專利名稱：放大器、音頻系統(tǒng)以及輸入信號的放大方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種放大器，尤其涉及一種丁類放大器。
背景技術(shù)：
丁類放大器優(yōu)于線性放大器(例如甲乙類放大器)的長處 是其具有相對比較高的效率。由于丁類放大器的輸出脈沖具有 固定幅度，所以開關(guān)部件被或通或斷地切換，而不是以線性模 式操作。丁類放大器的一種常見應用是用于揚聲器的驅(qū)動器。
然而， 一些采用標準實現(xiàn)方式的丁類放大器可能存在傳播 延遲和低電源抑制比的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供 一 種放大器、音頻系統(tǒng) 以及輸入信號的放大方法，其能減少因傳播延時而引起的誤差， 并且提高電源抑制比。
本發(fā)明所述的放大器，其包括積分級，用于接收恒定共 模電壓以及代表所述放大器的輸入信號的第 一信號，并產(chǎn)生斜 坡信號；連接至所述積分級的比較級，用于根據(jù)所述斜坡信號 和滯后信號以產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號；以及連接至所述比較級的全 橋電路，用于接收電源供給，接收所述脈寬調(diào)制信號，并產(chǎn)生 所述放大器的輸出信號。
本發(fā)明所述的放大器，所述恒定共模電壓的電平等于所述 電源供給的電壓電平的 一半。
本發(fā)明所述的放大器，所述放大器還包括連接至所述積 分級的轉(zhuǎn)換級，用于接收所述輸入信號，并提供所述第一信號給所述積分級。
本發(fā)明所述的放大器，所述轉(zhuǎn)換級包括連接至所述積分級 的運算放大器，用于將所述輸入信號轉(zhuǎn)換成輸入電流，其中所 述第 一 信號包括所述輸入電流。
本發(fā)明所述的放大器，所述積分級包括運算放大器和電容 器，其中所述轉(zhuǎn)換級連接至所述運算放大器的負輸入端。
本發(fā)明所述的放大器，所述放大器還包括連接在所述全 橋電路的第 一 切換節(jié)點和第二切換節(jié)點之間的第 一 電阻分壓 器，用于提供所述滯后信號。
本發(fā)明所述的放大器，所述滯后信號的電壓電平的最大值 和最小值之間的范圍是以所述電源供給的電壓電平的一半為中
本發(fā)明所述的放大器，所述斜坡信號的參數(shù)限制由所述第 一電阻分壓器來控制。
本發(fā)明所述的放大器，所述放大器還包括連接在所述全 橋電路的第 一 切換節(jié)點和第二切換節(jié)點之間的第二電阻分壓 器，用于提供第二信號給所述積分級。
本發(fā)明所述的放大器，所述第二信號的電壓電平以所述電 源供給的電壓電平的一半為中心。
本發(fā)明所述的放大器，如果所述輸入信號為零，所述全橋 電路的切換頻率保持恒定。
本發(fā)明所述的放大器，如果所述電源供給變化，所述放大 器的增益保持不變。
另外，本發(fā)明所述的音頻系統(tǒng)，其包括用于接收輸入信 號的放大器，所述放大器包括積分級，用于接收恒定共模電壓， 接收代表所述輸入信號的第一信號，并產(chǎn)生斜坡信號；連接至 所述積分級的比較級，用于根據(jù)所述斜坡信號和滯后信號以產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號；以及連接至所述比較級的全橋電路，用于接 收電源供給，接收所述脈寬調(diào)制信號，并產(chǎn)生所述放大器的輸
出信號。且所述音頻系統(tǒng)還包括連接至所述放大器的揚聲器，
用于將所述輸出信號轉(zhuǎn)換成可聽聲音。
本發(fā)明所述的音頻系統(tǒng)，所述恒定共模電壓的電平等于所 述電源供給的電壓電平的 一 半。
本發(fā)明所述的音頻系統(tǒng)，所述音頻系統(tǒng)還包括連接至所 述積分級的轉(zhuǎn)換級，用于接收所述輸入信號，并提供所述第一 信號給所述積分級。
本發(fā)明所述的音頻系統(tǒng)，所述轉(zhuǎn)換級包括連接至所述積分 級的運算放大器，用于將所述輸入信號轉(zhuǎn)換成輸入電流，其中 所述第 一 信號包括所述輸入電流。
本發(fā)明所述的音頻系統(tǒng)，所述積分級包括運算放大器和電 容器，其中所述轉(zhuǎn)換級連接至所述運算放大器的負輸入端。
本發(fā)明所述的音頻系統(tǒng)，所述音頻系統(tǒng)還包括連接在所 述全橋電路的第 一切換節(jié)點和第二切換節(jié)點之間的電阻分壓 器，用于提供所述滯后信號。
本發(fā)明所述的音頻系統(tǒng)，如果所述輸入信號為零，所述全 橋電路的切換頻率保持恒定。
本發(fā)明所述的音頻系統(tǒng)，如果所述電源供給變化，所述放 大器的增益保持不變。
除此之外，本發(fā)明所述的輸入信號的放大方法用于放大輸 入信號。所述輸入信號的放大方法包括根據(jù)恒定共模電壓和 所述輸入信號，由所述積分級來產(chǎn)生斜坡信號；根據(jù)所述斜坡 信號和滯后信號來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號；以及根據(jù)電源供給和所 述脈寬調(diào)制信號，由所述全橋電路來產(chǎn)生放大器的輸出信號。
本發(fā)明所述的輸入信號的放大方法，所述恒定共模電壓的電平等于所述電源供給的電壓電平的一半。
本發(fā)明所述的輸入信號的放大方法，所述輸入信號的放大
方法還包括將所述輸入信號轉(zhuǎn)換成輸入電流。
本發(fā)明所述的輸入信號的放大方法，所述輸入信號的放大 方法還包括如果所述電源供給的電壓變化，所述放大器的增 益保持不變。
本發(fā)明的放大器、音頻系統(tǒng)以及輸入信號的放大方法能減 少因傳播延時而引起的誤差，并且提高電源抑制比。


