分揭露了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。需要指出的是，熟悉該領(lǐng)域的 技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
所做的任何改動(dòng)均不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求書的范圍。 相應(yīng)地，本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍也并不僅僅局限于前述具體實(shí)施方式
。
權(quán)利要求
一種D類音頻放大器，其包括脈寬調(diào)制單元以及功率放大單元，所述功率放大單元包括在輸入信號(hào)正半周導(dǎo)通以輸出信號(hào)的第一開關(guān)電路以及在輸入信號(hào)負(fù)半周導(dǎo)通以輸出信號(hào)的第二開關(guān)電路；其中第一開關(guān)電路的第一端連接于第一電源，第二端連接于輸出節(jié)點(diǎn)，并由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷，第二開關(guān)電路的第一端連接于第二電源，第二端連接于輸出節(jié)點(diǎn)，并由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制，其特征在于該音頻放大器的功率放大單元還包括一個(gè)第三開關(guān)電路，其第一端連接于前述第一電源和第二電源的中間電壓點(diǎn)，第二端連接于第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路的輸出節(jié)點(diǎn)，該第三開關(guān)電路由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制，在第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路發(fā)生切換時(shí)導(dǎo)通。
2.如權(quán)利要求1所述的D類音頻放大器，其特征在于前述第三開關(guān)電路為一個(gè)晶體 管，其包括第一端、第二端和控制端，其第一端連接于前述第一電源和第二電源的中間電壓 點(diǎn)，第二端連接于第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路的輸出節(jié)點(diǎn)，控制端由前述脈寬調(diào)制單元 輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制，在第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路發(fā)生切換時(shí)導(dǎo)通。
3.如權(quán)利要求1所述的D類音頻放大器，其特征在于前述第三開關(guān)電路包括第一晶 體管(M2)、第二晶體管(M5)、第三晶體管(M3)以及第四晶體管(M6)，每一晶體管均包括第 一端、第二端和控制端；其中第一晶體管的第一端連接于第一開關(guān)電路的輸出端，第二端連 接于前述第一電源和第二電源的中間電壓點(diǎn)，控制端由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制 信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷；第二晶體管第一端連接于第一開關(guān)電路的輸出端，第二端連接于功 率放大單元的輸出端，控制端由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷； 第三晶體管的第一端連接于第二開關(guān)電路的輸出端，第二端連接于前述第一電源和第二電 源的中間電壓點(diǎn)，控制端由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷；第四 晶體管第一端連接于第二開關(guān)電路的輸出端，第二端連接于功率放大單元的輸出端，控制 端由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷；前述第一開關(guān)電路與第二開 關(guān)電路切換時(shí)存在一段第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路均截止的死區(qū)時(shí)間，前述第一開關(guān)電 路截止時(shí)，前述第三開關(guān)電路的第一晶體管和第三晶體管同時(shí)導(dǎo)通，第二晶體管導(dǎo)通至前 述死區(qū)時(shí)間的一半，然后第四晶體管導(dǎo)通至第二開關(guān)電路導(dǎo)通，在前述第二開關(guān)電路截止 時(shí)，前述第三開關(guān)電路的第一晶體管和第三晶體管同時(shí)導(dǎo)通，第四晶體管導(dǎo)通至前述死區(qū) 時(shí)間的一半，然后第二晶體管導(dǎo)通至第一開關(guān)電路導(dǎo)通。
4.如權(quán)利要求1所述的D類音頻放大器，其特征在于前述第一電源與第二電源為電 壓相等極性相反的電源，前述第一電源和第二電源的中間電壓點(diǎn)為O電壓點(diǎn)。
