專利名稱：具有二階噪聲濾除電路的d類放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種D類放大器，尤指一種具有二階噪聲濾除電路的D類放大器。
背景技術(shù)：
一般來(lái)說(shuō)，輸出級(jí)的放大電路概包含有A類、B類、AB類及D類等放大器，早期較常 見(jiàn)的為AB類放大器，但隨著半導(dǎo)體制程的成熟，具有較低消耗功率的D類放大器漸為常見(jiàn)。D類放大器與AB類放大器最大差異即是輸出脈寬調(diào)變信號(hào)推動(dòng)電感性負(fù)載，而并 非以線性信號(hào)推動(dòng)；其中該脈寬調(diào)變信號(hào)包含有聲音信號(hào)以及脈寬調(diào)變開關(guān)信號(hào)和諧波信 號(hào)。由于D類放大器輸出脈寬調(diào)變信號(hào)，使得輸出級(jí)開關(guān)電路的各開關(guān)自高阻抗切換至極 低阻抗，且導(dǎo)通時(shí)間短，使得導(dǎo)通電流流經(jīng)導(dǎo)通電阻時(shí)間相對(duì)縮短，而較AB類放大器更有 效率，且消耗功率更小。請(qǐng)參閱圖5所示，為一種現(xiàn)有開回路的D類放大器70，該D類放大器70包含有一 增益放大器71、一 PWM調(diào)變器72、一內(nèi)部振蕩器73及一 H型橋式開關(guān)電路74 ；其中該增益 放大器71輸入端接收外部模擬聲音信號(hào)(Vi+，Vi-)，并將該外部模擬聲音信號(hào)予以放大 后，由該P(yáng)WM調(diào)變器72依據(jù)內(nèi)部振蕩器73輸出的振蕩信號(hào)輸出脈寬調(diào)變信號(hào)，并將該脈寬 調(diào)變信號(hào)輸出至H橋式開關(guān)電路74，以控制該H橋式開關(guān)電路74各開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間及導(dǎo)通 回路。由于上述D類放大器70屬于開回路的差分電路，加上該增益放大器71包含有一 差分放大器701，而該差分放大器701本身包含有噪聲基準(zhǔn)(Noise Floor)，其中該噪聲基 準(zhǔn)屬于動(dòng)態(tài)噪聲的一種，因此當(dāng)聲音信號(hào)輸入至該增益放大器71時(shí)，該動(dòng)態(tài)噪聲會(huì)并入放 大后的聲音信號(hào)中，造成電感性負(fù)載還原的聲音信號(hào)失真，相對(duì)具有較差的信號(hào)失真噪聲 比(SDNR)。因此，請(qǐng)參閱圖7所示，為一種閉反饋回路的D類放大器70a的電路方塊圖，其包
含有—增益調(diào)整電路711，其包含有一組模擬輸入端(Vi+，Vi-)，供連接聲音信號(hào)；一第一差分放大器712，其輸入端分別連接至該增益調(diào)整電路711的模擬輸入端 (Vi+, Vi-)，通過(guò)增益調(diào)整電路711調(diào)整該第一差分放大器712的增益值；一階積分電路75，包含有一第二差分放大器751及二組RC電路，其中二組RC電 路分別連接于D類放大器的二差分輸出端(D0+，D0_)及該第二差分放大器751的同相輸入 端(+，“)之間，將D類放大器70a輸出的差分輸出信號(hào)與第一差分放大器712輸出放大聲 音信號(hào)予以合并后再予以輸出；二比較器76，各比較器76的其中一輸入端連接至對(duì)應(yīng)該一階積分電路75的第二 差分放大器751的差分輸出端，又二比較器76的各另一輸入端則共同連接至一三角波產(chǎn)生 器77，因此各比較器76將一階積分電路75的輸出信號(hào)與三角波信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，如圖8所 示，由于一階積分電路75輸出為弦波信號(hào)(Vi+，Vi-)，經(jīng)與三角波信號(hào)S2比對(duì)后，即輸出 脈寬調(diào)變信號(hào)；及