圖l為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的放大器的模塊示意圖； 圖2為根據(jù)圖l提供的一個實施例的連接至揚聲器的放大器 的電路示意圖3為根據(jù)本發(fā)明的 一 個實施例的滯后信號與斜坡信號的 波形圖4為根據(jù)本發(fā)明的 一 個實施例的音頻系統(tǒng)的模塊示意圖5 A為根據(jù)圖4提供的 一 個實施例的連接至揚聲器的放大 器的電路示意圖5B為根據(jù)圖4提供的另 一個實施例的連接至揚聲器的放 大器的電路示意圖5C為根據(jù)圖4提供的另 一 個實施例的連接至揚聲器的放 大器的電路示意圖；以及
圖6為根據(jù)本發(fā)明的 一 個實施例的輸入信號放大方法的流 程示意圖。
具體實施例方式
以下通過對本發(fā)明的一些實施例結(jié)合其附圖的描述，可以進一步理解本發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點。
以下將對本發(fā)明的實施例給出詳細的說明。雖然本發(fā)明將 結(jié)合實施例進行闡述，但應理解這并非意指將本發(fā)明限定于這 些實施例。相反，本發(fā)明意在涵蓋由權(quán)利要求書所界定的本發(fā) 明精神和范圍內(nèi)所定義的各種可選項、可修改項和等同項。
此外，在以下對本發(fā)明的詳細描述中，為了^是供一個針對 本發(fā)明的完全的理解，闡明了大量的具體細節(jié)。然而，本領(lǐng)域 技術(shù)人員將理解，沒有這些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。 在另外的一些實例中，對于大家熟知的方案、流程、元件和電 路未作詳細描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。
圖l為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的丁類放大器100的模塊示
意圖。丁類放大器100具有相對比較高的電源抑制比。如圖l所 示，丁類放大器100可以包括用于接收電源供給VDc的電源終端 110、》文大級180和llr出級160。
放大級180可以接收輸入信號170,并產(chǎn)生斜i皮信號130。力欠 大級180可以根據(jù)斜坡信號130和滯后信號132來產(chǎn)生用于驅(qū)動 輸出級160的脈寬調(diào)制信號140。斜坡信號130和滯后信號132可 被定位在 一 個電壓電平，該電壓電平是所述電源供給VDC電壓
電平的一半并且與該電源供給VDC成比例地變化。舉例說明，
斜坡信號130和滯后信號132以電源供給VDC電壓電平的 一 半為 中心。
連接至電源終端IIO的輸出級160可以從放大級180接收脈 寬調(diào)制信號140,并產(chǎn)生放大了的輸出信號190。在一個實施例 中，輸出級160為一個全橋電路160。
換級101的第一電路，用于接收輸入信號170并且產(chǎn)生已轉(zhuǎn)換信 號120，其中已轉(zhuǎn)換信號120被定位在電源電壓Voc電平的一半。
10更具體地說，當輸入電壓V，等于零時，已轉(zhuǎn)換信號120的電壓 電平可以等于電源電壓Voc電平的 一半。
放大級180還可以包括表示為積分級102 (例如，積分器) 的第二電路，其中積分級102可以接收來自轉(zhuǎn)換級101的已轉(zhuǎn)換 信號120和來自全橋電路160的積分信號122,并由此產(chǎn)生斜坡信 號130。因此，在本發(fā)明的一個實施例中不需要振蕩器和斜坡發(fā) 生器。
比較級103可以接收斜坡信號130和滯后信號132 ，并產(chǎn)生脈 寬調(diào)制信號140以驅(qū)動全橋電路160。在一個實施例中，斜坡信 號130可處于滯后信號132的滯后邊框范圍內(nèi)。
概括而言，圖l提供的實施例中的放大器100包括用于接 收電源供給的電源終端110;連接至電源終端110的全橋電路 160，其用于提供放大了的輸出信號190;連接至全橋電路160 的轉(zhuǎn)換級IOI，用于接收輸入信號170并產(chǎn)生已轉(zhuǎn)換信號120;積 分級102，用于接收來自該轉(zhuǎn)換級101的已轉(zhuǎn)換信號120和來自全 橋電路160的積分信號122，并由此產(chǎn)生斜」皮信號130;以及一個 比較級103,用于接收來自該積分級102的斜坡信號130和來自全 橋電路160的滯后信號132,并且產(chǎn)生用于驅(qū)動該全橋電路160 的脈寬調(diào)制信號140。
在一實施例中，斜坡信號130和滯后信號132被定位在一個 電壓電平，該電壓電平是所述電源供給Voc電壓電平的一半并 且與該電源供給VDc成比例地變化。舉例說明，滯后信號132可 以有最大值和最小值，而滯后信號132的最大值和最小值之間的 范圍是以電源供給Voc電壓電平的一半為中心的。同理，斜坡 信號130可以有最大值和最小值，而斜坡信號130的最大值和最 小值之間的范圍是以電源供給Voc電壓電平的 一半為中心的。
圖2為根據(jù)圖l提供的一個實施例的連接至揚聲器230的放大器100的詳細電路示意圖。在圖2與圖l中標記相同的元件具有 相似的功能，在此對這些元件不復贅述。
圖2中的放大器100還可包括連接在全橋電路160的第 一切 換節(jié)點LX1和第二切換節(jié)點LX2之間的第一電阻分壓器(表示 為電阻器260和262 )，用于提供滯后信號132給比較級103。
所述第一電阻分壓器可以包括電阻器260和電阻器262。在 一個實施例中，電阻器260的電阻值1126()等于阻值Ri減去阻值 AR卜在一個實施例中，電阻器262的電阻值11262等于阻值Rt加 上阻值A(chǔ)Rt。因此，R26『R廣ARp而R262^Ri+AR!。
放大器IOO還可包括連接在全橋電路160的第 一切換節(jié)點 LX1和第二切換節(jié)點LX2之間的第二電阻分壓器(表示為電阻 器250和252 )，用于提供積分信號122給積分級102。
所述第二電阻分壓器可包括電阻器250和電阻器252。在一 個實施例中，電阻器250的電阻值R25o等于阻值R2加上阻值A(chǔ)R2。 在一個實施例中，電阻器252的電阻值11252等于阻值112減去阻值 △R2。因jl^R250=R2+AR2, i^R252=R2-AR2。
