專利名稱：放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放大模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的放大器，該放大器的輸出級(jí)為橋式結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，例如，在用作驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的放大器的D類放大器中，已知這樣一種D類放大器，其輸入模擬或數(shù)字音頻信號(hào)以在該信號(hào)上執(zhí)行PWM(脈寬調(diào)制)，并放大該脈寬調(diào)制后的信號(hào)以利用橋式結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器(通過使用BTL或橋接式變壓器較少連接(BridgedTransformer Less Connection))來驅(qū)動(dòng)負(fù)載電路。
圖7為現(xiàn)有技術(shù)D類放大器的框圖，包括PWM調(diào)制器71、兩個(gè)前置驅(qū)動(dòng)器72、73和驅(qū)動(dòng)器74。驅(qū)動(dòng)器74包括四個(gè)開關(guān)。在圖7中，驅(qū)動(dòng)器74顯示為兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器741和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器742。該P(yáng)WM調(diào)制器71輸入模擬或數(shù)字音頻信號(hào)以在該信號(hào)上執(zhí)行PWM調(diào)制，并將調(diào)制后的信號(hào)輸出到前置驅(qū)動(dòng)器72、73。該P(yáng)WM調(diào)制器71輸出用于輸出到+OUT端的信號(hào)+IN到前置驅(qū)動(dòng)器72，并且輸出用于輸出到-OUT端的信號(hào)-IN到前置驅(qū)動(dòng)器73。
在現(xiàn)有技術(shù)的D類放大器中，使用調(diào)制方法，該調(diào)制方法在沒有信號(hào)的時(shí)候?qū)⑤敵鰷p少至基本為零，以減少功率損耗(例如，參考專利參考文獻(xiàn)1)。該方法中輸入和輸出之間的關(guān)系顯示在圖8中。盡管在圖8中輸入表示為模擬值，但是數(shù)字值作為輸入導(dǎo)致相同操作。
在圖8中，當(dāng)輸入信號(hào)為正時(shí)，PWM調(diào)制的信號(hào)輸出到+OUT端。當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)時(shí)，PWM調(diào)制的信號(hào)輸出到-OUT端。因?yàn)樨?fù)載電路連接在+OUT端和-OUT端之間，在來自+OUT端的輸出信號(hào)和來自-OUT端的輸出信號(hào)之間的差(+OUT)-(-OUT)作為對(duì)于負(fù)載電路的輸入。
前置驅(qū)動(dòng)器72從PWM調(diào)制器71輸入一個(gè)PWM信號(hào)，并將用于激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器741的柵信號(hào)輸出到該驅(qū)動(dòng)器741。該驅(qū)動(dòng)器741放大從前置驅(qū)動(dòng)器72輸入的柵信號(hào)并從+OUT端輸出具有正極性的BTL信號(hào)。
類似地，前置驅(qū)動(dòng)器73從PWM調(diào)制器72輸入另一PWM信號(hào)，并將用于激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器742的柵信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)器742。該驅(qū)動(dòng)器742放大來自前置驅(qū)動(dòng)器73的柵信號(hào)輸入并從-OUT端輸出具有負(fù)極性的BTL信號(hào)。
在BTL連接D類放大器中，當(dāng)從+OUT端或-OUT端連續(xù)輸出高電位(高電平)時(shí)，另一端的輸出處于低電位(低電平)。在這樣的情況下，兩個(gè)前置驅(qū)動(dòng)器72、73中的一個(gè)在操作中而另一前置驅(qū)動(dòng)器處于休眠狀態(tài)以輸出低電平。
在專利參考文獻(xiàn)2中公開的開關(guān)放大器同時(shí)地驅(qū)動(dòng)構(gòu)成輸出級(jí)的四個(gè)開關(guān)，因此需要用于驅(qū)動(dòng)兩個(gè)輸出的兩個(gè)獨(dú)立的放大器。
專利參考文獻(xiàn)1JP-A-2006-042296專利參考文獻(xiàn)2JP-A-06-152268在現(xiàn)有技術(shù)的放大器中，兩個(gè)前置驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)可以處于休眠狀態(tài)。需要兩個(gè)前置驅(qū)動(dòng)器，但是一個(gè)處于休眠狀態(tài)的前置驅(qū)動(dòng)器電路不是必需的。這導(dǎo)致放大器的較大芯片面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明已經(jīng)考慮到上述的情況而完成。本發(fā)明的目的是減少放大模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的橋接放大器的芯片面積。