一邏輯電路78，其輸入端連接至該二比較器76的輸出端，依據(jù)二組脈寬調(diào)變信號(hào) 決定二組驅(qū)動(dòng)信號(hào)；及一 H型橋式開關(guān)電路74，包含有二半橋開關(guān)電路741構(gòu)成，二半橋開關(guān)電路741的 二串接節(jié)點(diǎn)供一電感性負(fù)載60連接，而該二半橋開關(guān)電路741的控制端連接至該邏輯電路 78的輸出端，以受該邏輯電路78輸出的二組驅(qū)動(dòng)信號(hào)而啟閉。在上述D類放大器70a架構(gòu)中，因?yàn)榈诙罘址糯笃?51與二組RC電路構(gòu)成一 階反饋回路，故輸入至比較器76的信號(hào)是由第二差分放大器751產(chǎn)生的誤差信號(hào)(error signal)合并第一差分放大器712所放大輸入聲音信號(hào)與真實(shí)輸出信號(hào)(高壓方波)而得， 而第一差分放大器712所放大的輸入聲音信號(hào)包含有一些非線性項(xiàng)(non-linear terms), 如差分放大器的頻率限制、放大器噪聲、參考電壓噪聲、增益/頻寬乘積限制，以及含有三 角波發(fā)生器的非線性值的反饋輸出信號(hào)等。而該些非線性元件通過(guò)一階反饋回路加以消 除。然而，上述一階反饋回路僅由單一的第二差分放大器將聲音信號(hào)予以合成后作差 分放大，因此整體的開回路增益相當(dāng)有限。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒上述問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的為提供一種具有二階噪聲濾除電路的D類放大 器，能提高整體開回路增益及提供較佳的噪聲失真信號(hào)比。欲達(dá)上述目的所使用的主要技術(shù)手段令該D類放大器包含有一增益調(diào)整電路、二 階積分器、二比較器、一邏輯電路及一 H型橋式開關(guān)電路；其中該二階積分器包含有一第一差分放大器，包含有一正向輸入端、一反向輸入端、一反向差分輸出端及一 正向差分輸出端，其中該正向輸入端連接至該增益調(diào)整電路，以調(diào)整該第一差分放大器的 增益；二第一 RC電路，分別連接于D類放大器差分輸出端與該第一差分放大器的正向及 反向輸入端之間，構(gòu)成二組第一階積分電路；一第二差分放大器，包含有一正向輸入端、一反向輸入端，其中該正向輸入端連接 至該第一差分放大器的正向差分輸出端，而該反向輸入端則連接至該第一差分放大器的反 向差分輸出端；及二第二 RC電路，分別連接于D類放大器差分輸出端與該第二差分放大器的正向及 反向輸入端之間，構(gòu)成二組第二階積分電路；由上述說(shuō)明可知，本發(fā)明D類放大器的有益效果在于，二差分輸出端分別與第一 及第二差分放大器構(gòu)成二階反饋回路，因此提供更高的高頻衰減值，有效令第一及第二差 分放大器本身的噪聲等非線性元件能更快速衰減，提高整體的噪聲失真噪聲比；再者，本發(fā) 明對(duì)差分輸出端的輸出信號(hào)中所包含失真的成分(Distortion)，以第一及第二差分放大器 分別以予合成后二次差分放大，有效提高整體回路增益，構(gòu)成一高增益系統(tǒng)，而本發(fā)明D類 放大器差分輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)二級(jí)增益處理后可以得更精細(xì)的修正。再者，第二差分放大器產(chǎn)生的誤差信號(hào)(error signal-是合并第一級(jí)放大器的輸 出信號(hào)與反饋信號(hào)(高壓方波)，而此回路中包含一些非線性項(xiàng)(non-linear terms)，包含 放大器頻率限制、放大噪聲、參考電壓噪聲、增益頻乘積限制，以及含三角波生器的非線性