在一個實施例中，轉(zhuǎn)換級101包括連接至積分級102的運算 跨導放大器202,用于將輸入信號170轉(zhuǎn)換為輸入電流Iin。放大 器1 OO還可包括連接在第 一 切換節(jié)點LX1和第二切換節(jié)點LX2 之間的第三電阻分壓器(表示為電阻器240和242 ),用于接收輸 入電流Iin并且產(chǎn)生 一 個定位在電源Voc電壓電平的 一 半的已轉(zhuǎn) 換信號120。在一個實施例中，當輸入信號170的電壓值V!7o為 零時，已轉(zhuǎn)換信號120的電平可以等于電源供給Voc電平的一 半。在一個實施例中，電阻器240和電阻器242具有相同的電阻 值R。
積分級102可以包括運算放大器204和電容器234。在一個實 施例中，積分級102接收已轉(zhuǎn)換信號120和積分信號122，并且產(chǎn)生斜坡信號130給比較級103。
比較級103(表示為比較器103 )可以將滯后信號132與斜坡 信號13 0進行比較，并且產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號14 0以驅(qū)動全橋電路 160。連接在第一切換節(jié)點LX1和第二切換節(jié)點LX2之間的輸出 電容器232可以提供所述放大了的輸出信號190給揚聲器230。所 以，揚聲器230可以接收該放大了的輸出信號190并由此產(chǎn)生可 聽聲音。
在操作中，運算跨導放大器202可以將輸入電壓V，轉(zhuǎn)換為 輸入電流Iin,并利用第三電阻分壓器(表示為電阻器240和電阻 器242)來產(chǎn)生已轉(zhuǎn)換信號120。如果運算跨導放大器202的增益 是g,則已轉(zhuǎn)換信號120的電壓可由以下給出
V120=gx(R/2)xV170+VDC/2。 (1)
在一個實施例中，全橋電路160的第一切換節(jié)點LX1和第二 切換節(jié)點LX2總是處于不同相位的。因此，依據(jù)第一切換節(jié)點 L X1和第二切換節(jié)點L X 2的狀態(tài)，流經(jīng)電容器2 3 4的積分電流可 具有兩個不同值1122和1122'。在一個實施例中，當脈寬調(diào)制信號 140為高電平時，第一切換節(jié)點LX1上的電平值為Voc,而第二 切換節(jié)點LX2上的電平值為零。與此相反，當脈寬調(diào)制信號140 為低電平時，第一切換節(jié)點LX1上的電平值為零，而第二切換 節(jié)點LX2上的電平值為Voc。
在一個實施例中，由于運算放大器204的反相輸入端(負輸
入端)的電壓VwT等于其非反相輸入端(正輸入端)的電壓Vuo，
所以脈寬調(diào)制信號140為高電平時的積分電流1122和脈寬調(diào)制信 號140為低電平時的積分電流1122，可分別由以下給出 當脈寬調(diào)制信號14 0為高電平時，
I122=(VDC-V12。)/(R2+AR2)-V12。/(R2-AR2); (2) 當脈寬調(diào)制信號140為低電平時，
13I122，=(VDC-V120)/(R2-AR2)-V120/(R2+AR2)。 (3) 根據(jù)等式(l)，等式(2)和(3)可被重寫為 當脈寬調(diào)制信號140為高電平時，
I122=(-VDCxAR2-gxRxV170xR2)/(R22-AR22); (4)
當脈寬調(diào)制信號140為低電平時，
Im，=(VDCxAR2-gxRxV170xR2)/(R22-AR22)。 (5)
此外，依據(jù)脈寬調(diào)制信號140的電平，滯后信號132的電壓 Vm和Vi32，可以由以下給出 當脈寬調(diào)制信號140為高電平時，
Vu^VDcX(Ri+AR0/2R嚴VDc/2+VDcxAR!/2R" (6) 當脈寬調(diào)制信號140為低電平時，
Vm』VDcX(R廣AR0/2R產(chǎn)VDc/2-VDcxARi/2R！ 。 (7)
在一個實施例中，斜坡信號130的幅值A(chǔ)uo等于V!32和Vu2'
之間的差值，即
AnfVocxAR禹。 (8) 因此，斜坡信號130的參數(shù)限制可由第一電阻分壓器(表示
為電阻器260和262 )中的阻值R^和阻值A(chǔ)R!來確定。在一個實
施例中，上述的斜坡信號130的參數(shù)限制包括斜坡信號130的幅
值^130。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的 一個實施例的滯后信號132與斜坡信號 130的示例性的波形圖。在圖3所示的實施例中，在時段L脈寬 調(diào)制信號140為高電平，在時段T2脈寬調(diào)制信號140為低電平。 以下將結(jié)合圖2對圖3進行描述。
如圖3所示，斜坡信號130處于滯后信號132的滯后邊框302 的范圍內(nèi)。在圖3所示的實施例中，在Ti期間，根據(jù)等式(6)可 知，滯后信號132的電平高于Voc/2電平。此外，在T2期間，根 據(jù)等式(7)可知，滯后信號132的電平可以低于Voc/2電平。在一個實施例中，當滯后信號132大于斜坡信號130時，脈寬調(diào)制信 號140可以為高電平。因此，積分電流1122可以流經(jīng)電容器234, 而斜坡信號130的電平可以隨之而增加，直至等于滯后信號132 的電平。隨后，比較器103可以輸出一個低電平的脈寬調(diào)制信號 140,而滯后信號132的電平可下降到Voc/2電平之下。因此，如 丁2期間所示，積分電流1122，可以流經(jīng)電容器234,而斜坡信號130 的電平可趨于滯后信號132的電平漸漸減小。比較器103可繼續(xù) 輸出低電平的脈寬調(diào)制信號140,直到斜坡信號130的電平減少 至滯后信號132的電平。
有利的是，脈寬調(diào)制信號140可根據(jù)滯后信號132和斜坡信 號130來產(chǎn)生，而滯后信號132和斜坡信號130均可被定位在電源 供給Voc電平的一半上。更具體地說，滯后信號132的最大值和 最小值之間的范圍是以電源供給Voc電平的一半為中心的。同 理，斜坡信號130的最大值和最小值之間的范圍也是以電源供給 Voc電平的一半為中心的。
