專利名稱：功率乘法器系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率乘法器系統(tǒng)和方法，尤其涉及用于D類數(shù)字放大器中的這種系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，可從傳統(tǒng)D類數(shù)字放大器得到的典型最大輸出功率大約是到4歐姆負(fù)載中100瓦至200瓦。由于放大器中使用的半導(dǎo)體的緣故，此最大輸出功率受限。希望保持用于制作放大器的集成電路的尺寸較小，以有利于緊湊的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，但是同時(shí)也需要更高的輸出功率，D類數(shù)字放大器由于其高效率尤其需要這一點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
一般而言，本發(fā)明提供了一種功率乘法器系統(tǒng)和方法，其中系統(tǒng)的功率是通過如下方式增大的限制施加到脈沖寬度調(diào)制器級(jí)的信號(hào)的范圍，將第一切換級(jí)的輸出施加到系統(tǒng)的輸出端并將切換后的電壓施加到系統(tǒng)的另一個(gè)輸出，以產(chǎn)生基本上不失真的輸出信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于放大器的功率乘法器系統(tǒng)，其包括功率乘法器控制級(jí)；放大器級(jí)；和可連接到所述功率乘法器控制級(jí)的第一切換級(jí)；所述放大器級(jí)可連接到所述功率乘法器控制級(jí)；其中所述功率乘法器系統(tǒng)具有第一輸出端和第二輸出端，所述放大器級(jí)可連接到所述第二輸出端，用于驅(qū)動(dòng)可連接在所述第一和第二輸出端之間的負(fù)載；并且其中所述第一切換級(jí)可連接到所述第一輸出端，以將可切換的DC電壓電平施加到所述第一輸出端。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種放大從具有第一輸出端和第二輸出端的數(shù)字放大器系統(tǒng)輸出的功率的方法，所述方法包括以下步驟將輸入信號(hào)施加到功率乘法器控制級(jí)；在所述功率乘法器控制級(jí)中產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)信號(hào)；利用所述一個(gè)或多個(gè)信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)控制放大器級(jí)；經(jīng)由所述放大器級(jí)驅(qū)動(dòng)所述第二輸出端；利用來自所述功率乘法器控制級(jí)的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)控制第一切換級(jí)；在所述第一切換級(jí)中從多個(gè)電壓電平中選擇一個(gè)或多個(gè)可切換的DC電壓電平；以及將所述一個(gè)或多個(gè)選中的電壓電平施加到所述第一輸出端，用于在可連接在所述第一和第二輸出端之間的負(fù)載兩端產(chǎn)生基本上不失真的波形。


現(xiàn)將僅為舉例說明參考以下附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選特征，其中圖1是傳統(tǒng)D類數(shù)字放大器構(gòu)造的示意方框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的放大器的示意電路圖；圖3是圖2的電路中的節(jié)點(diǎn)2處的輸出信號(hào)的波形；圖4是圖2的電路中的節(jié)點(diǎn)1處的信號(hào)的波形；圖5是圖2的電路中的負(fù)載兩端出現(xiàn)的信號(hào)的波形和來自傳統(tǒng)橋接式負(fù)載(BTL)放大器的信號(hào)的波形；圖6是圖2的電路中的負(fù)載兩端、節(jié)點(diǎn)2處和節(jié)點(diǎn)1處的波形圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的放大器的示意電路圖；圖8是圖7的電路中的節(jié)點(diǎn)2處的輸出信號(hào)的波形；圖9是圖7的電路中的節(jié)點(diǎn)1處的信號(hào)的波形；圖10是圖7的電路中的負(fù)載兩端、節(jié)點(diǎn)2處和節(jié)點(diǎn)1處的波形圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的放大器的示意電路圖；圖12是來自圖11的電路中的脈沖寬度調(diào)制器的用于DC調(diào)制電壓的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的示意圖；