5.一種改善D類音頻放大器輸出非線性的方法，其中前述D類音頻放大器包括脈寬調(diào) 制單元以及功率放大單元，所述功率放大單元包括在輸入信號(hào)正半周導(dǎo)通以輸出信號(hào)的第 一開關(guān)電路以及在輸入信號(hào)負(fù)半周導(dǎo)通以輸出信號(hào)的第二開關(guān)電路；其中第一開關(guān)電路的 第一端連接于第一電源，第二端連接于輸出節(jié)點(diǎn)，并由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制 信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷，第二開關(guān)電路的第一端連接于第二電源，第二端連接于輸出節(jié)點(diǎn)，并 由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制；其特征在于該方法包括如下步驟首先將由死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致的脈寬非連續(xù)性控制在輸入信號(hào)為零電壓時(shí)，即在前述功率 放大單元中增加一個(gè)第三開關(guān)電路，其第一端連接于前述第一電源和第二電源的中間電壓 點(diǎn)，第二端連接于第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路的輸出節(jié)點(diǎn)，該第三開關(guān)電路由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制，在第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路發(fā)生切換時(shí)導(dǎo)通；然后通過補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ绤^(qū)時(shí)間導(dǎo)致的輸出信號(hào)非連續(xù)性。
6.如權(quán)利要求5所述的改善D類音頻放大器輸出非線性的方法，其特征在于前述第 三開關(guān)電路為一個(gè)晶體管，其包括第一端、第二端和控制端，其第一端連接于前述第一電源 和第二電源的中間電壓點(diǎn)，第二端連接于第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路的輸出節(jié)點(diǎn)，控制 端由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制，在第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路發(fā)生切 換時(shí)導(dǎo)通。
7.如權(quán)利要求6所述的改善D類音頻放大器輸出非線性的方法，其特征在于前述 第三開關(guān)電路包括第一晶體管(M2)、第二晶體管(M5)、第三晶體管(M3)以及第四晶體管 (M6)，每一晶體管均包括第一端、第二端和控制端；其中第一晶體管的第一端連接于第一開 關(guān)電路的輸出端，第二端連接于前述第一電源和第二電源的中間電壓點(diǎn)，控制端由前述脈 寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷；第二晶體管第一端連接于第一開關(guān)電路 的輸出端，第二端連接于功率放大單元的輸出端，控制端由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬 調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷；第三晶體管的第一端連接于第二開關(guān)電路的輸出端，第二端連 接于前述第一電源和第二電源的中間電壓點(diǎn)，控制端由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制 信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷；第四晶體管第一端連接于第二開關(guān)電路的輸出端，第二端連接于功 率放大單元的輸出端，控制端由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷； 前述第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路切換時(shí)存在一段第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路均截止 的死區(qū)時(shí)間，前述第一開關(guān)電路截止時(shí)，前述第三開關(guān)電路的第一晶體管和第三晶體管同 時(shí)導(dǎo)通，第二晶體管導(dǎo)通至前述死區(qū)時(shí)間的一半，然后第四晶體管導(dǎo)通至第二開關(guān)電路導(dǎo) 通，在前述第二開關(guān)電路截止時(shí)，前述第三開關(guān)電路的第一晶體管和第三晶體管同時(shí)導(dǎo)通， 第四晶體管導(dǎo)通至前述死區(qū)時(shí)間的一半，然后第二晶體管導(dǎo)通至第一開關(guān)電路導(dǎo)通。
8.如權(quán)利要求6所述的改善D類音頻放大器輸出非線性的方法，其特征在于前述通 過補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ绤^(qū)時(shí)間導(dǎo)致的輸出信號(hào)非連續(xù)性的步驟進(jìn)一步包括先設(shè)定一個(gè)大于 死區(qū)時(shí)間的補(bǔ)償值，然后將該補(bǔ)償值反饋給輸入信號(hào)，輸入信號(hào)經(jīng)過放大器放大后輸出PWM 信號(hào)，此時(shí)判斷輸出的PWM信號(hào)的脈寬最小值是否為預(yù)設(shè)最小值，如果不是預(yù)設(shè)最小值，則 減小一個(gè)脈寬補(bǔ)償值，繼續(xù)反饋給輸入信號(hào)，直到最終的輸出脈沖的脈寬最小值為預(yù)設(shè)最 小值，則結(jié)束反饋補(bǔ)償。