有利的是，在一個實施例中，滯后信號132的滯后邊框302 是由全橋電路160的切換節(jié)點LX1和LX2的狀態(tài)來決定的，這樣 可以減少/消除因信號在驅(qū)動器和全橋電路16 0的電源開關(guān)中傳 播的延時而引起的誤差，并且可以減少/消除因電源開關(guān)之間的 不匹配而引起的誤差。
在一個實施例中，如果時段T爿目對比較短，那么在L期間 的電流1122可被視為恒定值。同理，如果時段T2相對比較短，那 么在丁2期間的電流1122，可被視為恒定值。因此，在積分級102的 電容器234上電荷的變化可由以下給出
AQ《234XAud"xK22,xT2。 (9)
因此，當?shù)仁?4)和(5)被代入等式(9)中時，由此可得以下等式 VDcX(T2畫TD/(T2+T^戶gxRxR2/AR2xVno。 (10)輸出電容器232上的輸出信號190的等效電壓V柳可以由以 下給出
V!9fTV(T卄T2)xVDC-T2/(T^T2)xVDC氣T廣T2)/(T^T2)xVDC。 (11)
因此，放大器100的增益A可以由以下給出
A=V190/V170=-gxRxR2/AR2。 (12)
有利的是，放大器100的增益A可以不依賴于電源供給VDc，這 樣可以使放大器10 0的電源抑制比相對比較高。
根據(jù)等式(9)，全橋電路160的切換頻率fsw可由以下給出
fsw:l/(T!+T2)-l/((-C234XA!3o/I22) + (C234xA，/1！22，))。 (13)
當?shù)仁?l)、 (2)和(3)被代入等式(13)時，切換頻率fsw可以為
fsw=(VDC2xAR22-g2xR2xV1702xR22)/(C234xA130x(R22-AR22)x2 xVDCxAR2)。 (14)
當?shù)仁?8)被代入等式(1勺時，切換頻率fsw可以為
2C234XAR,Vdc2xAR22x(R22-AR22))。 (15)
假 設 K^RiXARypCwxAR^CRj-AR )) ， 以 及
Kfg2xR2xR22xRj/(2C234XAR^AR22x(R22畫AR22)),那么等式(15)
可以寫成
f^K廣K2x(Vm/Voc)2 (16)
其中，由于Ki和K2為常數(shù)，所以切換頻率fsw可以取決于輸
入電壓V，和電源供給VDc。因此，當輸入信號170為零時，全 橋電路160的切換頻率fsw可保持恒定。
因此，本發(fā)明提供了 一種具有高電源抑制比的低失真丁類 放大器。該丁類放大器的增益可以不依賴于輸入信號。此外， 在本發(fā)明中可以不需要振蕩器和斜坡發(fā)生器。而且，本發(fā)明還 提供了 一種音頻系統(tǒng)，該音頻系統(tǒng)包括用于接收音頻信號的低 失真丁類放大器，以及連接至該低失真丁類放大器的揚聲器，該揚聲器用于將該音頻信號轉(zhuǎn)換為可聽聲音。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的 一 個實施例的音頻系統(tǒng)40 0的模塊示 意圖。在圖4中，與圖l和圖2中標記相同的元件具有相似的功能， 在此對這些元件不復贅述。如圖4所示，音頻系統(tǒng)400包括連接 至揚聲器230的放大器404。放大器404可用于接收輸入信號170 并產(chǎn)生輸出信號190。連接至放大器404的揚聲器230可用于將輸 出信號190轉(zhuǎn)換成可聽/音頻聲音。
更具體地說，放大器404可以包括積分級402(如，積分器)， 用于接收恒定共模電壓Vcm以及代表放大器404的輸入信號170 的第一信號423,并產(chǎn)生斜坡信號430。此外，放大器404可以包 括連接至積分級402的比較級403,用于根據(jù)斜坡信號430和滯后 信號432以產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號140。放大器404還可包括連接至比 較級403的全橋電路460，用于接收電源終端110上的電源供給 VDc以及脈寬調(diào)制信號140，并產(chǎn)生放大器404的輸出信號190。
在一個實施例中，放大器404還包括連接至積分級402的轉(zhuǎn) 換級401，用于接收輸入信號170,并提供代表輸入信號170的第 一信號423給積分級402。全橋電路460可用于提供滯后信號432 給比較級403 ,并且提供第二信號420給積分級402 。
有利的是，通過對轉(zhuǎn)換級401、積分級402、比較級403和 全橋電路460的應用，如果電源供給Voc發(fā)生變化，放大器404 的增益可保持不變。此外，如果輸入信號170為零，全橋電路460 的切換頻率可以保持恒定。
圖5A為根據(jù)圖4提供的 一 個實施例的連接至揚聲器230的 放大器404的詳細電路示意圖。在圖5A中，與圖l、圖2和圖4中 標記相同的元件具有相似的功能，在此對這些元件不復贅述。
如圖5A所示，放大器404還包括連接在全橋電路460的第一 切換節(jié)點LX1和第二切換節(jié)點LX2之間的第四電阻分壓器(表示為電阻器560和562 )，用于提供滯后信號432。所述第四電阻分壓器可以包括電阻值為阻值R"咸去阻值A(chǔ)R^的電阻器560，以及電阻值為阻值加上阻值A(chǔ)R!的電阻器562 。因此，Rs6『R廣AR!，以及R56^Ri+AR!。
放大器404還可包括連接在全橋電路460的第 一切換節(jié)點LX1和第二切換節(jié)點LX2之間的第五電阻分壓器(表示為電阻器550和552 ),用于提供信號422給積分級402。所述第五電阻分壓器可以包括電阻值為阻值R2加上阻值A(chǔ)R2的電阻器550,以及電阻值為阻值R2減去阻值A(chǔ)R2的電阻器552 。因此，R550=R2+AR2，以及11552= R2-AR2。