圖13是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的放大器的示意電路圖；圖14是來自圖13的電路中的脈沖寬度調(diào)制器的用于DC調(diào)制電壓的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的示意圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的放大器的示意電路圖；以及圖16是本發(fā)明的另一個(gè)按模擬模式操作的優(yōu)選實(shí)施例的示意電路圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出BTL配置的單通道驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器負(fù)載的傳統(tǒng)D類數(shù)字放大器系統(tǒng)的方框圖。
該系統(tǒng)包括脈沖寬度調(diào)制器集成電路4、功率級(jí)驅(qū)動(dòng)器集成電路5和驅(qū)動(dòng)負(fù)載7的MOSFET H橋級(jí)6。數(shù)字音頻輸入信號(hào)被饋送到脈沖寬度調(diào)制器電路4，從脈沖寬度調(diào)制器電路4輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)被施加到功率級(jí)驅(qū)動(dòng)器5。功率級(jí)驅(qū)動(dòng)器5的輸出驅(qū)動(dòng)MOSFET H橋級(jí)6，MOSFET H橋級(jí)6又驅(qū)動(dòng)負(fù)載7。
圖1系統(tǒng)中產(chǎn)生對(duì)負(fù)載7的最大不失真輸出的數(shù)字輸入信號(hào)的峰值幅度(Vcc伏特峰峰值)可表示為A。在此配置中，輸出功率上的主要限制是由功率級(jí)驅(qū)動(dòng)器IC 5的功率處理能力引起的。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)，包括功率乘法器控制級(jí)10，切換級(jí)11、脈沖寬度調(diào)制器級(jí)12、功率驅(qū)動(dòng)器級(jí)13、兩個(gè)功率MOSFET M1、M2、電感器L1、電容器C1和負(fù)載20。脈沖寬度調(diào)制器級(jí)12、功率驅(qū)動(dòng)器級(jí)13和兩個(gè)功率MOSFET M1和M2形成放大器級(jí)。
在圖2的系統(tǒng)中，數(shù)字音頻輸入信號(hào)30被施加到功率乘法器控制級(jí)10，功率乘法器控制級(jí)10將信號(hào)幅度例如乘以3，并檢查信號(hào)的電平。如果信號(hào)低于A，即傳統(tǒng)D類放大器中對(duì)于電源電壓Vcc將產(chǎn)生最大不失真輸出峰峰值的數(shù)字輸入信號(hào)的峰值幅度，則切換級(jí)11將選擇電壓1/2Vcc，所述切換級(jí)優(yōu)選地是多路開關(guān)。
如果信號(hào)電平超過A，則多路開關(guān)11將切換到地(GND)，并且將從輸入信號(hào)乘以3的結(jié)果中減去電平A。如果電平超過2A，則開關(guān)11將選擇電壓-1/2Vcc，將從信號(hào)乘以3的結(jié)果中減去電平2A。在這兩種情況下，此結(jié)果都會(huì)被發(fā)送到脈沖寬度調(diào)制器級(jí)12，該脈沖寬度調(diào)制器級(jí)優(yōu)選地是PWM處理器IC。從而到PWM處理器IC 12的輸入幅度始終被保持在A以下，使得不會(huì)發(fā)生溢出，并且信號(hào)保持在系統(tǒng)的線性工作范圍內(nèi)。
乘后的信號(hào)被施加到脈沖寬度調(diào)制器12，以產(chǎn)生經(jīng)寬度調(diào)制的脈沖的序列，然后該序列被施加到功率驅(qū)動(dòng)器級(jí)13。
類似地，對(duì)于輸入信號(hào)30的負(fù)峰值，如果信號(hào)電平超過-A或-2A，則多路開關(guān)11將分別切換到Vcc或3/2Vcc。同樣，-A或-2A將被從信號(hào)乘3的結(jié)果中減去，并且此結(jié)果將被發(fā)送到PWM處理器IC 12。