9.如權(quán)利要求6所述的改善D類音頻放大器輸出非線性的方法，其特征在于前述通 過補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ绤^(qū)時(shí)間導(dǎo)致的輸出信號(hào)非連續(xù)性的步驟進(jìn)一步包括測(cè)量輸出信號(hào)和 輸入信號(hào)的峰值和能量比，當(dāng)死區(qū)時(shí)間欠補(bǔ)償時(shí)，輸出的峰能比小于輸入值；當(dāng)死區(qū)時(shí)間過 補(bǔ)償時(shí)，輸出的峰能比大于輸入峰能比；當(dāng)臨界補(bǔ)償時(shí)，輸出峰能比等于輸入的峰能比。
10.一種音頻放大電路，其包括第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路，所述第一開關(guān)電路包括控制端、與第一電源連接的第一連接端以及連接至輸出節(jié)點(diǎn)的 第二連接端，所述控制端接收控制信號(hào)來控制第一開關(guān)電路的導(dǎo)通和關(guān)斷；所述第二開關(guān)電路包括控制端、與第二電源連接的第一連接端以及連接至輸出節(jié)點(diǎn)的 第二連接端，所述控制端接收控制信號(hào)來控制第二開關(guān)電路的導(dǎo)通和關(guān)斷；其中在第一開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，第二開關(guān)電路處于關(guān)斷狀態(tài)，在第二開關(guān)電路處于 導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，第一開關(guān)電路處于關(guān)斷狀態(tài)，其特征在于，其還包括有第三開關(guān)電路，在第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路均處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，所述第三開關(guān)電路將輸出節(jié)點(diǎn)連接至第一電 源和第二電源的中間電壓點(diǎn)。
11.如權(quán)利要求10所述的音頻放大電路，其特征在于所述第三開關(guān)電路包括一個(gè)開 關(guān)管，所述開關(guān)管包括控制端、與第一電源和第二電源的中間電壓點(diǎn)的第一連接端以及連 接至輸出節(jié)點(diǎn)的第二連接端，所述控制端接收控制信號(hào)來控制所述開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷。
12.如權(quán)利要求10所述的音頻放大電路，其特征在于所述第三開關(guān)電路包括第一開 關(guān)管(M2)、第二開關(guān)管(M5)、第三開關(guān)管(M3)以及第四開關(guān)管(M6)，每一開關(guān)管均包括第 一端、第二端和控制端；其中第一開關(guān)管的第一端連接于第一開關(guān)電路的輸出端，第二端連 接于前述第一電源和第二電源的中間電壓點(diǎn)，控制端由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制 信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷；第二開關(guān)管第一端連接于第一開關(guān)電路的輸出端，第二端連接于功 率放大單元的輸出端，控制端由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷； 第三開關(guān)管的第一端連接于第二開關(guān)電路的輸出端，第二端連接于前述第一電源和第二電 源的中間電壓點(diǎn)，控制端由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷；第四 開關(guān)管第一端連接于第二開關(guān)電路的輸出端，第二端連接于功率放大單元的輸出端，控制 端由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷；前述第一開關(guān)電路與第二開 關(guān)電路切換時(shí)存在一段第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路均截止的死區(qū)時(shí)間，前述第一開關(guān)電 路截止時(shí)，前述第三開關(guān)電路的第一開關(guān)管和第三開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，第二開關(guān)管導(dǎo)通至前 述死區(qū)時(shí)間的一半，然后第四開關(guān)管導(dǎo)通至第二開關(guān)電路導(dǎo)通，在前述第二開關(guān)電路截止 時(shí)，前述第三開關(guān)電路的第一開關(guān)管和第三開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，第四開關(guān)管導(dǎo)通至前述死區(qū) 時(shí)間的一半，然后第二開關(guān)管導(dǎo)通至第一開關(guān)電路導(dǎo)通。