轉(zhuǎn)換級401可以包括連接至積分級402的運算跨導放大器502,用于將輸入信號170轉(zhuǎn)換成輸入電流Ino。因此，第一信號423可以包括輸入電流1170。如果運算跨導放大器502的增益為gso2，并且輸入信號170的電壓為Vn。，輸入電流I"o可由以下給出
Il70 = g502XVi70。 (17)
積分級402可以包括運算放大器504和電容器510。轉(zhuǎn)換級401可以連接至運算放大器504的負輸入端(反相輸入端)。在一個實施例中，放大器404還包括連接在全橋電路460的第一切換節(jié)點LX1和第二切換節(jié)點LX2之間的第六電阻分壓器(表示為電阻器540和542 ),用于提供第二信號420給積分級402。所述第六電阻分壓器可以包括具有相同阻值R的電阻器540和542。所述第六電阻分壓器可以連接至運算放大器504的正輸入端(非反相輸入端)。因此，如果電源終端110上的電壓值為Voc,第二信號420的電壓V"?？梢杂纱私o出V420=VDC/2。換句話說，第二信號420的電壓電平V42o可以等于電源供給VDC電壓電平的一半。由于運算放大器504的負極輸入端上的信號422電壓￥422等于其正極輸入端上的第二信號420電壓V42G,信號422的電壓V"2可由以下癥會出
V422=VDC/2。 (18)因此，信號422的電壓電平V422可以等于電源供給VDC電壓電平的 一 半。換句話說，積分級402的共模電壓VCM(VCM=(V42Q+V422)/2 )的電平可以為恒定值，更具體地說，可以等于電源供給V d c電壓電平的 一 半。
有利的是，由于運算放大器504的共模電壓V，為恒定值且獨立于輸入電壓V，，所以輸入電壓Vm對運算放大器504的共模抑制比可能產(chǎn)生的影響可被消除。
除此之外，積分級402的電流并聯(lián)反饋(例如，電容器510)可以減小運算放大器504負輸入端的輸入阻抗，因此連接至運算放大器504負輸入端的運算跨導放大器502的輸出阻抗可被減小。有利的是，運算跨導放大器502提供大電流并且驅(qū)動大容性負載的能力可被提高。此外，放大器404的信噪比可被提高。
在一個實施例中，全橋電路460的第一切換節(jié)點LX1和第二切換節(jié)點LX2總是處于不同相位的。因此，依據(jù)切換節(jié)點LX1和LX2的狀態(tài)，流經(jīng)電容器510的電流可具有兩個不同值。在一個實施例中，當脈寬調(diào)制信號140為高電平時，第一切換節(jié)點LX1上的電平值為Voc，而第二切換節(jié)點LX2上的電平值為零。與此相反，當脈寬調(diào)制信號140為低電平時，第一切換節(jié)點LX1上的電平值為零，而第二切換節(jié)點LX2上的電平值為Voc。
更具體地說，當脈寬調(diào)制信號140為高電平時，流經(jīng)電容器510的積分電流151?？赏ㄟ^以下計算獲得
I5io=(VDC-V422)/(R2+AR2)-V422/(R2-線)+1170。 (19a)當脈寬調(diào)制信號140為低電平時，流經(jīng)電容器510的積分電流1510，可通過以下計算獲得
I"0，(Vdc陽V422)/(R2-AR2)-V422/(R2 + AR2)+I！70。 (19b)
根據(jù)等式(17)和(18)，等式(19a)和(19b)可分別重寫為I510=-VDCxAR2/(R22-AR22)+g502xV170 (20a)
和
I510，=VDCxAR2/(R22-AR22)+g502xV170。 (20b)
同理，依據(jù)切換節(jié)點LX1和LX2的狀態(tài)，滯后信號432的電壓電平可具有兩個不同值。當脈寬調(diào)制信號140為高電平時，滯后信號432的電壓電平V432可通過以下計算獲得
V432二VDcX(R!+AR^)/2R^VDc/2+VDcxARi/2R" (21 a)
當脈寬調(diào)制信號14 0為低電平時，滯后信號4 3 2的電壓電平V 4 3 2 ，可通過以下計算獲得
V432』VDcX(R廣AR!)/2R產(chǎn)VDc/2國VDcxAR!/2Ri。 (21b)因此，滯后信號432的電壓電平可以以電源供給Voc電平的一半為中心。更具體地說，滯后信號432的最大值和最小值之間的范圍是以電源供給Voc電平的 一半為中心的。
由于斜坡信號430的幅值A(chǔ)43Q可以等于V432與V432，之差，幅
值A(chǔ)"o可以由以下給出
A43。叫V432陽V432，卜VdcXAR^/R" (22)
因此，斜坡信號430的參數(shù)限制(例如，幅度A"Q)可由第四電阻分壓器(表示為電阻器560和562 )來控制。
同理，斜坡信號430的電壓電平可以以電源供給Voc電平的一半為中心。更具體地說，斜;皮信號430的最大值和最小值之間的范圍是以電源供給Voc電平的 一半為中心的。
假設在時段TJ永寬調(diào)制信號140為高電平，并且在時段丁2脈寬調(diào)制信號140為低電平，那么在積分級402的電容器510上電荷的變化AQsK)可由以下給出AQ5 10二C5ioXA43o二國l5ioXT產(chǎn)I別，xT2， (23)
其中C5K)是電容器510的電容值。因此，當?shù)仁?20a)和(20b)被代入等式(23)時，可得以下等式
(VDcXAR2/(R22-AR22)-g502XVno)xT尸(VDcXAR2/(R22-AR2Vg502XVno)XT2。
因此，
VocX(IVT2)/(Ti+T2^g5。2xV"。x(R22畫AR22)/AR2。 (24)由于輸出信號190的等效電壓V^0eq可以由以下給出V簡^T/(T+T2)xVdc畫T2/(T+T2)xVdc
KT廣T2)/(L+T2)xVdc。 (25)
放大器404的增益A4。4可通過以下計算獲得
A404=V190eq/V170=g502x(R22-AR22)/AR2。 (26)
有利的是，如果電源供給Voc發(fā)生變化，放大器404的增益A404
仍可保持不變。因此，放大器404的增益不依賴于電源供給VDc,
這樣可使其電源抑制比相對比較高。
根據(jù)等式(23)，全橋電路460的切換頻率f46o可由以下給出f46o二l/(T卄T2)-l/((誦C5K)XA43o/Iwo)+(C"oxA43o/l5io,))。 (27a)