4成分，經(jīng)由負(fù)反饋可將這些非線性元件消除；同理，本發(fā)明也將第一級(jí)差分放大器也納入反 饋系統(tǒng)中以構(gòu)成二階反饋回路，即令整個(gè)D類放大器全線性化，而相對(duì)得到更好的總諧波 失真加噪聲比(THD+N)效能。本發(fā)明次一目的提供一種可大幅降低電磁干擾的D類放大器，意即上述H型橋式 開關(guān)電路包含有二半橋電路，各半橋電路由多個(gè)高側(cè)開關(guān)組及多個(gè)低側(cè)開關(guān)組串接而成， 其中各半橋電路將高側(cè)開關(guān)組與低側(cè)開關(guān)組分成二組子半橋開關(guān)電路，其中第一子半橋開 關(guān)組的高/低側(cè)開關(guān)數(shù)量多于第二子半橋開關(guān)組的高/低側(cè)開關(guān)數(shù)量，令上述邏輯電路輸 出四組脈寬調(diào)變信號(hào)至本發(fā)明的H型橋式開關(guān)電路，其中該邏輯電路的邏輯運(yùn)算式為X-= (Y-)-(Y+) ；X+= (Y+)-(Y-)，該X-及X+為控制二組半橋電路的第一子半橋開關(guān)電路， Y-及Y+為控制二組半橋開關(guān)電路的第二子半橋開關(guān)電路，由此一邏輯運(yùn)算式可知，當(dāng)D類 放大器的差分輸出端無(wú)輸出時(shí)，該邏輯電路輸出至Y-及Y+的脈寬調(diào)變調(diào)寬度比例(Duty Cycle-分別為50%，而X-及X+分別為Y-及Y+的差值，故輸出至X-及X+的脈寬調(diào)變調(diào)寬 度比例(Duty Cycle-分別為0%，故二半橋電路中的第一子半橋開關(guān)電路在D類放大器無(wú) 信號(hào)輸出時(shí)完全不須要切換；而在D類放大器有信號(hào)輸出時(shí)，二組第一子半橋也僅其中一 組有動(dòng)作；因此，能有效降低半橋電路的切換損失及輸出切換回轉(zhuǎn)率(output switch slew rate)，可降低整體D類放大器的EMI值。


圖1為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的電路方塊圖；圖2為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的電路方塊圖；圖3A為圖2在D類放大器無(wú)信號(hào)輸出時(shí)的波形圖；圖3B為圖2在D類放大器有信號(hào)輸出時(shí)的波形圖；圖4為二階及單階反饋回路下的放大聲音信號(hào)的頻域圖；圖5為一種開回路的D類放大器電路方塊圖；圖6為圖5輸出放大聲音信號(hào)的頻域圖；圖7為一種閉回路的D類放大器電路方塊圖；圖8為圖7的波形圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明IOUOa-D類放大器；11_增益調(diào)整電路；20-第一差分放大器；21-第一 RC電路； 22-第二差分放大器；23-第二 RC電路；30-比較器；31-比較器；40、40a_邏輯電路；50、 50a-H型橋式開關(guān)電路；51-半橋電路；511-第一子半橋開關(guān)電路；512-第二子半橋開關(guān) 電路；52-半橋電路；521-第一子半橋開關(guān)電路；522-第二子半橋開關(guān)電路；60-電感性負(fù) 載；70、70a-D類放大器；701-差分放大器；71-增益放大器；711-增益調(diào)整電路；712-第一 差分放大器；72-PWM調(diào)變器；73-內(nèi)部振蕩器；74-H型橋式開關(guān)電路；741-半橋開關(guān)電路； 75-—階積分器；751-第二差分放大器；76-比較器；77-三角波信號(hào)；78-邏輯電路；80-低 通濾波器。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1所示，為本發(fā)明具有二階噪聲濾除電路的D類放大器10 —較佳實(shí)施例的電路方塊圖，其包含有一增益調(diào)整電路11、二階積分器、二比較器30，31、一邏輯電路40 及一 H型橋式開關(guān)電路50，其中該H型橋式開關(guān)電路50包含有二半橋電路51，52，各半橋 電路51，52的控制端分別連接至該邏輯電路的輸出端，而其串接節(jié)點(diǎn)即為D類放大器10的 差分輸出端(D0+，D0-)。