專利名稱：數(shù)字放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于音頻放大器或類似設(shè)備的數(shù)字放大器。
背景技術(shù)：
有一種數(shù)字放大器，它根據(jù)輸入信號產(chǎn)生經(jīng)過脈寬調(diào)制的脈沖序列，并根據(jù)脈沖序列切換插入在電源和揚聲器之間的開關(guān)放大級，從而驅(qū)動揚聲器。在這樣的數(shù)字放大器中，由于開關(guān)放大級的開關(guān)操作，電源電壓發(fā)生波動，導(dǎo)致增益波動。不采取任何措施時，由于電源電壓的波動，在揚聲器的驅(qū)動波形中會出現(xiàn)波形失真。為了防止出現(xiàn)上述波形失真，現(xiàn)有的數(shù)字放大器檢測施加到開關(guān)放大級的電源電壓的波形，并根據(jù)檢測到的波形進行控制以保持增益恒定。這樣的數(shù)字放大器例如在日本專利公開號為2004-7324的專利文獻(專利文獻1)中被公開。
在現(xiàn)有的數(shù)字放大器中，電源電壓波形直接反饋到用于保持增益恒定的控制電路。因此，對于保持增益恒定的控制不是必需的信號成分，例如包含在電源電壓波形中的開關(guān)噪聲，也用于增益控制。因而，出現(xiàn)下述問題即，聲音再生可能受到不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情形提出本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字放大器，在該數(shù)字放大器中，在電源電壓波形中任何不是必需的頻帶成分都沒有用于保持增益恒定的控制，但是能夠?qū)崿F(xiàn)適當(dāng)?shù)穆曇粼偕?br> 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的特征在于具有下述配置。
(1)一種數(shù)字放大器，包括脈沖發(fā)生單元，其根據(jù)輸入信號產(chǎn)生經(jīng)過脈寬調(diào)制的脈沖序列，該脈沖發(fā)生單元在脈寬調(diào)制中根據(jù)控制信號控制調(diào)制程度；
開關(guān)電路，其插入在電源和負(fù)載之間，該開關(guān)電路包括開關(guān)元件，該開關(guān)元件根據(jù)脈沖發(fā)生單元產(chǎn)生的脈沖序列進行導(dǎo)通/截止切換，從而驅(qū)動負(fù)載；以及濾波器單元，其限制電源的電源電壓波形中的特定頻帶成分以產(chǎn)生控制信號。
(2)根據(jù)(1)的數(shù)字放大器，其中，濾波器單元具有可變的頻率傳遞特性。
(3)根據(jù)(1)的數(shù)字放大器，其中，濾波器單元包括低通濾波器。
(4)根據(jù)(1)的數(shù)字放大器，其中，脈沖發(fā)生單元包括用來產(chǎn)生三角波的三角波生成電路；用于將輸入信號與三角波進行比較并輸出脈沖序列的脈寬調(diào)制電路；以及用于根據(jù)濾波器單元產(chǎn)生的控制信號來控制三角波振幅的增益控制電路。


圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的數(shù)字放大器結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2為示出了同一實施方式的具體電路實例的電路圖。
圖3A-3D為用于解釋同一實施方式的效果的曲線圖。
圖4為示出了用在本發(fā)明第二實施方式中的濾波器結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實施例方式
下面將參考

本發(fā)明的實施方式。