13.一種音頻放大電路，其包括第一開關(guān)電路、第二開關(guān)電路、第三開關(guān)電路和第四開 關(guān)電路，所述第一開關(guān)電路包括控制端、與第一電源連接的第一連接端以及連接至第一輸出節(jié) 點(diǎn)的第二連接端，所述控制端接收控制信號(hào)來控制第一開關(guān)電路的導(dǎo)通和關(guān)斷；所述第二開關(guān)電路包括控制端、與第二電源連接的第一連接端以及連接至第一輸出節(jié) 點(diǎn)的第二連接端，所述控制端接收控制信號(hào)來控制第二開關(guān)電路的導(dǎo)通和關(guān)斷；所述第三開關(guān)電路包括控制端、與第一電源連接的第一連接端以及連接至第二輸出節(jié) 點(diǎn)的第二連接端，所述控制端接收控制信號(hào)來控制第一開關(guān)電路的導(dǎo)通和關(guān)斷；所述第四開關(guān)電路包括控制端、與第二電源連接的第一連接端以及連接至第二輸出節(jié) 點(diǎn)的第二連接端，所述控制端接收控制信號(hào)來控制第二開關(guān)電路的導(dǎo)通和關(guān)斷；其中在第一開關(guān)電路和第四開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，第二開關(guān)電路和第三開關(guān)電路處于 關(guān)斷狀態(tài)，在第二開關(guān)電路和第三開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，第一開關(guān)電路和第四開關(guān)電 路處于關(guān)斷狀態(tài)，其特征在于，其還包括有第五開關(guān)電路，在第一開關(guān)電路、第四開關(guān)電路、第二開關(guān)電路和第三開關(guān) 電路均處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，所述第五開關(guān)電路將第一輸出節(jié)點(diǎn)或第二輸出節(jié)點(diǎn)連接至第一電 源和第二電源的中間電壓點(diǎn)。
14.如權(quán)利要求13所述的音頻放大電路，其特征在于所述第五開關(guān)電路包括一個(gè)開 關(guān)管，所述開關(guān)管包括控制端、與第一電源和第二電源的中間電壓點(diǎn)的第一連接端以及連 接至輸出節(jié)點(diǎn)的第二連接端，所述控制端接收控制信號(hào)來控制所述開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷。
15.如權(quán)利要求13所述的音頻放大電路，其特征在于所述第五開關(guān)電路包括第一開 關(guān)管(M2)、第二開關(guān)管(M5)、第三開關(guān)管(M3)以及第四開關(guān)管(M6)，每一開關(guān)管均包括第 一端、第二端和控制端；其中第一開關(guān)管的第一端連接于第一開關(guān)電路的輸出端，第二端連 接于前述第一電源和第二電源的中間電壓點(diǎn)，控制端由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制 信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷；第二開關(guān)管第一端連接于第一開關(guān)電路的輸出端，第二端連接于功 率放大單元的輸出端，控制端由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷； 第三開關(guān)管的第一端連接于第二開關(guān)電路的輸出端，第二端連接于前述第一電源和第二電 源的中間電壓點(diǎn)，控制端由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷；第四 開關(guān)管第一端連接于第二開關(guān)電路的輸出端，第二端連接于功率放大單元的輸出端，控制 端由前述脈寬調(diào)制單元輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷；前述第一開關(guān)電路與第二開 關(guān)電路切換時(shí)存在一段第一開關(guān)電路與第二開關(guān)電路均截止的死區(qū)時(shí)間，前述第一開關(guān)電 路截止時(shí)，前述第三開關(guān)電路的第一開關(guān)管和第三開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，第二開關(guān)管導(dǎo)通至前 述死區(qū)時(shí)間的一半，然后第四開關(guān)管導(dǎo)通至第二開關(guān)電路導(dǎo)通，在前述第二開關(guān)電路截止 時(shí)，前述第三開關(guān)電路的第一開關(guān)管和第三開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，第四開關(guān)管導(dǎo)通至前述死區(qū) 時(shí)間的一半，然后第二開關(guān)管導(dǎo)通至第一開關(guān)電路導(dǎo)通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用以改進(jìn)由死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致的輸出非線性的D類音頻放大器架構(gòu)。本發(fā)明在正負(fù)電源之間引入了一個(gè)零電平開關(guān)電路，使得供電電源的電流保持固定方向，不僅避免了逆充電效應(yīng)，而且使得死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致的脈寬非連續(xù)性發(fā)生在輸入為零電壓時(shí)，通過測(cè)量死區(qū)時(shí)間以及相應(yīng)調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度，消除死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致的輸出誤差，從而補(bǔ)償了死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致的非線性，大大改進(jìn)了D類音頻放大器的輸出性能。
文檔編號(hào)H03F3/217GK101814900SQ20101015732
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者馮向光 申請(qǐng)人:無錫輻導(dǎo)微電子有限公司