為了解決以上的問題，本發(fā)明的特征在于具有以下的布置(1)橋式結(jié)構(gòu)放大器，其包括前置驅(qū)動(dòng)器，其包括用于輸入具有第一極性的信號(hào)的第一輸入，以及用于輸入具有第二極性的信號(hào)的第二輸入；判決電路，其確定信號(hào)從第一輸入和第二輸入信號(hào)的哪個(gè)輸入；橋式結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器，其包括多個(gè)開關(guān)；以及第一開關(guān)電路，其插入在前置驅(qū)動(dòng)器和所述驅(qū)動(dòng)器之間；其中前置驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生控制信號(hào)，該控制信號(hào)基于來自第一和第二輸入的輸入信號(hào)，控制流過多個(gè)開關(guān)的電流，以及其中所述第一開關(guān)電路基于判決電路的判決結(jié)果，從多個(gè)開關(guān)選擇預(yù)定開關(guān)，并將由前置驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的控制信號(hào)輸出到所述開關(guān)的控制輸入。
(2)根據(jù)(1)的橋式結(jié)構(gòu)放大器，其中所述驅(qū)動(dòng)器包括四個(gè)開關(guān)。
(3)根據(jù)(2)的橋式結(jié)構(gòu)放大器，其中四個(gè)開關(guān)的兩個(gè)形成用于第一極性的第一互補(bǔ)開關(guān)電路對(duì)，而其它形成用于第二極性的第二互補(bǔ)開關(guān)電路對(duì)，當(dāng)判決電路確定信號(hào)從第一輸入輸入時(shí)，第一開關(guān)電路選擇第一互補(bǔ)開關(guān)電路對(duì)，以及當(dāng)判決電路確定信號(hào)從第二輸入輸入時(shí)，第一開關(guān)電路選擇第二互補(bǔ)開關(guān)電路對(duì)。
(4)根據(jù)(1)的橋式結(jié)構(gòu)放大器，進(jìn)一步包括第二開關(guān)電路，其用于將第一開關(guān)電路沒有選擇的開關(guān)固定到預(yù)定電位。
(5)根據(jù)(1)的橋式結(jié)構(gòu)放大器，其中上拉電阻器布置在多個(gè)開關(guān)的每個(gè)的控制輸入處。
(6)根據(jù)(1)的橋式結(jié)構(gòu)放大器，其中用于保持控制輸入的電位的鎖定電路布置在多個(gè)開關(guān)的每個(gè)的控制輸入處。
(7)根據(jù)(1)的橋式結(jié)構(gòu)放大器，其中判決電路從當(dāng)判決電路從第一和第二輸入中的一個(gè)接收到信號(hào)時(shí)到當(dāng)判決電路從另一輸入接收到信號(hào)時(shí)維持輸出，并且在判決電路從另一輸入接收到信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)處改變輸出。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過經(jīng)由開關(guān)電路在輸出目標(biāo)之間切換來自前置驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)，來選擇性地驅(qū)動(dòng)構(gòu)成橋式結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器的多個(gè)開關(guān)。因此和需要兩個(gè)前置驅(qū)動(dòng)器來激活驅(qū)動(dòng)器的現(xiàn)有技術(shù)放大器不同，本發(fā)明可以省略一個(gè)前置驅(qū)動(dòng)器。這減少了放大器的芯片面積。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的D類放大器的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2是顯示在圖1中的前置驅(qū)動(dòng)器1的詳細(xì)電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖3是在圖1的D類放大器的每個(gè)部分處出現(xiàn)的信號(hào)的時(shí)序圖。
圖4顯示了使用高值電阻器上拉的圖1中的驅(qū)動(dòng)器4。
圖5顯示了使用鎖定來保持門(gate)電壓的圖1中的驅(qū)動(dòng)器4。
圖6顯示了來自圖1中的O1端和O2端的輸出的上升和下降沿的時(shí)序。
圖7為顯示現(xiàn)有技術(shù)的D類放大器的框圖。
圖8顯示了在圖7中的D類放大器中的信號(hào)輸入和信號(hào)輸出之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的D類放大器的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖1中顯示的該D類放大器包括前置驅(qū)動(dòng)器1，用于輸入PWM信號(hào)，以及輸出門信號(hào)以激活驅(qū)動(dòng)器4；開關(guān)信號(hào)發(fā)生電路2(判決電路)，其用于產(chǎn)生要提供給開關(guān)電路3的開關(guān)信號(hào)；以及開關(guān)電路3(開關(guān)電路)，用于在從獲得前置驅(qū)動(dòng)器1的輸出的+OUT端和-OUT端之間切換；以及驅(qū)動(dòng)器4，用于輸出到負(fù)載電路。