功率驅(qū)動(dòng)器級(jí)13驅(qū)動(dòng)串聯(lián)耦合在電源Vcc兩端的兩個(gè)MOSFET M1和M2。兩個(gè)MOSFET M1和M2的連接點(diǎn)連接到電感器L1的第一端。L1的輸出在節(jié)點(diǎn)2處耦合到電容器C1的一側(cè)以及負(fù)載20的一端。電容器C1的另一側(cè)接地。來自功率乘法器控制單元10的數(shù)字輸出被施加到切換級(jí)11，該切換級(jí)還耦合到一系列電壓源Vcc、3/2Vcc、1/2Vcc、地和-1/2Vcc。
切換級(jí)11選擇功率乘法器控制單元10確定的電壓源之一，并且選中的電壓電平被施加到節(jié)點(diǎn)1處負(fù)載20的第二側(cè)。電感器L1和電容器C 1形成低通濾波器。
圖3示出如果幅度為A的正弦輸入信號(hào)被作為音頻輸入信號(hào)30施加，圖2的電路的節(jié)點(diǎn)2處的信號(hào)的圖。
圖4示出節(jié)點(diǎn)1處的相應(yīng)信號(hào)的圖。圖5示出圖2的系統(tǒng)中的負(fù)載20兩端的相應(yīng)的整體信號(hào)的圖，以及來自傳統(tǒng)橋接式負(fù)載(BTL)放大器的信號(hào)的波形。圖6利用圖2的系統(tǒng)在一幅圖中示出節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2和負(fù)載20兩端的信號(hào)。
如圖5所示，與圖1中所示類型的實(shí)現(xiàn)峰值幅度Vcc的傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，利用圖2的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了1.5Vcc的峰值幅度，在兩種情況中使用相同的集成電路。就功率來說，通過利用圖2的系統(tǒng)，輸出功率與來自圖1所示類型的傳統(tǒng)系統(tǒng)的功率相比例如可增大到2.25倍，這在以下計(jì)算中示出。
原輸出功率，PO=VO2R]]>
功率乘法器輸出功率，PX=VX2R]]>=(32VO)2R]]>=94VO2R]]>=2.25PO]]>由于功率乘法器控制級(jí)10可用數(shù)字信號(hào)處理器來實(shí)現(xiàn)，因此圖2的系統(tǒng)可通過使用適當(dāng)算法來容易地實(shí)現(xiàn)。將功率乘法器控制級(jí)10包括在PWM處理器12內(nèi)也是可以的并且值得做的，因?yàn)檫@將減少所需的集成電路的數(shù)目。
雖然已將輸入信號(hào)30描述和圖解成是單純的正弦波，但是可使用任何形式的輸入信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)的替換實(shí)施例在圖7中示出。圖7的電路與圖2所示的相同，只不過切換電壓的數(shù)目減少到了3，即-1/2Vcc、1/2Vcc和3/2Vcc。
在圖7的實(shí)施例中，功率乘法器控制級(jí)10將輸入信號(hào)乘5并且檢測(cè)信號(hào)電平。如果信號(hào)低于A，則多路開關(guān)11將選擇電壓1/2Vcc以施加到負(fù)載20的第一側(cè)。如果信號(hào)電平超過A，則多路開關(guān)11將切換到-1/2Vcc。同時(shí)，從輸入信號(hào)乘以5的結(jié)果中減去2A，并且此結(jié)果被發(fā)送到PWM處理器IC 12。
類似地，對(duì)于負(fù)極性側(cè)，如果電平超過-A，則多路開關(guān)11將選擇電壓3/2Vcc，并且將從信號(hào)乘以5的結(jié)果中減去-2A，并且此結(jié)果將被發(fā)送到PWM處理器IC 12。
圖8示出如果幅度為A的正弦輸入信號(hào)被作為數(shù)字音頻輸入信號(hào)30施加，圖7的系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)2處的信號(hào)的圖。
圖9示出圖7的系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)1處的相應(yīng)信號(hào)的圖，圖10在一幅圖中示出圖7的系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2處和負(fù)載20兩端的信號(hào)。