當?shù)仁?20a)、 (20b)和^2)被代入等式(27a)時，切換頻率f糊可
以重寫為
2C510xARlXAR2))x(V170/VDC)2。 (27b)由此可得以下等式
f460=K3+K4x(V170/VDC)2, (28)
其中K3等于R,AR2/(2C5!oXAR!x(R22-AR22))的常數(shù)，并且K4等于
^5。22>^1><(1^2誦厶1^2)/(2(:51(^厶11,厶1^)的常數(shù)。
因此，在一個實施例中，切換頻率f460耳又決于輸入電壓Vno
和電源供給Voc。此外，如杲輸入信號170為零，全橋電路460的切換頻率f4 6 ?？梢员３趾愣ā?br> 圖5B為根據(jù)圖4提供的 一 個實施例的連接至揚聲器230的 放大器404，的詳細電路示意圖。在圖5B中，與圖5A中標記相同 的元件具有相似的功能，在此對這些元件將不復贅述。在一個 實施例中，圖5A所示的表示為第四電阻器560和562的電阻分壓 器和表示為電阻器550和552的第五電阻分壓器可以結(jié)合成圖 5B所示的表示為電阻器570、 572和574的單個電阻分壓器。連 接在全橋電路460的第 一切換節(jié)點LX1和第二切換節(jié)點LX2之 間的電阻分壓器(表示為電阻器570、 572和574 )可以用于提供 滯后信號432和信號422。
更具體地說，電阻器570的電阻值1157。可以等于阻值113減去 阻值A(chǔ)R3，電阻器572的電阻值R572可以等于阻值A(chǔ)R3的兩倍，以 及電阻器574的電阻值11574可以等于阻值R3減去阻值A(chǔ)R3。因此， R570=R3-AR3， R572=2AR3,以XR574=R3-AR3。
圖5B所示的實施例中的放大器與圖5A所示的實施例中的 放大器具有相似的功能與操作。當脈寬調(diào)制信號14 0為高電平 時，流經(jīng)電容器510的積分電流15! 。 b可通過以下計算獲得
I510b=-VDCxAR3/(R32-AR32)+g502xV170。 (29a) 當脈寬調(diào)制信號140為低電平時，流經(jīng)電容器510的積分電流 IsK)b，可通過以下計算獲得
I5i0b，=VDCxAR3/(R32-AR32)+g5。2xV17。。 (29b)
根據(jù)圖5B所示的實施例，可獲得以下等式
VDcX(TVT2)/(Ti+T2^g5。2XV"。X(R32-AR32)/AR3， (30) V剛ec^(T廣T2)/(T!+T2)xVDc, (31)
以及
A404b=V190eq/V170=g502x(R32-AR32)/AR3。 (32) 其中A404b是放大器404，的增益，并且如果電源供給Voc發(fā)生變
22化，增益A404b可保持不變。
當脈寬調(diào)制信號140為高電平時，滯后信號432的電壓電平
V432b可通過以下計算獲得
V432b=V422+(VDC-V422)xR572/(R57。+R572)=(VDC/2)x(l+2AR3/( R3+AR3))。 (33a) 當脈寬調(diào)制信號140為低電平時，滯后信號432的電壓電平V432b， 可通過以下計算獲得
V432b，=V422xR570/(R57。+R572)=(VDC/2)x(l-2AR3/(R3+AR3))。
(33b)
由此可以給出圖5 B實施例中斜坡信號4 3 0的幅值A(chǔ) 4 3 o b:
A430b=|V432b-V432b,|=2VDCxAR3/(R3+AR3)。 (34) 因此，圖5B所示的實施例中全橋電路460的切換頻率f460b
可通過以下計算獲得
f感l(wèi)/(L+T2) (35)
=l/(X-C5iox A430b/l510b) + (C5ioxA43ob/l510b，))
=l/(4C510x(R3-AR3))-((R32-AR32)x(R3+AR3)xg5022/(4C510 xAR32))x(V170/V 由此可得
f460b=K5+K6x(V170/VDC)2。 (36) 其中K5等于l/(4C510x(R3-AR3))的常數(shù)，而K6等于 -(R32-AR32)x(R3+AR3) >^5。22/(4(:51(^厶1132)的常數(shù)。
同理，切換頻率f"460b可取決于輸入電壓V，和電源供給 VDC。此夕卜，如果輸入信號170為零，全橋電路460的切換頻率f460b 可以保持恒定。
在圖5A和圖5B所示的實施例中，前述的每個力丈大器404和 404，可以產(chǎn)生電壓電平均以VDC/2電平為中心的滯后信號432和 斜坡信號430。然而，滯后信號432與/或斜坡信號430的電壓電平也可以以不等于Voc/2的電平為中心。圖5C為根據(jù)圖4提供的 一個實施例的連接至揚聲器230的放大器404"的詳細電路示意 圖。在圖5C中，與圖5A和圖5B中標記相同的元件具有相似的功 能，在此對這些元件不復贅述。
圖5C所示的實施例中的電阻器576可以連接在表示為電阻 器560和562的電阻分壓器與地之間，用于移動滯后信號432的電 壓電平。如果電阻器576的阻值為Rn那么滯后信號432的電壓 電平V"2c和V432c，可以通過以下計算獲得 當脈寬調(diào)制信號140為高電平時，
V432c二VDcX((Ri+AR0〃Ri)/((R卄ARi)〃Ri+(R廣AR0)
二VdcxR!x(R!+AR!)/(3R!2-AR2); (37a)
當脈寬調(diào)制信號14 0為低電平時，
V432c，VDcX((R廣AR,)〃R0/((R廣ARi)〃Ri+(R,+AR！))
二VDcxRiX(R廣AR0/(3R^國ARi2)。 (37b) 因此，圖5C實施例中的斜坡信號430的幅值A(chǔ)"oc可由以下給出
A43。c叫V432c-V432c，卜2VdcXR,AIV(3RJ-AR。。 (38)
因此，圖5C所示的實施例中全橋電^各460的切換頻率f460c
可通過以下計算獲得
f纖K(3Ri2畫AR。/(2C^oxRiXARO)x(AR2/(R22-AR22)
-((R22-AR22)xg5022/AR2)x(V170/VDC)2)。 (39)
