專利名稱：放大電路及其方法
放大電路及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電子學(xué)，尤其是涉及形成半導(dǎo)體裝置的方法和結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
過去，半導(dǎo)體工業(yè)利用各種方法和結(jié)構(gòu)來生產(chǎn)D類放大器?，F(xiàn) 有的D類放大器有各種應(yīng)用，如用于便攜式電話的音頻功率放大器。 在這樣的應(yīng)用中，D類放大器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并使用數(shù) 字信號來轉(zhuǎn)換具有數(shù)字開關(guān)的負載。2003年9月2日Score etal發(fā)布 的美國專利號6,614,297中公開了這樣的D類放大器的一個例子。這 些現(xiàn)有的D類放大器的一個問題是電磁干擾(EMI)。如果音頻輸入 信號的值為零或接近于零，則音頻輸入信號上較少量的噪聲導(dǎo)致從D 類放大器的輸出輻射的高頻噪聲。
減少EMI的一些方法包括在D類放大器的數(shù)字邏輯部分中使用 數(shù)字邏輯組件。2005年1月25日授與Edwards等人的美國專利號 6,847,257中公開了這樣的數(shù)字邏輯的一個例子。這些D類放大器的 數(shù)字邏輯組件消除了在某一頻率之上的所有噪聲，該頻率甚至導(dǎo)致消 除了音頻聲音。這在一些音頻信號的一部分期間產(chǎn)生完全安靜的時 期。安靜時期通常利用如便攜式電話的音頻裝置，認為該裝置沒有正 確操作。
因此，期望有一種減少電磁干擾而不消除音頻信號的D類放大器。


圖1簡要示出根據(jù)本發(fā)明的包括放大電路的示例性實施例的音頻系統(tǒng)的一部分的實施例；
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的圖1的放大電路的一些信號之間的關(guān)系 的信號圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的圖1的放大電路的一些其它信號之間的 關(guān)系的信號圖4簡要示出根據(jù)本發(fā)明的包括圖l的放大電路的半導(dǎo)體裝置的 放大平面圖。
具體實施方式
為了說明的簡潔和清楚，圖式中的組成部分沒有必要按比例繪 制，不同圖中相同的組件符號表示相同的組成部分。此外，為了描述 的簡要而省略了已知的步驟和組成部分的說明與詳述。如這里所使用 的電流負載電極表示裝置的一個組成部分，其承栽通過該裝置(如 MOS晶體管)的源極或漏極、或二極晶體管的集電極或發(fā)射極、或二 極管的陰極或陽極的電流；控制電極表示裝置的一個組成部分，其控 制通過該裝置(如MOS晶體管)的柵極或二極晶體管的基極電流。雖 然這些裝置在這里被解釋為某個N型或P型裝置，但技術(shù)領(lǐng)域中具有 通常知識者應(yīng)該認識到，依照本發(fā)明，互補裝置也是可能的。技術(shù)領(lǐng) 域中具有通常知識者應(yīng)認識到，這里使用的詞"在…的期間、在…同時、 當(dāng)...的時候"不是一個行為和初始行為同時發(fā)生的準確術(shù)語，而是在被 初反應(yīng)激起的反應(yīng)之間可能有一些小而合理的延遲，如傳播延遲。
圖1簡要示出包括放大電路25的示例性實施例的音頻系統(tǒng)10 的一部分的實施例。放大電路25經(jīng)配置成在信號輸入26上接收模擬 輸入信號(Vi)，并響應(yīng)性地形成差動地驅(qū)動負栽18的輸出信號。 對于圖1所示的系統(tǒng)10的示例性實施例，負載18包括音頻揚聲器12。 揚聲器12 —般為可被感應(yīng)器15、電阻器13和16及電容器14和17 作為模型使用的電感揚聲器。本領(lǐng)域中具有通常知識者應(yīng)認識到，電 路25可用于其它應(yīng)用，及負載18可為其它類型的負栽。例如，揚聲 器12可為不同類型的揚聲器，或揚聲器12可由電動機或音頻顯示器(如行動電話)的顯示器代替。本領(lǐng)域中具有通常知識者應(yīng)認識到，負
載18可具有其它沒有顯示的阻抗組件。