圖11示出本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其與圖2和7的實(shí)施例的不同之處在于MOSFET驅(qū)動(dòng)涉及整個(gè)橋，而對(duì)于圖2所示的第一個(gè)描述的實(shí)施例，可看出只有一半H橋被使用。此外圖11的實(shí)施例與圖2的實(shí)施例相比切換電壓的檔數(shù)也較少。
在圖11的系統(tǒng)中，數(shù)字輸入信號(hào)30被施加到功率乘法器控制級(jí)10，在這里對(duì)其進(jìn)行乘法和采樣。正如圖2中的系統(tǒng)中那樣，信號(hào)電平幅度被檢查并按需要調(diào)整，以保持電平處于PWM處理器12的工作范圍之內(nèi)。乘后的輸出信號(hào)被施加到PWM處理器12，然后來自該P(yáng)WM處理器的寬度調(diào)制脈沖被施加到功率驅(qū)動(dòng)器級(jí)13的輸入。來自此級(jí)13的輸出，除被施加到MOSFET M1和M2以外，還被施加到另外兩個(gè)MOSFET M3和M4。M1和M2串聯(lián)連接在電源Vcc和地之間，其連接點(diǎn)被連接到電感器L1，電感器L1的第二端在節(jié)點(diǎn)2處連接到電容器C1的第一端和負(fù)載20的第一端。MOSFET M3和M4串聯(lián)連接在電源Vcc和地之間。M3和M4之間的連接點(diǎn)連接到電感器L2的第一端，電感器L2的第二端連接到電容器C2。電容器C1和C2的另一端接地。L2的第二端還連接到節(jié)點(diǎn)3處切換單元14的輸入。到切換單元14的其他電壓輸入為-1/2Vcc和3/2Vcc。切換操作由功率乘法器級(jí)10控制。
在圖11的系統(tǒng)中，工作原理與圖2的實(shí)施例相同，但是在圖11的配置中，直流電壓GND、1/2VCC和VCC被從H橋連接到3路開關(guān)14的一側(cè)提供給負(fù)載的節(jié)點(diǎn)1。通過控制從功率驅(qū)動(dòng)器級(jí)13施加到M3和M4的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)的寬度，經(jīng)過L2和C2形成的低通濾波器，DC電壓經(jīng)過3路開關(guān)14被施加。用于產(chǎn)生這些DC電壓的PWM信號(hào)在圖12中示出。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例在圖13中示出。在此實(shí)施例中，輸入信號(hào)30被施加到功率乘法器控制單元10，其輸出被施加到脈沖寬度調(diào)制器12。來自脈沖寬度調(diào)制器12的經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的脈沖被施加到功率驅(qū)動(dòng)器級(jí)13，此級(jí)的輸出控制串聯(lián)在電源兩端的MOSFET M1和M2。MOSFET M1和M2的連接點(diǎn)連接到電感器L1的第一端，電感器L1的第二端連接到負(fù)載20的第一端和電容器C1的第一端以形成節(jié)點(diǎn)2。來自功率乘法器控制級(jí)10的控制輸出被施加到脈沖寬度調(diào)制信號(hào)發(fā)生器級(jí)15，脈沖寬度調(diào)制信號(hào)發(fā)生器級(jí)15提供輸出以驅(qū)動(dòng)另一對(duì)MOSFET M3和M4，M3和M4串聯(lián)連接在電源3/2Vcc和-1/2Vcc之間。MOSFET M3和M4的連接點(diǎn)連接到電感器L2的第一端，電感器L2的第二端耦合到電容器C2的第一端和負(fù)載20的第二端以形成節(jié)點(diǎn)1。C1和C2的第二端都接地。
在圖13的實(shí)施例中，到節(jié)點(diǎn)1的DC電壓-1/2Vcc、GND、1/2Vcc、Vcc和3/2Vcc的切換是由PWM信號(hào)發(fā)生器15通過控制PWM信號(hào)的寬度經(jīng)過L2和C2形成的低通濾波器提供的，PWM信號(hào)的寬度如以下圖14所示。
圖14示出對(duì)于各種切換電壓分別施加到圖13的系統(tǒng)中的M3和M4的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。
為獲得-1/2Vcc的切換電壓，上晶體管M3關(guān)斷，下晶體管M4導(dǎo)通。
為了獲得接地狀態(tài)，上晶體管M3導(dǎo)通1/3個(gè)周期，同時(shí)下晶體管M4關(guān)斷，然后在剩余的2/3個(gè)周期中，M3關(guān)斷，同時(shí)M4導(dǎo)通。