+IN端(第一輸入)和-IN端(第二輸入)為分別輸入具有正極性(第一極性)和負(fù)極性(第二極性)的兩個(gè)PWM信號(hào)的端，這兩個(gè)PWM信號(hào)通過在PWM調(diào)制器(未顯示)中PWM調(diào)制音頻信號(hào)獲得。+IN端連接到前置驅(qū)動(dòng)器1的I1端以及開關(guān)信號(hào)發(fā)生電路2中的NOR電路X2的輸入端之一。該-IN端連接到前置驅(qū)動(dòng)器1的I2端以及在開關(guān)信號(hào)發(fā)生電路2中的NOR電路X3的輸入端之一。
作為前置驅(qū)動(dòng)器1的輸出端的O1端連接到開關(guān)電路3中的開關(guān)SW1的一端。作為前置驅(qū)動(dòng)器1的輸出端的O2端連接到在開關(guān)電路3中的開關(guān)SW2的一端。在前置驅(qū)動(dòng)器1中的詳細(xì)電路結(jié)構(gòu)將參考圖2進(jìn)行描述。
開關(guān)信號(hào)發(fā)生電路2具有R-S觸發(fā)結(jié)構(gòu)，并包括兩個(gè)NOR電路X2、X3和兩個(gè)NOT電路T14、T15。NOR電路X2的另一輸入端連接到NOR電路X3的輸出端以及NOT電路T15的輸入端。NOR電路X3的另一輸入端連接到NOR電路X2的輸出端以及NOT電路T14的輸入端。
當(dāng)+IN端驅(qū)動(dòng)為高時(shí)，NOT電路T14的輸出S1變高，而NOT電路T15的輸出S2變低，并維持此狀態(tài)直到+IN端保持驅(qū)動(dòng)為高。此后，當(dāng)-IN端變成高電平時(shí)，NOT電路T14的輸出S2從低變?yōu)楦撸约叭缓?IN端變成高電平并保持在該狀態(tài)。PWM調(diào)制器設(shè)置為使得+IN端和-IN端不會(huì)同時(shí)驅(qū)動(dòng)為高。
NOT電路T14的輸出S1連接到開關(guān)電路3的開關(guān)SW1、SW2、SW3和SW6的控制端。NOT電路T15的輸出S2連接到開關(guān)電路3的開關(guān)SW1、SW2、SW4和SW5的控制端。在下文中，從NOT電路T14輸出的信號(hào)稱為開關(guān)信號(hào)S1，而從NOT電路T15輸出的信號(hào)稱為開關(guān)信號(hào)S2。
開關(guān)電路3包括開關(guān)SW1到SW6。當(dāng)開關(guān)信號(hào)S1為高而開關(guān)信號(hào)S2為低時(shí)，開關(guān)SW1輸入開關(guān)信號(hào)S1、S2并且確保從前置驅(qū)動(dòng)器1的O1端到G1端的連接。另一方面，當(dāng)開關(guān)信號(hào)S1為低而開關(guān)信號(hào)S2為高時(shí)，開關(guān)SW1確保從前置驅(qū)動(dòng)器1的O1端到G2端的連接。
類似地，當(dāng)開關(guān)信號(hào)S1為高而開關(guān)信號(hào)S2為低時(shí)，開關(guān)SW2輸入開關(guān)信號(hào)S1、S2，并且確保從前置驅(qū)動(dòng)器1的O2端到G3端的連接。另一方面，當(dāng)開關(guān)信號(hào)S1為低而開關(guān)信號(hào)S2為高時(shí)，開關(guān)SW2確保從前置驅(qū)動(dòng)器1的O2端到G4端的連接。
開關(guān)SW3到SW6當(dāng)控制信號(hào)為高時(shí)接通，而當(dāng)控制信號(hào)為低時(shí)斷開。在圖1中所示的開關(guān)SW1到SW6的每個(gè)的狀態(tài)假設(shè)開關(guān)信號(hào)S1為高而開關(guān)信號(hào)S2為低。
開關(guān)SW3的一端連接到高壓側(cè)電源VDD，而另一端連接到開關(guān)SW1的G2端以及P溝道MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管MP2的柵極。開關(guān)SW4的一端連接到高壓側(cè)電源VDD，而另一端連接到開關(guān)SW1的G1端以及P溝道MOS晶體管MP1的柵極。
開關(guān)SW5的一端連接到高壓側(cè)電源VDD，而另一端連接到開關(guān)SW2的G3端和N溝道MOS晶體管MN1的柵極。開關(guān)SW6的一端連接到高壓側(cè)電源VDD，而另一端連接到開關(guān)SW2的G4端和N溝道MOS晶體管MN2的柵極。
驅(qū)動(dòng)器4包括四個(gè)開關(guān)，也就是P溝道MOS晶體管MP1、MP2和N溝道MOS晶體管MN1、MN2。每個(gè)晶體管的柵極為每個(gè)開關(guān)的控制輸入。施加到該柵極的電壓控制在漏極和源極之間流動(dòng)的電流。P溝道MOS晶體管MP1和N溝道MOS晶體管MN1形成互補(bǔ)開關(guān)電路對(duì)，這樣P溝道MOS晶體管MP1和N溝道MOS晶體管MN1的組合將描述為驅(qū)動(dòng)器41。類似地，P溝道MOS晶體管MP2和N溝道MOS晶體管MN2的組合將描述為驅(qū)動(dòng)器42。