電路25被連接以在電壓輸入27和電壓返回28之間接收用于操 作電路25的輸入電壓。輸入27和返回28通常連接到電壓電源如電 池20。電路25包括調(diào)制電路40，并通常還包括緩沖放大器29和D 類放大器35。緩沖放大器29從輸入26接收輸入信號(Vi),并形成 代表輸入信號(Vi)的緩沖信號(Vb)。放大器29也從電路25的其 它組件緩沖輸入信號。調(diào)制電路40通常包括信號產(chǎn)生器37和模擬加 法器。在圖1所示的電路25的示例性實施例中，電阻器36和電容器 39顯示為模擬加法器的示例性實施例。 一般來說，放大器29的輸出 具有用Vb信號驅(qū)動電阻器36的低阻抗。這樣的配置便于將電阻器 36和電容器49使用為加法器電路。本領(lǐng)域中具有通常知識者應(yīng)認識 到，各種其它的電路如運算放大器或切換電容器電路可用于實現(xiàn)模擬 加法器。放大器35可為各種已知的D類放大器的任何一種。放大器 35通常包括將模擬信號轉(zhuǎn)換成兩個脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號的脈 沖寬度調(diào)制(PWM)電路(沒有示出)。PWM電路一般包括鋸齒形 信號產(chǎn)生器和配置成接收模擬信號和鋸齒信號的兩個電容器，并形成 兩個PWM信號。放大器35還可包括H電橋驅(qū)動器，其接收兩個PWM 信號并驅(qū)動輸出信號OP和ON。這樣的D類放大器對本領(lǐng)域中具有 通常知識者是習(xí)知的。
圖2為顯示電路25的輸出信號OP和ON之間的兩個關(guān)系的信 號圖。曲線43示出輸出OP上的信號，而曲線44示出輸出ON上的 信號。本描述參考圖l和圖2。正如本領(lǐng)域中具有通常知識所習(xí)知的， D類放大器(如放大器35)基于由放大器所接收的輸入信號的振幅來形 成輸出信號，例如信號OP和ON。對于放大器35，輸出31上正OP 信號的脈沖寬度具有脈沖寬度Tp，而輸出32上負ON信號的脈沖寬 度具有脈沖寬度Tn (見圖2)。當(dāng)輸入信號的振幅大于輸入信號的中 點時，在正輸出(如OP)上形成第一脈沖，且脈沖的寬度(如Tp)由該 幅度超過中點的量所確定。同樣，在負輸出(如ON)上形成第二脈沖，且脈沖的寬度(如Tn)由該幅度超過中點的量所確定。對于這種類型的 輸入信號，Tp大于Tn。類似的，當(dāng)輸入信號的振幅小于輸入信號的 中點時，在負輸出(如ON)上形成第三脈沖，且脈沖的寬度(如Tn)由 該幅度小于中點的量所確定。同樣，在正輸出(如OP)上形成第四脈沖， 且脈沖的寬度(Tp)由該幅度小于中點的量所確定。對于這種類型的 輸入信號，Tn大于Tp。只要OP和ON信號具有相同的極性，就沒 有電流流經(jīng)揚聲器12。電流流經(jīng)揚聲器12只有當(dāng)信號具有正極時的 這個時候。在OP和ON信號的標為II的這部分期間，OP高而ON 低，且信號具有不同的極性。不同極性引起揚聲器12兩端的電位和 流經(jīng)揚聲器12的電流脈沖。類似地，在OP和ON信號的標為12的 這部分期間，OP低而ON高，且信號具有不同的極性。不同極性引 起揚聲器12兩端的電位和流經(jīng)揚聲器12的電流脈沖。當(dāng)信號具有正 極時，信號的這些部分是指OP和ON信號的差異或信號差異。
在現(xiàn)有技術(shù)的電路中，由于在II和12期間流過的電流脈沖的窄 帶寬，在信號的II和12部分期間流過的電流引起EMI。
正如下文將進一步看到的，電路25經(jīng)配置成確保在II和12期 間流過的電流脈沖的最小寬度足夠?qū)?，以確保EMI具有在目標值之 下的頻譜，例如三十兆赫茲(30Mhz)。正如從圖2可看到的，這意 味著保持Il或I2的寬度足夠?qū)?，例如大于約三十三納秒(33nsec)， 以確保EMI具有在約三十兆赫茲(30Mhz)之下的頻i脊。保持EMI 頻譜在約三十兆赫茲之下確保沒有EMI干擾能干擾其它電子電路， 例如在電子裝置如行動電話等內(nèi)部的FM調(diào)諧器或RF功率放大器內(nèi) 的內(nèi)部組件。電路25通過調(diào)制來自放大器29的Vb信號來控制II和 12的寬度，因此控制音頻輸入信號(Vi)和形成調(diào)制信號(Vm)的 調(diào)制信號。產(chǎn)生器37在節(jié)點38形成調(diào)制信號。在節(jié)點38(V38)的 調(diào)制信號通常具有一個頻率，該頻率高于通常所理解的能被人類感知 的最高頻率，通常視為約二十千赫茲(20Khz)。該頻率確保調(diào)制信 號不在可聽得見的范圍內(nèi)并能被聽到。信號產(chǎn)生器37可為任何習(xí)知 的電路，其在理想的最大電壓值處產(chǎn)生模擬或數(shù)字信號，例如RC振蕩器或Gm-C振蕩器，且較佳地為環(huán)形振蕩器。