由此可得
f460c=K7+K8x(VI70/VDC)2, (40) 其中K7等于(3R -AR )xAR2/(2C5K)XRiXARx(R22國AR22))的常 數(shù)，而Ks等于-(R -AR22)xg5。22/AR2的常數(shù)。同理，如果輸入信 號170為零，全橋電路460的切換頻率f46Qc可以保持恒定。
對圖5C所示的實施例中放大器404"增益A404c的計算與圖 5A所示的實施例中放大器404增益A4。4的計算相似。在一個實施例中，放大器404"增益A4。4C可通過此計算獲得 A404C=g5。2x(R22-AR22)/AR2。同理，如果電源供給V。c發(fā)生變化， 放大器404"的增益A4。4c可保持不變。
在一個實施例中，電阻器576也可以有其他的電阻值。在 另 一個實施例中，在表示為電阻器560和562的電阻分壓器與電 源終端110之間也可連接一個電阻器(未顯示在圖5C中)，用于 移動滯后信號432的電壓電平。在此，對斜坡信號430的幅值和
全橋電路460的切換頻率f46。e相似的計算不復贅述。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的 一 個實施例的輸入信號170的放大方 法流程示意圖600。以下將結(jié)合圖4、圖5A、圖5B和圖5C對圖6
進行描述。
在步驟602中，根據(jù)積分級402的恒定共模電壓VcM和輸入 信號170,由積分級402來產(chǎn)生斜坡信號430。其中，轉(zhuǎn)換級401 可以將輸入信號17 0轉(zhuǎn)換成給積分級40 2接收的輸入電流。恒定 共模電壓Vcm可以等于電源供給VDC電壓電平的 一 半。
比較級403可以將斜坡信號430和來自全橋電路460的滯后 信號432進行比較，并產(chǎn)生用于驅(qū)動全橋電路460的脈寬調(diào)制信 號140。換句話說，如步驟604中所述，放大器(404、 404，、 404，，) 可以根據(jù)斜坡信號430和滯后信號432來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號140。
因此，如步驟606中所述，根據(jù)全橋電^各460的電源供給Voc 和脈寬調(diào)制信號140,由全橋電路460來產(chǎn)生所述放大器的輸出 信號190。有利的是，盡管電源供給VDc可能會變化，所述放大 器的增益可以保持不變。
因此，本發(fā)明提供了一種丁類放大器。所述丁類放大器可 以通過全橋電路、積分級和比較級，將輸入信號放大成輸出信 號。由所述積分級根據(jù)所述入信號所產(chǎn)生的斜坡信號，可以通 過該比較級，與來自所述全橋電路的滯后信號進行比較，以產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號。所述脈寬調(diào)制信號可用于驅(qū)動所述全橋電路， 并且其占空比可取決于所述輸入信號。因此，所述全橋電路可 以產(chǎn)生正比于所述輸入信號的被放大了的輸出信號。所述放大 器的增益可以獨立于其供電電源的電壓值，因此可以增加該放 大器的電源抑制比。
雖然之前的說明和附圖描述了本發(fā)明的實施例，應當理解
在不脫離權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明原理的精神和發(fā)明范圍的 前提下可以有各種增補、修改和替換。本領(lǐng)域技術(shù)人員應該理 解，本發(fā)明在實際應用中可根據(jù)具體的環(huán)境和工作要求在不背 離發(fā)明準則的前提下在形式、結(jié)構(gòu)、布局、比例、材料、元素、 組件及其它方面有所變化。因此，在此纟皮露的實施例僅用于說 明而非限制，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書及其合法等同物界定， 而不限于此前的描述。
權(quán)利要求
1. 一種放大器，其特征在于，所述放大器包括積分級，用于接收恒定共模電壓以及代表所述放大器的輸入信號的第一信號，并產(chǎn)生斜坡信號；連接至所述積分級的比較級，用于根據(jù)所述斜坡信號和滯后信號以產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號；以及連接至所述比較級的全橋電路，用于接收電源供給，接收所述脈寬調(diào)制信號，并產(chǎn)生所述放大器的輸出信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的放大器，其特征在于，所述恒定
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的放大器，其特征在于，所述放大 器還包括連接至所述積分級的轉(zhuǎn)換級，用于接收所述輸入信號，并 提供所述第 一 信號給所述積分級。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的放大器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換 級包括連接至所述積分級的運算放大器，用于將所述輸入信號 轉(zhuǎn)換成輸入電流，其中所述第 一 信號包括所述輸入電流。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的放大器，其特征在于，所述積分 級包括運算放大器和電容器，其中所述轉(zhuǎn)換級連接至所述運算 放大器的負輸入端。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的放大器，其特征在于，所述放大 器還包括連接在所述全橋電路的第 一 切換節(jié)點和第二切換節(jié)點之間 的第一電阻分壓器，用于提供所述滯后信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的放大器，其特征在于，所述滯后 信號的電壓電平的最大值和最小值之間的范圍是以所述電源供 給的電壓電平的一半為中心。