P溝道MOS晶體管MP1的源極連接到高壓側(cè)電源VDD，而P溝道MOS晶體管MP1的漏極連接到+OUT端、N溝道MOS晶體管MN1的漏極和前置驅(qū)動(dòng)器1的FB1端。N溝道MOS晶體管MN1的源極連接到低壓側(cè)電源VSS。
P溝道MOS晶體管MP2的源極連接到高壓側(cè)電源VDD，而P溝道MOS晶體管MP2的漏極連接到-OUT端、N溝道MOS晶體管MN2的漏極和前置驅(qū)動(dòng)器1的FB2端。N溝道MOS晶體管MN2的源極連接到低壓側(cè)電源VSS。
前置驅(qū)動(dòng)器1的詳細(xì)電路結(jié)構(gòu)將參考圖2進(jìn)行描述。
I1端和I2端分別地連接到低有效(Low-active)AND電路X1的兩個(gè)輸入端。AND電路X1的輸出連接到NOR電路X5的一個(gè)輸入端和NAND電路X4的一個(gè)輸入端。
NOR電路X5的輸出被輸入P溝道前置驅(qū)動(dòng)器11，而NAND電路X4的輸出被輸入N溝道前置驅(qū)動(dòng)器12。P溝道前置驅(qū)動(dòng)器11為產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)圖1中顯示的P溝道MOS晶體管MP1(MP2)的門信號(hào)的電路。N溝道前置驅(qū)動(dòng)器12為產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)圖1中顯示的N溝道MOS晶體管MN1(MN2)的門信號(hào)的電路。
P溝道前置驅(qū)動(dòng)器11的輸出經(jīng)由O1端輸出到圖1中的開關(guān)SW1。N溝道前置驅(qū)動(dòng)器12的輸出經(jīng)由O2端輸出到圖1中的開關(guān)SW2。
P溝道門電壓判決電路13為確定P溝道前置驅(qū)動(dòng)器11的輸出O1是高還是低的電路。在P溝道前置驅(qū)動(dòng)器11的輸出O1是高的情況下，NOT電路X7的輸出為高。在P溝道前置驅(qū)動(dòng)器11的輸出O1是低的情況下，NOT電路X7的輸出為低。
P溝道門電壓判決電路13的輸出(也就是NOT電路X7的輸出)輸入到NAND電路X4的另一輸入端以及P溝道前置驅(qū)動(dòng)器11中的N溝道MOS晶體管MN13的柵極和在N溝道前置驅(qū)動(dòng)器12中的NOT電路X8。
N溝道門電壓判決電路14為確定N溝道前置驅(qū)動(dòng)器12的輸出O2為高還是低的電路。在N溝道前置驅(qū)動(dòng)器12的輸出O2為高的情況下，NOT電路X6的輸出為高。在N溝道前置驅(qū)動(dòng)器12的輸出O2為低的情況下，NOT電路X6的輸出為低。
N溝道門電壓判決電路14的輸出(也就是NOT電路X6的輸出)輸入到NOR電路X5的另一輸入端以及N溝道前置驅(qū)動(dòng)器12中的P溝道MOS晶體管MP24的柵極和P溝道前置驅(qū)動(dòng)器11中的NOT電路X9。
FB1端為經(jīng)由反饋從圖1中的+OUT端輸出的信號(hào)進(jìn)行輸入的端。FB1端連接到NOR電路X13和X12的每個(gè)的輸入端。FB2端為經(jīng)由反饋從圖1中的-OUT端輸出的信號(hào)進(jìn)行輸入的端。FB2端連接到NOR電路X13和X12的每個(gè)的另一輸入端。
NOR電路X13的輸出輸入到NOT電路X11以及P溝道前置驅(qū)動(dòng)器11中的P溝道MOS晶體管MP14的柵極。NOT電路X11的輸出輸入到P溝道前置驅(qū)動(dòng)器11中的N溝道MOS晶體管MN14的柵極。
NOR電路X12的輸出輸入到NOT電路X10和N溝道前置驅(qū)動(dòng)器12中的N溝道MOS晶體管MN24的柵極。NOT電路X10的輸出輸入到N溝道前置驅(qū)動(dòng)器12中的P溝道MOS晶體管MP23的柵極。
接下來，將以這樣的順序描述P溝道門電壓判決電路13、N溝道門電壓判決電路14、P溝道前置驅(qū)動(dòng)器11和N溝道前置驅(qū)動(dòng)器12的每一個(gè)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
在P溝道門電壓判決電路13中，N溝道MOS晶體管MN15和MN16形成電流鏡。與插入在N溝道MOS晶體管MN16和高電壓側(cè)電源VDD之間的恒定電流源I成比例的電流(例如k1·I)在N溝道MOS晶體管MN15中流動(dòng)。
在N溝道MOS晶體管MN15的漏極和高電壓側(cè)電源VDD之間插入P溝道MOS晶體管MP15。P溝道MOS晶體管MP15的柵極連接到從O1端輸出的信號(hào)線1G，并將柵電壓VGP提供到P溝道晶體管MP1或MP2。反相器X7將從N溝道MOS晶體管MN15的漏極輸出信號(hào)的電平反相并將得到的信號(hào)輸出作為信號(hào)SP。
在此結(jié)構(gòu)中，當(dāng)在信號(hào)線G1上的柵電壓VGP為高時(shí)(高電壓側(cè)電源VDD的輸出電壓電平)，P溝道晶體管MP15斷開，使得信號(hào)SP為高。
在柵電壓VGP足夠低以導(dǎo)通P溝道晶體管MP1(或MP2)，并且超出k1·I的電流嘗試在P溝道晶體管MP15中流動(dòng)時(shí)，N溝道MOS晶體管MN15的漏極電壓上升，并且信號(hào)SP驅(qū)動(dòng)為低。
在N溝道門電壓判決電路14中，P溝道MOS晶體管MP25和MP26形成電流鏡。在P溝道MOS晶體管MP26的漏極和低壓側(cè)電源VSS之間插入N溝道MOS晶體管MN17。