其中該二階積分器包含有一第一差分放大器20，包含有一正向輸入端、一反向輸入端、一反向差分輸出端及 一正向差分輸出端，其中該正向輸入端連接至該增益調(diào)整電路11，以調(diào)整該第一差分放大 器20的增益；二第一 RC電路21，分別連接于D類放大器差分輸出端(DO+，D0-)與該第一差分 放大器20的正向及反向輸入端之間，構(gòu)成二組第一階積分電路；一第二差分放大器22，包含有一正向輸入端、一反向輸入端，其中該正向輸入端連 接至該第一差分放大器20的正向差分輸出端，而該反向輸入端則連接至該第一差分放大 器20的反向差分輸出端；及二第二 RC電路23，分別連接于D類放大器差分輸出端(DO+，D0-)與該第二差分 放大器22的正向及反向輸入端之間，構(gòu)成二組第二階積分電路。由上述說(shuō)明可知，本發(fā)明D類放大器10的二差分輸出端(D0+，D0_)分別與第一及 第二差分放大器20，22構(gòu)成二階反饋回路，因此提供更高的高頻衰減值(_40dB)，有效令第 一及第二差分放大器20，22本身的噪聲等非線性元件能更快速衰減，提高整體的噪聲失真 噪聲比；再者，本發(fā)明對(duì)差分輸出端的輸出信號(hào)中所包含失真的成分(Distortion)，以第 一及第二差分放大器20，22分別以予合成后二次差分放大，有效提高整體回路增益，構(gòu)成 一高增益系統(tǒng)，而本發(fā)明D類放大器10差分輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)二級(jí)增益處理后可以得更精細(xì)的 修正。再者，第二差分放大器22產(chǎn)生的誤差信號(hào)(error signal)為合并第一級(jí)放大器20 的輸出信號(hào)與反饋信號(hào)(高壓方波)，而此回路中包含一些非線性項(xiàng)(non-linearterms)， 包含放大器頻率限制、放大噪聲、參考電壓噪聲、增益頻乘積限制，以及含三角波發(fā)生器的 非線性成分，由于第二差分放大器22與第二 RC電路23與二差分輸出端(D0+，D0_)構(gòu)成負(fù) 反饋回路，可將這些非線性元件消除；同理，本發(fā)明也將第一級(jí)差分放大器也納入反饋系統(tǒng) 中以構(gòu)成二階反饋回路，即令整個(gè)D類放大器全線性化，而相對(duì)得到更好的總諧波失真加 噪聲比(THD+N)效能。請(qǐng)參閱圖2所示，為本發(fā)明D類放大器IOa第二較佳實(shí)施例，其與第一較佳實(shí)施例 電路結(jié)構(gòu)大致相同，但是由于各半橋電路51，52由多個(gè)高側(cè)開關(guān)組及多個(gè)低側(cè)開關(guān)組串接 而成，故本實(shí)施例進(jìn)一步令各半橋電路的高側(cè)開關(guān)組與低側(cè)開關(guān)組分成二組子半橋電路， 即包含有一第一子半橋開關(guān)電路511，521及第二子半橋開關(guān)電路512，522，其中該第一子 半橋開關(guān)電路511，521的高/低側(cè)開關(guān)數(shù)量多于第二子半橋開關(guān)電路512，522的高/低側(cè) 開關(guān)數(shù)量(約3-5倍)。請(qǐng)配合本實(shí)施例H型橋式開關(guān)電路設(shè)計(jì)，本發(fā)明的邏輯電路40a包含有四組脈寬 調(diào)變信號(hào)輸出端X+，Y-, γ+，X-，以分別連接至該二半橋電路51，52的第一子半橋開關(guān)電 路511，521及第二子半橋開關(guān)電路512，522。其中該邏輯電路40a的邏輯運(yùn)算式為X-= (Y-)-(Y+) ；X+= (Υ+)-(Υ_)，該X-及X+為控制二組半橋電路51，52的第一子半橋開關(guān)電 路511，512，Y-及Y+為控制第二子半橋開關(guān)電路521，522。請(qǐng)配合參閱圖3Α所示，當(dāng)D類放大器IOa的差分輸出端(DO+，D0-)無(wú)輸出時(shí)，該邏輯電路40a輸出至Y-及Y+的脈寬調(diào)變調(diào)寬度比例(Duty Cycle)分別為50%，依據(jù)上述 邏輯運(yùn)算式，該χ-及X+分別為Y-及Y+的差值，故輸出至χ-及X+的脈寬調(diào)變調(diào)寬度比例 (Duty Cycle)分別為0%，故二半橋電路51，52中的第一子半橋開關(guān)電路511，521在D類 放大器IOa無(wú)信號(hào)輸出時(shí)完全不須要切換。