電路25從外部源11接收模擬音頻信號作為在輸入26上的音頻 輸入信號(Vi)。去耦電容器通常被插入在源11和輸入26之間，以 阻斷來自輸入26的DC電壓。放大器29接收Vi并形成由Vi表示的 Vb。放大器29形成在共模電壓附近變化的Vb,使得Vb在共模電壓 附近具有正負偏移。信號產(chǎn)生器37在節(jié)點38處的產(chǎn)生器37的輸出 上形成調(diào)制信號(V38)。由產(chǎn)生器37形成的調(diào)制信號一般具有的振 幅有利于確保D類放大器35形成差分信號的II和12寬度，該差分 信號寬度足以保證EMI具有低于大約30 Mhz的頻譜。電阻器36和 電容器39的模擬加法器將來自節(jié)點38的調(diào)制信號增加給緩沖信號 (Vb)，以在節(jié)點34上形成已調(diào)制信號(Vm)。調(diào)制信號(V38) 的峰至峰振幅增加至Vb信號，以形成不小于將EMI頻鐠保持為低于 30 Mhz的目標電壓的Vm的最小峰至峰振幅。D類放大器35接收已 調(diào)制信號(Vm)并形成數(shù)字輸出信號OP和ON。
圖3是以大致形式示出電路25的Vb、 V38以及Vm的信號圖。 調(diào)制信號(V38)由標記為V38的波形表示。圖3中圖示出的節(jié)點34 上的已調(diào)制信號(Vm)由標記為Vm的波形表示。該描述參照圖1 至圖3。 11和12的寬度(T)由下列等式給出
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，
T-差分脈沖的寬度(11或12); G-放大器35的增益；
Vm—目對于共模電壓的節(jié)點34上的已調(diào)制信號值； Fe-放大器35對信號Vm進行取樣時的頻率；以及 Vp-用于操作放大器35的電壓值(輸入27和回饋28之間的值)。 如從等式中所見，11或者I2的寬度(T)是由放大器35接收的 Vm信號值的函數(shù)。將調(diào)制信號增加至Vb，使得節(jié)點Vm上的已調(diào)制 信號具有非零最小化峰至峰值。因此，即使Vi，甚至Vb都具有零值， Vm仍然具有基本上等于調(diào)制信號的峰至峰值的非零最小峰至峰值。選擇調(diào)制信號V38的最大峰至峰振幅，從而確保II和12的寬度(T) 大于大約33納秒(33ns)，以在輸入信號Vi為零，從而Vb的值為 零時，將EMI頻譜保持在低于大約30 Mhz的狀態(tài)。這樣就確保對于 輸入信號Vi的任何值，從而對于Vb的任何值，II和12的寬度(T) 都將EMI頻i普保持在低于大約30 Mhz。
在一個示意性實施例中，由產(chǎn)生器37產(chǎn)生的調(diào)制信號是一種方 波，該方波具有大約10 mv的振幅，10 mv的振幅對于大約10 mv的 信號Vm產(chǎn)生了最小的峰至峰振幅。對于該實施例，增益(G)為6， 取樣頻率(Fe)為250 Khz，并且輸入電壓(Vp )為大約3.6v，該輸 入電壓使得II或12的最小寬度為大約33 ns。本領(lǐng)域中具有通常知識 者應(yīng)該理解，節(jié)點38處的調(diào)制信號的波形可以具有各種波形狀，包 括方波、正弦波、三角波或者其它的波形狀。
為了幫助實現(xiàn)電路25的該功能性，輸入26連接至具有連接至節(jié) 點30處的放大器29的輸入。電阻器36的第一端子連接至節(jié)點30， 并且第二端子連接至節(jié)點34。調(diào)制電路40的輸出連接至節(jié)點34。電 容器39的第一端子連接至節(jié)點34，而第二端子連接至節(jié)點38。產(chǎn)生 器37的輸出連接至節(jié)點38。產(chǎn)生器37連接在輸入27和回饋28之 間，以接收操作功率。放大器35的輸入連接至節(jié)點34。放大器35的 笫一輸出連接至輸出31，以及第二輸出連接至輸出32。放大器35和 放大器29連接在輸入27和回饋28之間，以接收用于操作放大器35 和放大器29的功率。
圖4示意性地示出了在半導(dǎo)體晶粒51上所形成的半導(dǎo)體裝置或 集成電路50的實施例的一部分的放大的平面圖。電路25形成在晶粒 51上。晶粒51還可以包括為了簡化圖式而未在圖4中示出的其它電 路。電路25和裝置或集成電路50經(jīng)由本領(lǐng)域中具有通常知識者眾所 周知的半導(dǎo)體制備技術(shù)形成在晶粒51上。
在所有以上的視圖中，明顯地揭露了一種新穎的裝置和方法。包 括的其它特征正將調(diào)制信號添加給輸入信號，以調(diào)整輸入信號的振 幅。添加調(diào)制信號保證已調(diào)制信號具有用于由D類放大器接收的最小峰至峰振幅的零值。添加調(diào)制信號還使得調(diào)整信號的振幅基本確保由
D類放大器形成的脈沖具有低于大約30 Mhz的頻鐠。