為了獲得切換電壓1/2Vcc，M3導(dǎo)通半個(gè)周期，同時(shí)M4關(guān)斷，然后在剩余的半個(gè)周期中，M3關(guān)斷，同時(shí)M4導(dǎo)通。
為了獲得切換電壓Vcc，M3導(dǎo)通2/3個(gè)周期，同時(shí)M4關(guān)斷，然后在剩余的1/3個(gè)周期中，M3關(guān)斷，同時(shí)M4導(dǎo)通。
為了獲得切換電壓3/2Vcc，在周期的持續(xù)時(shí)間中，M3導(dǎo)通，M4關(guān)斷。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例在圖15中示出。切換模式電源(Switching Mode Power Supply)被用于在DC電壓間切換。正如圖2的系統(tǒng)中那樣，信號(hào)電平幅度被檢查并按需要調(diào)整以便將電平保持在PWM處理器12的工作范圍內(nèi)。數(shù)字音頻輸入信號(hào)30被施加到功率乘法器控制級(jí)10，在這里它被做乘法，然后乘后輸出被施加到脈沖寬度調(diào)制器級(jí)12。來自脈沖寬度調(diào)制器級(jí)12的經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的脈沖被施加到功率驅(qū)動(dòng)器級(jí)13，該功率驅(qū)動(dòng)器級(jí)13驅(qū)動(dòng)串聯(lián)連接在電源兩端的一對(duì)MOSFET晶體管M1和M2。MOSFET晶體管M1和M2的連接點(diǎn)連接到電感器L1的第一端，電感器L1的第二端連接到電容器C1的第一端和負(fù)載20的第一端以形成節(jié)點(diǎn)2。
功率乘法器控制級(jí)10的切換輸出被施加到切換模式電源16，以便在-1/2Vcc、地、1/2Vcc和3/2Vcc之間切換其輸出電壓。
切換模式電源16的輸出電壓被施加到負(fù)載20的第二端以形成節(jié)點(diǎn)1，電容器C1的第二端接地。來自圖15所示的切換模式電源16的其他輸出電壓V1、V2和V3是提供給設(shè)備內(nèi)的其他諸如微控制器這樣的裝置的其他電壓。
由于功率乘法器控制級(jí)10可用數(shù)字信號(hào)處理器來實(shí)現(xiàn)，因此圖2、7、11、13和15的系統(tǒng)可通過使用適當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)控制算法來容易地實(shí)現(xiàn)。
圖16示出本發(fā)明的另一個(gè)按模擬模式工作的優(yōu)選實(shí)施例，它與圖2、7、11、13和15中按數(shù)字模式工作的實(shí)施例形成對(duì)比。圖16的系統(tǒng)包括D類模擬放大器23，該放大器具有第一(正)輸入和第二(負(fù))輸入、切換級(jí)24、比較器級(jí)25、附加接口級(jí)26、負(fù)載27和由電阻器R9和R10組成的分壓比等于放大器23的增益的倒數(shù)的電阻性分壓器網(wǎng)絡(luò)。比較器級(jí)25和附加接口級(jí)26形成功率乘法器控制級(jí)。
在圖16的系統(tǒng)中，模擬輸入信號(hào)19被施加到增益為Gv的D類模擬放大器23的負(fù)輸入。模擬輸入信號(hào)19還被施加到比較器級(jí)25，其中它被與從正電壓源Vref和負(fù)電壓源-Vref獲得的多個(gè)DC電壓相比較。在比較器級(jí)25內(nèi)，六個(gè)電阻器R1至R6的串聯(lián)鏈連接在Vref和-Vref之間以提供多個(gè)DC電壓。電阻器R3和R4的連接點(diǎn)接地。在比較器級(jí)25內(nèi)還有四個(gè)比較器。模擬輸入信號(hào)19被施加到每個(gè)比較器的一個(gè)輸入，每個(gè)比較器的另一個(gè)輸入連接到電阻器R1至R6的鏈中的連接點(diǎn)，所述連接點(diǎn)在R1和R2之間、R2和R3之間、R4和R5之間以及R5和R6之間。優(yōu)選地，電阻器R1和R6的電阻值相等。從而信號(hào)被與電壓±1/3Vref和±2/3Vref相比較。
比較器的輸出耦合到附加級(jí)26，該級(jí)可包括控制電路以控制切換級(jí)24。級(jí)26的輸出耦合到切換級(jí)24。
切換級(jí)24的輸出耦合到負(fù)載27的第一(正)端，還耦合到由電阻器R9和R10形成的分壓器的電阻器R9。R9和R10之間的連接點(diǎn)耦合到D類模擬放大器23的第一(正)端。R10的另一端接地。負(fù)載27的第二(負(fù))端的輸出連接到D類模塊放大器23的輸出。