第一實施方式圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的數(shù)字放大器結(jié)構(gòu)的電路圖。圖1中，三角波發(fā)生電路1、脈寬調(diào)制電路2和增益控制電路3構(gòu)成脈沖發(fā)生電路10，該脈沖發(fā)生電路10根據(jù)輸入的模擬信號輸出經(jīng)過脈寬調(diào)制的脈沖序列。下面將進行更詳細(xì)的描述。三角波發(fā)生電路1是這樣的電路即，其用于以恒定周期產(chǎn)生三角波。三角波發(fā)生電路1能控制要產(chǎn)生的三角波的振幅。脈寬調(diào)制電路2例如是比較器，該比較器將三角波發(fā)生電路1提供的三角波與輸入的模擬信號進行比較，從而例如僅在如下期間內(nèi)輸出具有高電平的脈沖序列，該期間內(nèi)三角波發(fā)生電路1產(chǎn)生的三角波瞬時值低于輸入的模擬信號的瞬時值。增益控制電路3是這樣的電路，其用于根據(jù)給定的控制信號控制由三角波發(fā)生電路1產(chǎn)生的三角波的振幅，從而在總體上控制數(shù)字放大器的增益。
開關(guān)放大級有2個FET(場效應(yīng)晶體管)4a和4b，F(xiàn)ET 4a和4b為開關(guān)元件。FET 4a和4b的源極分別與電源+VB和-VB連接，它們的漏極相互連接，從而形成開關(guān)放大級的輸出端4c。來自脈寬調(diào)制電路2的脈沖序列提供給FET 4a和4b的柵極。FET 4a和4b根據(jù)脈沖序列交替地進行導(dǎo)通/截止切換。因而，此脈沖序列由開關(guān)放大級的輸出端4c輸出。用于吸收由FET 4a和4b的開關(guān)操作造成的電源電壓波動的兩個電容8a和8b串聯(lián)插在電源+VB和-VB之間。電容之間的公共節(jié)點接地。開關(guān)放大級的輸出端4c通過電感5和電容6接地。電感5和電容6之間的節(jié)點與作為負(fù)載的揚聲器7連接。在此，電感5和電容6作用為低通濾波器，將輸出到開關(guān)放大級的輸出端4c的脈沖序列轉(zhuǎn)換為模擬信號，并將該模擬信號提供給揚聲器7。
在本實施方式中，濾波器9a被插入電源+VB和增益控制電路3之間，濾波器9b被插入電源-VB和增益控制電路3之間。這些濾波器限制了施加到開關(guān)放大級的電源電壓波形的高頻成分，并向增益控制電路3提供作為控制信號的電源電壓波形。當(dāng)指示電源電壓下降的控制信號作為控制信號送到增益控制電路3時，增益控制電路3減小三角波的振幅，并增強脈寬調(diào)制電路2的調(diào)制程度。當(dāng)指示電源電壓升高的控制信號作為控制信號送到增益控制電路3時，增益控制電路3增大三角波的振幅，并降低脈寬調(diào)制電路2的調(diào)制程度。因而，數(shù)字放大器的增益總體來說保持恒定。根據(jù)本實施方式，僅在特定頻帶成分通過濾波器9a和9b時執(zhí)行用于保持增益恒定的控制。
圖2為示出了一個具體實例的電路圖，該實例中，本實施方式應(yīng)用于專利文獻1所公開的三角波生成電路。圖2示出了與圖1中三角波生成電路1、增益控制電路3和濾波器9a和9b對應(yīng)的電路。專利文獻1中的三角波生成電路用于與本實施方式類似的數(shù)字放大器中，該三角波生成電路能根據(jù)控制信號調(diào)整三角波的振幅。圖2所示的電路具有如下結(jié)構(gòu)，其中，專利文獻1中的三角波生成電路中增加了濾波器9a和9b。由電阻81和82構(gòu)成的分壓電路將圖1中電源+VB的電源電壓VPX進行分壓，以便輸出電壓V1。由電阻83和84構(gòu)成的分壓電路將圖1中電源-VB的電源電壓VMX進行分壓，以便輸出電壓V2。在專利文獻1的三角波生成電路中，由分壓電路獲得的電壓V1和V2直接提供給比較器41和42。與之相反，在本實施方式中，兩個分壓電路獲得的電壓V1和V2分別通過濾波器9a和9b。因此，電壓V1和V2的高頻成分受到限制，從而形成了帶有少量高頻成分的電壓V1’和V2’。電壓V1’和V2’提供給比較器41和42。圖2所示的電路中，生成了與時鐘CK同步、在電壓V1’和V2’之間以直線斜率周期性變化的三角波Vout，該三角波Vout從輸出端46輸出。三角波Vout提供給圖1中的脈寬調(diào)制電路2。生成三角波的動作已經(jīng)在專利文獻1中詳細(xì)描述，在此就不再贅述。日本公開專利號為2004-7324(專利文獻1)的公開內(nèi)容在此以引用的方式并入本文。