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的放大器，其特征在于，所述斜坡信號的參數(shù)限制由所述第 一 電阻分壓器來控制。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的放大器，其特征在于，所述放大 器還包括連接在所述全橋電路的第 一 切換節(jié)點和第二切換節(jié)點之間 的第二電阻分壓器，用于提供第二信號給所述積分級。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的放大器，其特征在于，所述第二 信號的電壓電平以所述電源供給的電壓電平的一半為中心。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的放大器，其特征在于，如果所述 輸入信號為零，所述全橋電路的切換頻率保持恒定。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的放大器，其特征在于，如果所述 電源供給變化，所述放大器的增益保持不變。
13. —種音頻系統(tǒng)，其特征在于，所述音頻系統(tǒng)包括 用于接收輸入信號的放大器，所述放大器包括 積分級，用于接收恒定共模電壓以及代表所述輸入信號的第一信號，并產(chǎn)生斜坡信號；連接至所述積分級的比較級，用于根據(jù)所述斜坡信號和滯 后信號以產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號；以及連接至所述比較級的全橋電路，用于接收電源供給，接收 所述脈寬調(diào)制信號，并產(chǎn)生所述放大器的輸出信號；以及連接至所述放大器的揚聲器，用于將所述輸出信號轉(zhuǎn)換成 可聽聲音。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的音頻系統(tǒng)，其特征在于，所述
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的音頻系統(tǒng)，其特征在于，所述 音頻系統(tǒng)還包括連接至所述積分級的轉(zhuǎn)換級，用于接收所述輸入信號，并提供所述第一信號給所述積分級。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的音頻系統(tǒng)，其特征在于，所述 轉(zhuǎn)換級包括連接至所述積分級的運算放大器，用于將所述輸入 信號轉(zhuǎn)換成輸入電流，其中所述第 一 信號包括所述輸入電流。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的音頻系統(tǒng)，其特征在于，所述 積分級包括運算放大器和電容器，其中所述轉(zhuǎn)換級連接至所述 運算放大器的負輸入端。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的音頻系統(tǒng)，其特征在于，所述 音頻系統(tǒng)還包括連接在所述全橋電路的第 一切換節(jié)點和第二切換節(jié)點之間 的電阻分壓器，用于提供所述滯后信號。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的音頻系統(tǒng)，其特征在于，如果 所述輸入信號為零，所述全橋電路的切換頻率保持恒定。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的音頻系統(tǒng)，其特征在于，如果 所述電源供給變化，所述放大器的增益保持不變。
21. —種輸入信號的放大方法，其特征在于，所述輸入信 號的放大方法包括根據(jù)恒定共模電壓和所述輸入信號，由所述積分級來產(chǎn)生 斜坡信號；根據(jù)所述斜坡信號和滯后信號來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號；以及 根據(jù)電源供給和所述脈寬調(diào)制信號，由所述全橋電路來產(chǎn) 生放大器的輸出信號。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的輸入信號的放大方法，其特征的一半。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的輸入信號的放大方法，其特征 在于，所述輸入信號的放大方法還包括將所述輸入信號轉(zhuǎn)換成輸入電流。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的輸入信號的放大方法，其特征 在于，所述輸入信號的放大方法還包括如果所述電源供給的電壓變化，所述放大器的增益保持不變。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種放大器、音頻系統(tǒng)以及輸入信號的放大方法，其中，該輸入信號的放大方法包括根據(jù)積分級的恒定共模電壓和所述輸入信號，由所述積分級來產(chǎn)生斜坡信號；根據(jù)所述斜坡信號和滯后信號來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號，以及根據(jù)全橋電路的電源供給和所述脈寬調(diào)制信號，由所述全橋電路來產(chǎn)生放大器的輸出信號，進而通過其所連接的揚聲器將所述輸入信號轉(zhuǎn)換成可聽聲音；本發(fā)明的放大器、音頻系統(tǒng)以及輸入信號的放大方法能減少因傳播延時而引起的誤差，并且提高電源抑制比。
文檔編號H03F3/217GK101488730SQ20091000046
公開日2009年7月22日 申請日期2009年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日
發(fā)明者拉茲洛·利普賽依, 肖邦-米哈依·龐貝斯庫, 馬里烏斯·帕杜爾 申請人:凹凸電子(武漢)有限公司