在圖16的系統(tǒng)中，到D類放大器23的電源電壓只需要為總輸出電壓擺幅的三分之一。因此，如果總不失真輸出電壓為±Vcc，則Vref被選擇為使得±Vref的輸入擺幅給出不失真的輸出±Vcc。
如果輸入信號(hào)19的正向振幅超過電平1/3Vref，則連接在R2和R3的連接點(diǎn)處的比較器將給出輸出，該輸出經(jīng)由級(jí)26設(shè)置切換級(jí)24以給出對(duì)應(yīng)于1/3Vcc的輸出Vcc1。
如果正向振幅超過2/3Vref，則連接到R1和R2的連接點(diǎn)的比較器將產(chǎn)生輸出，該輸出設(shè)置切換級(jí)24以給出對(duì)應(yīng)于2/3Vcc的輸出Vcc2。
如果輸入信號(hào)19的負(fù)向振幅超過電平-1/3Vref，則連接在R4和R5的連接點(diǎn)處的比較器將給出輸出，級(jí)26將用該輸出來設(shè)置切換級(jí)24以給出對(duì)應(yīng)于-1/3Vcc的輸出-Vcc1。
如果負(fù)向振幅超過-2/3Vref，則連接到R5和R6的連接點(diǎn)的比較器將產(chǎn)生輸出，該輸出設(shè)置切換級(jí)24以給出等于-2Vcc1的輸出-Vcc2。
負(fù)載27的第一(正)和第二(負(fù))端處的波形也在圖16中示出。在圖16的實(shí)施例中，D類放大器23可實(shí)現(xiàn)的輸出功率高于單獨(dú)的放大器的設(shè)計(jì)功率。在圖2至15的實(shí)施例中，可以在不增大施加到放大器的電壓的情況下產(chǎn)生比傳統(tǒng)放大器設(shè)計(jì)更高的輸出功率，或者以較低的電源電壓產(chǎn)生相同的輸出功率。
由于電阻器R9和R10之間的連接點(diǎn)連接到D類模擬放大器23的正端，因此此連接點(diǎn)處的信號(hào)電平被從輸入信號(hào)電平中減去，使得產(chǎn)生的從放大器23輸出的信號(hào)電平在放大器23的線性工作范圍內(nèi)。
可對(duì)上述本發(fā)明的實(shí)施例做出各種修改。例如，可對(duì)上述實(shí)施例添加或替換其他元件和方法步驟。從而，雖然在上文中本發(fā)明是用特定實(shí)施例來描述的，但是在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，許多變動(dòng)在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)都是可能的，并且對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員也是明顯的。
權(quán)利要求
1.一種用于放大器的功率乘法器系統(tǒng)，包括功率乘法器控制級(jí)；放大器級(jí)；和可連接到所述功率乘法器控制級(jí)的第一切換級(jí)；所述放大器級(jí)可連接到所述功率乘法器控制級(jí)；其中所述功率乘法器系統(tǒng)具有第一輸出端和第二輸出端，所述放大器級(jí)可連接到所述第二輸出端以驅(qū)動(dòng)可連接在所述第一和第二輸出端之間的負(fù)載；并且其中所述第一切換級(jí)可連接到所述第一輸出端，以將可切換的DC電壓電平施加到所述第一輸出端。
2.如權(quán)利要求1所述的功率乘法器系統(tǒng)，其中所述放大器包括可連接到所述功率乘法器控制級(jí)的脈沖寬度調(diào)制器級(jí)，可連接到所述脈沖寬度調(diào)制器級(jí)的功率驅(qū)動(dòng)器級(jí)；以及可連接到所述功率驅(qū)動(dòng)器級(jí)的第二切換級(jí)；其中所述第二切換級(jí)可連接到所述第二輸出端以驅(qū)動(dòng)可連接在所述第一和第二輸出端之間的負(fù)載。
3.如權(quán)利要求2所述的功率乘法器系統(tǒng)，還包括可連接在所述第二切換級(jí)和地之間的低通濾波器。
4.如權(quán)利要求2所述的功率乘法器系統(tǒng)，其中所述第二切換級(jí)包括至少兩個(gè)可串聯(lián)連接的MOSFET。
5.如權(quán)利要求2所述的功率乘法器系統(tǒng)，其中所述第一切換級(jí)包括選擇器，用于選擇要施加到所述第一輸出端的多個(gè)預(yù)定的直流電壓電平中的一個(gè)或多個(gè)。
6.如權(quán)利要求2所述的功率乘法器系統(tǒng)，其中所述功率乘法器控制級(jí)包括乘法器、減法器和比較器。