下面，通過與現(xiàn)有技術(shù)進行比較來說明本實施方式的效果。當(dāng)圖1所示的數(shù)字放大器中的FET 4a和4b根據(jù)來自脈沖發(fā)生電路10的脈沖序列進行導(dǎo)通/截止切換時，由于開關(guān)的影響，數(shù)字放大器輸出如圖3A所示的電源電壓波形。在該電源電壓波形中，開關(guān)噪聲、信號波動和電源波動疊加在直流電壓上，該直流電壓是最初由電源提供的電源電壓，該開關(guān)噪聲是無論FET 4a和4b切換為導(dǎo)通/截止都會產(chǎn)生的開關(guān)噪聲，該信號波動是與提供給脈寬調(diào)制電路2的輸入信號波形對應(yīng)的信號波動，該電源波動是電容8a和8b通過FET 4a和4b進行充電/放電造成的電源波動。
在現(xiàn)有的數(shù)字放大器中，包含所有這些成分的電源電壓波形作為控制信號提供給增益控制電路3。然而，在從增益控制電路3到脈寬調(diào)制電路2的通路中存在絕對延時τ。對于諸如開關(guān)噪聲的高頻噪聲，由于存在絕對延時τ，所以在偏離應(yīng)與噪聲一致地控制增益的時刻的不合適的時刻進行增益控制。另外，開關(guān)噪聲依賴數(shù)字放大器的輸出信號電平或作為負(fù)載的揚聲器，但是開關(guān)噪聲對數(shù)字放大器的增益沒有重大的影響。盡管如此，當(dāng)增益隨著開關(guān)噪聲受控時，開關(guān)噪聲仍然不利于聲音再生。
另一方面，根據(jù)本實施方式，作為例子，高頻成分被如圖3B所示的濾波器9a(9b)從電源電壓波形中消除。圖3D示出了以濾波器9a(9b)為例的頻率傳遞特性。根據(jù)本實例中的濾波器9a(9b)的頻率傳遞特性，在電源電壓波形的頻譜中，直流電壓范圍、電源波動范圍和音頻信號范圍的信號成分以足夠高的反饋率反饋到增益控制電路3，而開關(guān)范圍中的信號成分以有限的低電平反饋到增益控制電路3。因此，如圖3C所示，如下的控制信號提供給增益控制電路3，該控制信號不但包含直流電壓成分、電源波動和信號波動作為其主要成分，還包含足夠有限的開關(guān)噪聲。從增益控制電路3到脈寬調(diào)制電路2的通路能適當(dāng)?shù)仨憫?yīng)控制信號。因此，根據(jù)本實施方式，能夠僅根據(jù)對增益具有重大影響的成分(例如電源波動和信號波動)進行適當(dāng)控制，以保持增益恒定。
第二實施方式在第一實施方式中，濾波器用于防止保持增益恒定的控制以不適當(dāng)?shù)姆绞竭M行，該不適當(dāng)?shù)姆绞娇赡軐?dǎo)致工作不穩(wěn)定，通過該濾波器，用于保持增益恒定的控制的應(yīng)用范圍只局限在必需的頻帶。另一方面，根據(jù)該實施方式，濾波器用于在聲音再生中根據(jù)作為負(fù)載連接的揚聲器等調(diào)整聲音質(zhì)量，通過該濾波器，用于保持增益恒定的控制的應(yīng)用范圍局限在必需的頻帶。
由揚聲器再生的聲音質(zhì)量依賴于總體上包括數(shù)字放大器和揚聲器的聲音再生系統(tǒng)中增益的頻率特性。聲音再生系統(tǒng)中增益的頻率特性總體上依賴于作為負(fù)載連接到數(shù)字放大器的揚聲器或由揚聲器再生的聲音。因此，為了在再生的聲音中獲得滿意的質(zhì)量，理想的是根據(jù)揚聲器連接到數(shù)字放大器狀態(tài)下再生的聲音，總體上適當(dāng)?shù)卣{(diào)整聲音再生系統(tǒng)中增益的頻率特性。圖1所示的結(jié)構(gòu)中，濾波器插入用于控制增益的反饋路徑中。濾波器的頻率傳遞特性總體上對聲音再生系統(tǒng)中增益的頻率特性有重大的影響。本實施方式注意到了這一點。也就是說，具有可變的頻率傳遞特性的濾波器單元用作圖1中的濾波器9a和9b。具有可變的頻率傳遞特性的這樣的濾波器單元可以具有不同的結(jié)構(gòu)。圖4示出了它的一個實例。