再請(qǐng)參閱圖3B所示，當(dāng)在D類放大器IOa有信 號(hào)輸出時(shí)，二組第一子半橋511，521也僅其中一組有動(dòng)作；因此，能有效降低半橋電路的切 換損失及輸出切換回轉(zhuǎn)率(output switch slew rate)，可降低整體D類放大器IOa的EMI 值。 以上對(duì)本發(fā)明的描述是說(shuō)明性的，而非限制性的，本專業(yè)技術(shù)人員理解，在權(quán)利要 求限定的精神與范圍之內(nèi)可對(duì)其進(jìn)行許多修改、變化或等效，但是它們都將落入本發(fā)明的 保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種具有二階噪聲濾除電路的D類放大器，包含有一增益調(diào)整電路、二階積分器、二比較器、一邏輯電路及一H型橋式開關(guān)電路，其中該H型橋式開關(guān)電路包含有二半橋電路，各半橋電路的控制端分別連接至該邏輯電路的輸出端，而其串接節(jié)點(diǎn)即為D類放大器的差分輸出端；其特征在于，該二階積分器包含有一第一差分放大器，包含有一正向輸入端、一反向輸入端、一反向差分輸出端及一正向差分輸出端，其中該正向輸入端連接至該增益調(diào)整電路，以調(diào)整該第一差分放大器的增益；二第一RC電路，分別連接于D類放大器差分輸出端與該第一差分放大器的正向及反向輸入端之間，構(gòu)成二組第一階積分電路；一第二差分放大器，包含有一正向輸入端、一反向輸入端，其中該正向輸入端連接至該第一差分放大器的正向差分輸出端，而該反向輸入端則連接至該第一差分放大器的反向差分輸出端；及二第二RC電路，分別連接于D類放大器差分輸出端與該第二差分放大器的正向及反向輸入端之間，構(gòu)成二組第二階積分電路。
2.如權(quán)利要求1所述的具有二階噪聲濾除電路的D類放大器，其特征在于，所述各半橋 電路由多個(gè)高側(cè)開關(guān)組及多個(gè)低側(cè)開關(guān)組串接而成，所述各半橋電路進(jìn)一步將所述高側(cè)開 關(guān)組與所述低側(cè)開關(guān)組分成第一子半橋開關(guān)組及第二子半橋開關(guān)組，該第一子半橋開關(guān)組 的高/低側(cè)開關(guān)數(shù)量多于第二子半橋開關(guān)組的高/低側(cè)開關(guān)數(shù)量；該邏輯電路包含有四組脈寬調(diào)變信號(hào)輸出端，以分別連接至該二半橋電路的第一子半 橋開關(guān)電路及第二子半橋開關(guān)電路，其中該邏輯電路的邏輯運(yùn)算式為χ- = (Υ-)-(Y+) ；X+ =(Υ+)-(Υ-)，該X-及X+為控制所述二組半橋電路的第一子半橋開關(guān)電路，Y-及Y+為控 制所述二組半橋電路的第二子半橋開關(guān)電路。
3.如權(quán)利要求2所述的具有二階噪聲濾除電路的D類放大器，其特征在于，該第一子半 橋開關(guān)組的高/低側(cè)開關(guān)數(shù)量為第二子半橋開關(guān)組的高/低側(cè)開關(guān)數(shù)量的3至5倍。
全文摘要
本發(fā)明關(guān)于一種具有二階噪聲濾除電路的D類放大器，令二差分輸出端分別與第一及第二差分放大器構(gòu)成二階反饋回路，因此提供更高的高頻衰減值，有效令第一及第二差分放大器本身的噪聲等非線性元件能更快速衰減，提高整體的噪聲失真噪聲比；再者，本發(fā)明對(duì)差分輸出端的輸出信號(hào)中所包含失真的成分(Distortion)，以第一及第二差分放大器分別以予合成后二次差分放大，有效提高整體回路增益，構(gòu)成一高增益系統(tǒng)，而本發(fā)明D類放大器差分輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)二級(jí)增益處理后可以得更精細(xì)的修正。
文檔編號(hào)H03F1/26GK101931372SQ20091015071
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日
發(fā)明者趙堯主 申請(qǐng)人:德信科技股份有限公司