N溝道MOS晶體管MN17的柵極連接到N溝道MOS晶體管MN15和MN16的每個(gè)的柵極。因此，與恒定電流源I的電流成比例的電流(例如k2·I)在P溝道MOS晶體管MP25中流動(dòng)。
在P溝道MOS晶體管MP25的漏極和低壓側(cè)電源VSS之間插入有N溝道MOS晶體管MN25。N溝道MOS晶體管MN25的柵極連接到從O2端輸出的信號(hào)線2G，并將柵電壓VGN提供到N溝道晶體管MN1或MN2。反相器X6將從P溝道MOS晶體管MP25輸出的信號(hào)的電平反相，并將得到的信號(hào)輸出作為信號(hào)SN。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)信號(hào)線G2上的柵電壓VGN為低時(shí)(低壓側(cè)電源VSS的輸出電壓電平)，N溝道晶體管MN25斷開，使得信號(hào)SN為低。
在柵電壓VGN足夠高以導(dǎo)通N溝道晶體管MN1(或MN2)以及超出k2·I的電流嘗試在N溝道晶體管MN25中流動(dòng)時(shí)，P溝道MOS晶體管MP25的漏極電壓下降并且信號(hào)SN被驅(qū)動(dòng)為高。
在P溝道前置驅(qū)動(dòng)器11中，P溝道晶體管MP11和N溝道晶體管MN11串聯(lián)連接在高壓側(cè)電源VDD和低壓側(cè)電源VSS之間以形成反相器。每個(gè)晶體管的柵極連接到NOR電路X5的輸出端，而每個(gè)晶體管的漏極連接到共用的信號(hào)線G1。
信號(hào)線G1連接有P溝道晶體管MP12和N溝道晶體管MN12中的每一個(gè)的漏極。每個(gè)晶體管的柵極連接到NOR電路X5的輸出端。在P溝道晶體管MP12的源極和高壓側(cè)電源VDD之間并聯(lián)插入有P溝道晶體管MP13和MP14。
對(duì)P溝道晶體管MP13的柵極提供信號(hào)，該信號(hào)具有通過反相器X9從作為N溝道門電壓判決電路14輸出的信號(hào)SN反相得到的電平。對(duì)P溝道MOS晶體管MP14的柵極提供NOR電路X13的輸出信號(hào)。
在N溝道晶體管MN12的源極和低壓側(cè)電源VSS之間并聯(lián)插入有N溝道MOS晶體管MN13和MN14。對(duì)N溝道晶體管MN13的柵極提供信號(hào)SP。對(duì)于N溝道晶體管MN14的柵極提供反相器X11的輸出信號(hào)。
在N溝道前置驅(qū)動(dòng)器12中，P溝道晶體管MP21和N溝道晶體管MN21串聯(lián)插入在高電壓側(cè)電源VDD和低壓側(cè)電源VSS之間，以形成反相器。該每個(gè)晶體管的柵極連接到NAND電路X4的輸出端，且每個(gè)晶體管的漏極連接到共用的信號(hào)線2G。
信號(hào)線2G連接有P溝道晶體管MP22和N溝道晶體管MN22的每個(gè)的漏極。該每個(gè)晶體管的柵極連接到NAND電路X4的輸出端。在P溝道晶體管MP22和高壓側(cè)電源VDD之間并聯(lián)插入有P溝道晶體管MP23和MP24。
對(duì)P溝道晶體管MP23的柵極提供反相器X10的輸出信號(hào)。對(duì)P溝道晶體管MP24的柵極提供信號(hào)SN。
在N溝道晶體管MN22的源極和低壓側(cè)電源VSS之間并聯(lián)插入有N溝道MOS晶體管MN23和MN24。對(duì)N溝道晶體管MN23的柵極提供具有通過反相器X8從信號(hào)SP反相的電平的信號(hào)。對(duì)于N溝道MOS晶體管MN24的柵極提供NOR電路X12的輸出信號(hào)。
以上描述的P溝道前置驅(qū)動(dòng)器11和N溝道前置驅(qū)動(dòng)器12包括并聯(lián)連接的多個(gè)晶體管，作為用于驅(qū)動(dòng)在輸出級(jí)中的P溝道MOS晶體管MP1(MP2)和N溝道MOS晶體管MN1(MN2)的裝置。通過選擇性地使用這些晶體管，可以控制當(dāng)輸出級(jí)中的驅(qū)動(dòng)器4的每個(gè)晶體管根據(jù)NOR電路X5的輸出或NAND電路X4的輸出而從ON狀態(tài)轉(zhuǎn)換為OFF狀態(tài)或從OFF狀態(tài)轉(zhuǎn)換為ON狀態(tài)時(shí)采用的增益。
利用該結(jié)構(gòu)，在P溝道前置驅(qū)動(dòng)器11或N溝道前置驅(qū)動(dòng)器12驅(qū)動(dòng)P溝道MOS晶體管MP1(MP2)或N溝道MOS晶體管MN1(MN2)從ON狀態(tài)到OFF狀態(tài)的轉(zhuǎn)換的過程中，當(dāng)P溝道MOS晶體管MP1(MP2)或N溝道MOS晶體管MN1(MN2)的輸出電壓超出參考電平(NOR電路X12、X13的閾值電平)時(shí)，利用P溝道門電壓判決電路13和N溝道門電壓判決電路14做出第一增益控制，以減少P溝道前置驅(qū)動(dòng)器11或N溝道前置驅(qū)動(dòng)器12的增益。這抑制了在從+OUT端或-OUT端輸出的信號(hào)上出現(xiàn)的過沖或下沖。