盡管伴隨具體的較佳實施例對本發(fā)明的主旨進行了描述，但是， 顯然對于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者而言很多替換和修飾是 顯而易見的。例如，加法器可以是任何眾所周知的加法器電路。信號 產(chǎn)生器37可以是眾所周知的信號產(chǎn)生器電路。另外，為了清楚地描 述，在全文中使用詞語"連接(connect)，，，但是，其旨在與詞語"耦 連(couple)"具有相同的意思。此外，應(yīng)該將"連接"解釋為包括直接 連接或間接連接。
權(quán)利要求
1. 一種放大電路，其包括輸入，經(jīng)配置以接收音頻輸入信號；信號產(chǎn)生器，經(jīng)配置以形成具有不小于20Khz頻率的調(diào)制信號；加法器電路，經(jīng)耦連以將該調(diào)制信號與該音頻輸入信號進行合并；以及D類放大器，經(jīng)耦連以接收該加法器電路的輸出，以及驅(qū)動該放大電路的輸出。
2. 如權(quán)利要求1所述的放大電路，其中，該調(diào)制信號具有至少 10 mv的振幅。
3. 如權(quán)利要求1所述的放大電路，其中，該放大電路的輸出經(jīng) 配置以驅(qū)動音頻揚聲器。
4. 如權(quán)利要求1所述的放大電路，其中，該調(diào)制信號具有基本 上為方波的波形。
5. 如權(quán)利要求1所述的放大電路，其中，該加法器電路包括電 阻器和電容器。
6. 如權(quán)利要求1所述的放大電路，其中，該加法器電路包括運 算放大器。
7. 如權(quán)利要求1所述的放大電路，其中，該調(diào)制信號具有非零 振幅，使得已調(diào)制的信號具有最小振幅，該最小振幅不小于大約為零 的該音頻輸入信號的值的第一值。
8. —種音頻放大方法，其包括以下步驟 接收音頻輸入信號；向該音頻輸入信號增加具有不小于大約20 Khz的頻率的調(diào)制信 號，以形成已調(diào)制信號；以及利用D類放大器放大該已調(diào)制信號。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，還包括以下步驟利用該D類放 大器的輸出驅(qū)動音頻揚聲器。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，向該音頻輸入信號增加該 調(diào)制信號的步驟包括增加具有不小于大約10mv的振幅的調(diào)制信號。
11. 如權(quán)利要求8所述的方法，包括以下步驟使該調(diào)制信號形 成為具有非零值，使得該已調(diào)制信號具有最小振幅，該最小振幅不小 于大約為零的該音頻輸入信號的值的第一值。
12. —種形成放大電路的方法，其包括以下步驟 配置該放大電路以接收音頻信號；配置調(diào)制電路以利用具有不小于大約20 Khz頻率的調(diào)制信號調(diào) 制該音頻信號，以形成已調(diào)制信號；以及 耦連D類放大器以放大該調(diào)制信號。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，配置該調(diào)制電路以利用 該調(diào)制信號調(diào)制該音頻信號的步驟包括配置該調(diào)制電路以形成具有 不小于大約10 mv的振幅的調(diào)制信號。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，配置該調(diào)制電路以利用 該調(diào)制信號調(diào)制該音頻信號的步驟包括配置信號產(chǎn)生器以形成該調(diào) 制信號，以及耦連加法器以將該調(diào)制信號增加至該音頻信號。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，配置該調(diào)制電路以利用 該調(diào)制信號調(diào)制該音頻信號的步驟包括配置該調(diào)制電路以使該調(diào)制 信號形成為具有非零振幅，使得該已調(diào)制信號的振幅不小于大約為零 的該音頻輸入信號的值的第一值。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，該調(diào)制信號的非零振幅 使得該D類放大器形成具有不小于大約33 ns的脈沖寬度的差分信 號。
全文摘要
在一個實施例中，放大電路接收模擬信號，并將另一信號增加給模擬信號以調(diào)整模擬輸入信號的最小振幅。
文檔編號H03F3/20GK101473532SQ200680055107
公開日2009年7月1日 申請日期2006年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月11日
發(fā)明者H·喬烏依 申請人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司