在該實例中，具有可變的頻率傳遞特性的濾波器單元由多個不同類型的濾波器9-k(k＝1至n)以及開關(guān)SW1和SW2構(gòu)成，開關(guān)SW1和SW2用于從這些濾波器中選擇一個濾波器。多個不同類型的濾波器9-k(k＝1至n)包括多種不同頻率傳遞特性的濾波器，例如低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器等。這些濾波器可以是有源濾波器，也可以是無源濾波器。使用者能操作未示出的操作部分來改變開關(guān)SW1和SW2并選擇能夠獲得滿意聲音質(zhì)量的濾波器。例如，當(dāng)最好是增大某個頻帶的增益以獲得理想的聲音質(zhì)量時，從濾波器9-k(k＝1至n)中選擇在該頻段具有高增益的濾波器，從而使保持增益恒定的控制在該波段有效。
在本實施方式中可以考慮到下述的變型。
(1)可能需要具有銳截止特性的濾波器作為理想的濾波器9a和9b。為了處理這種情況，可以這樣設(shè)計濾波器9a和9b，使得能夠使用多級濾波器并且濾波器的級數(shù)能通過操作部分的操作來改變。
(2)可以使用能夠改變其階數(shù)(order)的濾波器作為濾波器9a和9b，因此能夠通過操作部分的操作改變階數(shù)。可選地，圖4所示的電路也能用作每個濾波器9a和9b，因此每個濾波器的階數(shù)能通過操作部分的操作改變。
(3)其截止頻率(或消除頻率(eliminate frequencies))可被改變的濾波器也能用作濾波器9a和9b，因此截止頻率能通過操作部分的操作改變?？蛇x地，圖4所示的電路也可以用作每個濾波器9a和9b，因此每個濾波器的截止頻率能通過操作部分的操作改變。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字放大器，包括脈沖發(fā)生單元，其根據(jù)輸入信號產(chǎn)生經(jīng)過脈寬調(diào)制的脈沖序列，所述脈沖發(fā)生單元在脈寬調(diào)制中根據(jù)控制信號控制調(diào)制程度；開關(guān)電路，其插入在電源和負(fù)載之間，所述開關(guān)電路包括開關(guān)元件，所述開關(guān)元件根據(jù)脈沖發(fā)生單元產(chǎn)生的脈沖序列進行導(dǎo)通/截止切換，從而驅(qū)動負(fù)載；以及濾波器單元，其限制電源的電源電壓波形中的特定頻帶成分以產(chǎn)生控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字放大器，其中，所述濾波器單元具有可變的頻率傳遞特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字放大器，其中，所述濾波器單元包括低通濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字放大器，其中，所述脈沖發(fā)生單元包括用來產(chǎn)生三角波的三角波生成電路；用于將輸入信號與三角波進行比較并輸出脈沖序列的脈寬調(diào)制電路；以及用于根據(jù)濾波器單元產(chǎn)生的控制信號來控制三角波振幅的增益控制電路。
全文摘要
由場效應(yīng)晶體管組成的開關(guān)電路分別插入在電源+VB和－VB與作為負(fù)載的揚聲器之間，并根據(jù)脈沖序列進行導(dǎo)通/截止切換，從而驅(qū)動揚聲器。脈沖發(fā)生電路是這樣的電路即，由該電路將根據(jù)輸入信號經(jīng)過脈寬調(diào)制的脈沖序列提供給開關(guān)電路。該脈沖發(fā)生電路能根據(jù)控制信號控制該脈沖序列的振幅。濾波器限制在電源之間的電源電壓波形中的特定頻帶成分，并向該脈沖發(fā)生電路中的增益控制電路提供該電源電壓波形作為控制信號。
文檔編號H03F3/20GK1822494SQ20061000311
公開日2006年8月23日 申請日期2006年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月14日
發(fā)明者加納真彌 申請人:雅馬哈株式會社