在P溝道前置驅(qū)動(dòng)器11或N溝道前置驅(qū)動(dòng)器12驅(qū)動(dòng)P溝道MOS晶體管MP1(MP2)或N溝道MOS晶體管MN1(MN2)從OFF狀態(tài)轉(zhuǎn)換為ON狀態(tài)的過程中，在從當(dāng)電流開始在P溝道MOS晶體管MP1(MP2)或N溝道MOS晶體管MN1(MN2)中流動(dòng)到當(dāng)P溝道MOS晶體管MP1(MP2)或N溝道MOS晶體管MN1(MN2)的輸出電壓達(dá)到參考電平(NOR電路X12、X13的閾值電平)期間，通過P溝道門電壓判決電路13和N溝道門電壓判決電路14做出第二增益控制，以減少P溝道前置驅(qū)動(dòng)器11或N溝道前置驅(qū)動(dòng)器12的增益(驅(qū)動(dòng)能力)。這阻止了在P溝道MOS晶體管MP1(MP2)或N溝道MOS晶體管MN1(MN2)中流動(dòng)的電流的突然變化從而阻止可能的噪聲。
該第一和第二增益控制過程作用以減輕在P溝道MOS晶體管MP1(MP2)或N溝道MOS晶體管MN1(MN2)中流動(dòng)的電流的變化。這抑制了由于連接到圖1中的D類放大器的后級(jí)的電感性負(fù)載造成的噪聲，以及由于在電源線或接地線中的寄生電感造成的噪聲。
以上實(shí)施例的操作將參考圖3的時(shí)序圖進(jìn)行描述。在圖3中，當(dāng)PWM信號(hào)從+IN輸入并且-IN端保持為低(在圖3中的a、b時(shí)間t1-t2)時(shí)，開關(guān)信號(hào)發(fā)生電路2的輸出和開關(guān)信號(hào)S1保持為高，而開關(guān)信號(hào)S2(開關(guān)信號(hào)S2為開關(guān)信號(hào)S1的反相形式并且沒有顯示在圖3中)保持為低(在圖3中的c時(shí)間t1-t2)。
說到開關(guān)電路3中的開關(guān)，開關(guān)SW1連接到G1端，開關(guān)SW2連接到G3端，開關(guān)SW3、SW6接通，而開關(guān)S4、S5斷開。
也就是說，來自前置驅(qū)動(dòng)器1的O1端和O2端的輸出分別地輸入到P溝道MOS晶體管MP1(G1)和N溝道MOS晶體管MN1(G3)的柵極。P溝道MOS晶體管MP2和N溝道MOS晶體管MN2的每個(gè)的柵極驅(qū)動(dòng)為高。
對(duì)應(yīng)于從+IN端輸入的信號(hào)從+OUT端輸出。來自-OUT的輸出充分地處于和低壓側(cè)電源VSS相同的電位，因?yàn)镻溝道MOS晶體管MP2斷開而N溝道MOS晶體管MN2接通(在圖3中的h、g時(shí)間t1-t2)。
當(dāng)PWM信號(hào)從-IN端輸入(在圖3中的b時(shí)間t2-)時(shí)，從開關(guān)信號(hào)發(fā)生電路2輸出的邏輯被反相，這樣，開關(guān)信號(hào)S1驅(qū)動(dòng)為低而開關(guān)信號(hào)S2驅(qū)動(dòng)為高(在圖3中的c時(shí)間t2-)。在這樣的情況下，+IN端保持為低(在圖3中的a時(shí)間t2-)。
當(dāng)從開關(guān)信號(hào)發(fā)生電路2輸出的邏輯被反相，并且因此開關(guān)信號(hào)S1被驅(qū)動(dòng)為低和開關(guān)信號(hào)S1驅(qū)動(dòng)為高時(shí)，在開關(guān)電路3中的開關(guān)改變位置。開關(guān)SW1連接到G2端，開關(guān)SW2連接到G4側(cè)，開關(guān)SW3、SW6斷開而開關(guān)SW4、SW5接通。
換句話說，來自前置驅(qū)動(dòng)器1的O1端和O2端的輸出分別地輸入到P溝道MOS晶體管MP2和N溝道MOS晶體管MN2的柵極。P溝道MOS晶體管MP1和N溝道MOS晶體管MN1的每個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)為高。
根據(jù)來自-IN端的輸入的信號(hào)從-OUT端輸出。來自+OUT端的輸出充分地處于和低壓側(cè)電源VSS相同的電位，因?yàn)镻溝道MOS晶體管MP1為斷開，而N溝道MOS晶體管MN1接通(在圖3中的h、g時(shí)間t2-)。
在前置驅(qū)動(dòng)器1中，來自I1端的PWM信號(hào)和來自I2端的PWM信號(hào)利用低有效AND電路X1輸入。與PWM信號(hào)從哪個(gè)端輸入無關(guān)，對(duì)于該P(yáng)WM信號(hào)的響應(yīng)從O1端和O2端輸出(在圖3中的d)。
在PWM信號(hào)從-IN端輸入之后在開關(guān)電路3中的每個(gè)開關(guān)對(duì)調(diào)(change over)所需要的時(shí)間短于對(duì)應(yīng)于該P(yáng)WM信號(hào)的輸出出現(xiàn)在前置驅(qū)動(dòng)器1的O1端和O2端上所需要的時(shí)間。在當(dāng)信號(hào)從O1端和O2端輸出的時(shí)間點(diǎn)處，開關(guān)已經(jīng)被對(duì)調(diào)。
在開關(guān)信號(hào)S1為高(開關(guān)信號(hào)S2為低)的同時(shí)，因?yàn)榈絆2端的連接丟失，并且到高壓側(cè)電源VDD的連接被建立，所以在開關(guān)電路3中的開關(guān)SW2的G4端上的信號(hào)保持為高。當(dāng)開關(guān)信號(hào)S1為低(開關(guān)信號(hào)S2為高)時(shí)，到高壓側(cè)電源VDD的連接丟失，并且到O2端的連接建立，這樣在G4端上的信號(hào)匹配來自O(shè)2端的輸出信號(hào)。