7.如權(quán)利要求2所述的功率乘法器系統(tǒng)，還包括可連接到所述功率驅(qū)動(dòng)器級(jí)和所述第一切換級(jí)的第三切換級(jí)，以經(jīng)過第一切換級(jí)向所述第一輸出端提供多個(gè)可切換的直流電壓電平。
8.如權(quán)利要求7所述的功率乘法器系統(tǒng)，其中所述第三切換級(jí)包括至少兩個(gè)可串聯(lián)連接的MOSFET。
9.如權(quán)利要求2所述的功率乘法器系統(tǒng)，其中所述第一切換級(jí)包括脈沖寬度調(diào)制信號(hào)發(fā)生器。
10.如權(quán)利要求2所述的功率乘法器系統(tǒng)，其中所述第一切換級(jí)包括切換模式電源。
11.如權(quán)利要求1所述的功率乘法器系統(tǒng)，其中所述放大器級(jí)包括具有第一輸入和第二輸入以及增益的D類模擬放大器。
12.如權(quán)利要求11所述的功率乘法器系統(tǒng)，還包括可連接到所述放大器的所述第一輸入的分壓器，并且該分壓器的分壓比對(duì)應(yīng)于所述放大器的所述增益的倒數(shù)。
13.一種放大從具有第一輸出端和第二輸出端的數(shù)字放大器系統(tǒng)輸出的功率的方法，所述方法包括以下步驟將輸入信號(hào)施加到功率乘法器控制級(jí)；在所述功率乘法器控制級(jí)中產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)信號(hào)；利用所述一個(gè)或多個(gè)信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)控制放大器級(jí)；經(jīng)由所述放大器級(jí)驅(qū)動(dòng)所述第二輸出端；利用來自所述功率乘法器控制級(jí)的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)控制第一切換級(jí)；在所述第一切換級(jí)中從多個(gè)電壓電平中選擇一個(gè)或多個(gè)可切換的直流電壓電平；以及將所述一個(gè)或多個(gè)選中的電壓電平施加到所述第一輸出端，用于在可連接在所述第一和第二輸出端之間的負(fù)載兩端產(chǎn)生基本上不失真的波形。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中控制放大器級(jí)的步驟包括利用所述一個(gè)或多個(gè)信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)控制脈沖寬度調(diào)制級(jí)以產(chǎn)生經(jīng)寬度調(diào)制的脈沖的序列；并且其中驅(qū)動(dòng)所述第二輸出端的步驟包括利用所述經(jīng)寬度調(diào)制的脈沖序列經(jīng)由第二切換級(jí)驅(qū)動(dòng)所述第二輸出端。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括在將所述脈沖序列施加到所述第一輸出端之前，在低通濾波器中對(duì)來自所述第一切換級(jí)的所述經(jīng)寬度調(diào)制的脈沖序列進(jìn)行濾波。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中在所述第二切換級(jí)中驅(qū)動(dòng)所述第二輸出端的步驟包括驅(qū)動(dòng)至少兩個(gè)可串聯(lián)連接的MOSFET。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中在所述第一切換級(jí)中選擇的步驟包括選擇要施加到所述第二輸出端的多個(gè)預(yù)定的直流電壓電平中的一個(gè)或多個(gè)。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中在所述功率乘法器控制級(jí)中產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)信號(hào)的步驟包括將所述輸入信號(hào)乘以預(yù)定的因子；將所述輸入信號(hào)與預(yù)定的參考值相比較，如果所述輸入信號(hào)超過所述參考值，則降低所述輸入信號(hào)以保持施加到所述脈沖寬度調(diào)制器的信號(hào)在所述調(diào)制器的工作范圍內(nèi)；以及根據(jù)所述輸入信號(hào)的幅度確定一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)以控制所述第一切換級(jí)。