當(dāng)開關(guān)信號(hào)S1為高(開關(guān)信號(hào)S2為低)時(shí)，因?yàn)榈礁邏簜?cè)電源VDD的連接丟失，并且到O2端的連接建立，所以在開關(guān)電路3中的開關(guān)SW2的G3端上的信號(hào)匹配來自O(shè)2端的輸出信號(hào)。當(dāng)開關(guān)信號(hào)S1為低時(shí)(開關(guān)信號(hào)S2為高)，到O2端的連接丟失，并且到高壓側(cè)電源VDD的連接建立，所以在G4端上的信號(hào)保持為高(在圖3中的f)。
當(dāng)PWM信號(hào)從+IN端輸入時(shí)，O2端(O1端)的輸出指引到N溝道MOS晶體管MN1(P溝道MOS晶體管MP1)的柵極，PWM信號(hào)從+OUT端輸出，并且-OUT端固定到低壓側(cè)電源VSS(圖3中的g、h時(shí)間t1-t2)。
當(dāng)PWM信號(hào)從-IN端輸入時(shí)，O2端(O1端)的輸出指引到N溝道MOS晶體管MN2(P溝道MOS晶體管MP2)的柵極，PWM信號(hào)從-OUT端輸出，并且+OUT端固定到低壓側(cè)電源VSS(圖3中的g、h時(shí)間t2-)。
通過使用本發(fā)明的D類放大器，可以通過在使用來自單個(gè)前置驅(qū)動(dòng)器的輸出的同時(shí)，選擇通過開關(guān)的對(duì)調(diào)來輸出的目標(biāo)來激活驅(qū)動(dòng)器41和41。這提供了單前置驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)來代替現(xiàn)有技術(shù)的雙前置驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)，從而減少芯片面積。
圖1中所示的開關(guān)電路3中的開關(guān)SW3到SW6可以如在圖4中所示利用高值電阻器R31、R32上拉，或可以通過如圖5中所示的鎖定結(jié)構(gòu)L31、L32保持的對(duì)應(yīng)的門電壓。在這樣的結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)器的柵極保持為高，該驅(qū)動(dòng)器與前置驅(qū)動(dòng)器1的連接通過開關(guān)SW1、SW2不可用。這獲得了和前述實(shí)施例相同的效果。
雖然使用低壓側(cè)電源(VSS)用于輸出的參考，也可以代替它使用高壓側(cè)電源(VDD)。在這樣的情況下，開關(guān)SW3、SW4、SW5、SW6連接到低壓側(cè)電源VSS。
雖然在圖3中從O1端和O2端獲得相同的輸出，但是輸出的上升和下降沿的時(shí)序在O1端和O2端之間可以不同。利用這樣的方法，P溝道晶體管MP1的柵極(來自O(shè)1端的輸出)驅(qū)動(dòng)為低，而N溝道晶體管MN1的柵極(來自O(shè)2端的輸出)被驅(qū)動(dòng)為高，這阻止了逆流電流(flow-through current)的流動(dòng)。
雖然已經(jīng)詳述了本發(fā)明的實(shí)施例，特定結(jié)構(gòu)不局限于該實(shí)施例，而是不偏離本發(fā)明的范圍和精神的設(shè)計(jì)變化都包括在本發(fā)明中。例如，模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)可以輸入到發(fā)明的放大器中。本發(fā)明可以應(yīng)用于使用除了PWM之外的開關(guān)系統(tǒng)例如PDM(脈沖密度調(diào)制)的放大器。雖然本發(fā)明的D類放大器使用MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其他類型的晶體管或者雙極晶體管也可以用來代替。
本發(fā)明優(yōu)選使用在用于放大模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的BTL連接放大器中。
權(quán)利要求
1.一種橋式結(jié)構(gòu)放大器，其包括前置驅(qū)動(dòng)器，其包括用于輸入具有第一極性的信號(hào)的第一輸入，和用于輸入具有第二極性的信號(hào)的第二輸入；判決電路，其確定從第一輸入和第二輸入的哪一個(gè)輸入信號(hào)；包括多個(gè)開關(guān)的橋式結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器；以及插入在前置驅(qū)動(dòng)器和所述驅(qū)動(dòng)器之間的第一開關(guān)電路；其中前置驅(qū)動(dòng)器基于來自第一和第二輸入的輸入信號(hào)，產(chǎn)生用于控制流過該多個(gè)開關(guān)的電流的控制信號(hào)，以及其中第一開關(guān)電路基于所述判決電路的判決結(jié)果，從多個(gè)開關(guān)中選擇預(yù)定開關(guān)，并將前置驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的控制信號(hào)輸出到所述開關(guān)的控制輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋式結(jié)構(gòu)放大器，其中所述驅(qū)動(dòng)器包括四個(gè)開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的橋式結(jié)構(gòu)放大器，其中四個(gè)開關(guān)的兩個(gè)形成用于第一極性的第一互補(bǔ)開關(guān)電路對(duì)，而其它形成用于第二極性的第二互補(bǔ)開關(guān)電路對(duì)，當(dāng)判決電路確定信號(hào)從第一輸入輸入時(shí)，第一開關(guān)電路選擇第一互補(bǔ)開關(guān)電路對(duì)，以及當(dāng)判決電路確定信號(hào)從第二輸入輸入時(shí)，第一開關(guān)電路選擇第二互補(bǔ)開關(guān)電路對(duì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋式結(jié)構(gòu)放大器，其還包括第二開關(guān)電路，用于將第一開關(guān)電路沒有選擇的開關(guān)固定到預(yù)定電位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋式結(jié)構(gòu)放大器，其中上拉電阻器布置在多個(gè)開關(guān)的每個(gè)的控制輸入處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋式結(jié)構(gòu)放大器，其中用于保持所述控制輸入的電位的鎖定電路布置在多個(gè)開關(guān)的每個(gè)的控制輸入處。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋式結(jié)構(gòu)放大器，其中所述判決電路從當(dāng)該判決電路從第一和第二輸入之一接收到信號(hào)時(shí)到當(dāng)判決電路從另一輸入接收到信號(hào)時(shí)保持輸出，并在所述判決電路從另一輸入接收到信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)處改變?cè)撦敵觥?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋式結(jié)構(gòu)放大器，其中所述前置驅(qū)動(dòng)器包括前置驅(qū)動(dòng)器單元，其驅(qū)動(dòng)所述橋式結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器；還包括增益控制電路，其執(zhí)行第一增益控制，以在所述前置驅(qū)動(dòng)器單元驅(qū)動(dòng)所述橋式結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器從接通狀態(tài)到斷開狀態(tài)的切換過程期間當(dāng)所述橋式結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓超出參考電平時(shí)，減少所述前置驅(qū)動(dòng)器單元的增益。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的橋式結(jié)構(gòu)放大器，其中所述增益控制電路執(zhí)行第二增益控制，以在所述前置驅(qū)動(dòng)器單元驅(qū)動(dòng)所述橋式結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器從斷開狀態(tài)到接通狀態(tài)的切換的過程中，在從電流開始在所述橋式結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器中流動(dòng)到所述橋式結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓達(dá)到參考電平的期間，減少所述前置驅(qū)動(dòng)器單元的增益。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的橋式結(jié)構(gòu)放大器，其中所述前置驅(qū)動(dòng)器單元包括多個(gè)并聯(lián)的晶體管，用于分別地驅(qū)動(dòng)所述橋式結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器，以及所述增益控制電路通過將所述前置驅(qū)動(dòng)器單元的多個(gè)晶體管的至少一個(gè)切換為斷開狀態(tài)來減少所述前置驅(qū)動(dòng)器單元的增益。
全文摘要
本申請(qǐng)公開了一種放大器。在該放大器中，從+IN端和－IN端輸入的具有不同極性的PWM信號(hào)輸出到前置驅(qū)動(dòng)器和開關(guān)信號(hào)發(fā)生電路。前置驅(qū)動(dòng)器將從輸入PWM信號(hào)獲得的用于激活驅(qū)動(dòng)器的門信號(hào)輸出到開關(guān)。該開關(guān)信號(hào)發(fā)生電路輸入PWM信號(hào)并輸出開關(guān)信號(hào)。開關(guān)電路，在輸入開關(guān)信號(hào)之后，對(duì)調(diào)開關(guān)，這樣在PWM信號(hào)從+IN側(cè)輸入的情況下，門信號(hào)輸出到第一P溝道MOS晶體管和第一N溝道MOS晶體管；以及在PWM信號(hào)從－IN側(cè)輸入的情況下，門信號(hào)輸出到第二P溝道MOS晶體管和第二N溝道MOS晶體管。
文檔編號(hào)H03F3/217GK101013881SQ20071000479
公開日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2007年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月30日
發(fā)明者前島利夫 申請(qǐng)人:雅馬哈株式會(huì)社