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括利用可連接到所述功率驅(qū)動(dòng)器級(jí)和所述第一切換級(jí)的第三切換級(jí)，經(jīng)過第一切換級(jí)向所述第一輸出端提供多個(gè)可切換的直流電壓電平。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述提供多個(gè)所述電平的步驟包括使用至少兩個(gè)可串聯(lián)連接的MOSFET。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述在所述第一切換級(jí)中選擇要施加到所述第一輸出端的所述一個(gè)或多個(gè)電壓的步驟包括生成具有多個(gè)脈沖的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，每個(gè)脈沖具有與其相關(guān)聯(lián)的寬度，所述寬度由所述功率乘法器控制級(jí)控制。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括利用所述多個(gè)脈沖驅(qū)動(dòng)第三切換級(jí)以經(jīng)由低通濾波器將選中的電壓電平施加到所述第一輸出端。
23.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述在所述第一切換級(jí)中選擇要施加到所述第一輸出端的所述一個(gè)或多個(gè)電壓的步驟包括對(duì)切換模式電源進(jìn)行切換以產(chǎn)生要施加到所述第一輸出端的預(yù)定電壓，所述電壓是由來自所述功率乘法器控制級(jí)的所述一個(gè)或多個(gè)信號(hào)決定的。
24.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述驅(qū)動(dòng)所述第二輸出端的步驟包括將所述輸入信號(hào)施加到所述放大器級(jí)的負(fù)輸入，經(jīng)由分壓器將來自切換級(jí)的輸出的DC電壓施加到放大器級(jí)的正輸入，使得放大器級(jí)的輸出保持在所述放大器的線性工作范圍內(nèi)。
25.如權(quán)利要求13所述的方法，其中在所述功率乘法器控制級(jí)中產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)信號(hào)的步驟包括將所述輸入信號(hào)與預(yù)定的參考值相比較，如果所述輸入信號(hào)超過所述參考值，則根據(jù)輸入信號(hào)的幅度確定所述一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)以控制所述第一切換級(jí)。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述放大器級(jí)具有增益，所述方法還包括利用所述一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)控制所述放大器級(jí)，所述控制步驟包括衰減來自所述第一切換級(jí)的輸出以提供衰減量對(duì)應(yīng)于所述放大器級(jí)的增益的衰減后的信號(hào)，并且從所述輸入信號(hào)中減去所述衰減后的信號(hào)以保持從所述放大器級(jí)輸出的信號(hào)在其工作范圍內(nèi)。
27.如權(quán)利要求11所述的功率乘法器系統(tǒng)，其中所述功率乘法器控制級(jí)包括比較器級(jí)和接口級(jí)。
全文摘要
一種用于放大器的功率乘法器系統(tǒng)包括功率乘法器控制級(jí)、放大器級(jí)和可連接到功率乘法器控制級(jí)的第一切換級(jí)。放大器級(jí)可連接到功率乘法器控制級(jí)。功率乘法器系統(tǒng)具有第一輸出端和第二輸出端，放大器級(jí)可連接到第二輸出端，用于驅(qū)動(dòng)可連接在第一和第二輸出端之間的負(fù)載。第一切換級(jí)可連接到第一輸出端，以將可切換的DC電平施加到第一輸出端。還公開了一種對(duì)放大器系統(tǒng)的功率輸出進(jìn)行放大的方法。
文檔編號(hào)H03F1/02GK1881786SQ20051011498
公開日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月1日
發(fā)明者湯文義, 牧野潤(rùn) 申請(qǐng)人:創(chuàng)新科技有限公司