專(zhuān)利名稱(chēng)：D類(lèi)放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于音頻裝置等的功率放大器的D類(lèi)放大器。
背景技術(shù)：
D類(lèi)放大器是一種用于生成具有響應(yīng)于輸入信號(hào)解調(diào)的脈沖寬度或者脈沖時(shí)間密 度的脈沖序列(train)并且根據(jù)該脈沖序列驅(qū)動(dòng)負(fù)載的放大器。D類(lèi)放大器常常用作用于 驅(qū)動(dòng)音頻裝置等中的擴(kuò)音器的功率放大器。專(zhuān)利文獻(xiàn)1至3每個(gè)均公開(kāi)了一種D類(lèi)放大器， 其包括誤差積分器，用于對(duì)輸入信號(hào)和從D類(lèi)放大器輸出的反饋信號(hào)的差進(jìn)行積分；和脈 沖寬度調(diào)制電路，用于生成具有與從誤差積分器輸出的積分值信號(hào)的電平相對(duì)應(yīng)的脈沖寬 度的脈沖。D類(lèi)放大器基于脈沖寬度調(diào)制電路的輸出脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。[專(zhuān)利文獻(xiàn) l]JP-A-2007-124624[專(zhuān)利文獻(xiàn) 2] JP-A-2007-124625[專(zhuān)利文獻(xiàn) 3] JP-A-2006-262104順便提及，D類(lèi)放大器可能需要具有功率限制控制功能，該功率限制控制功能依賴(lài) 于D類(lèi)放大器的預(yù)期目的而將輸出功率限制在用于作為負(fù)載的擴(kuò)音器的音量控制等的預(yù) 定所期望范圍內(nèi)。在相關(guān)D類(lèi)放大器中，在輸入信號(hào)到誤差積分器的輸入路徑中提供箝位 電路，用于對(duì)輸入信號(hào)箝位，使得輸入到誤差積分器的輸入信號(hào)不超過(guò)所期望的電平，由此 實(shí)現(xiàn)功率限制控制功能。然而，在這樣的配置中，輸入到誤差積分器的輸入信號(hào)被箝位電路 箝位，并且因此存在D類(lèi)放大器的輸出信號(hào)中出現(xiàn)大的波形失真的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述情況，本發(fā)明的目的在于提供一種D類(lèi)放大器，其能夠在不引起輸出 信號(hào)波形中出現(xiàn)大的失真的情況下將輸出功率限制在所期望的上限值內(nèi)。本發(fā)明提供了一種D類(lèi)放大器，包括誤差積分器，對(duì)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)之間的差進(jìn)行積分以輸出積分值信號(hào)；脈沖寬度調(diào)制電路，輸出具有與積分值信號(hào)的電平相對(duì)應(yīng)的脈沖寬度的數(shù)字信 號(hào)；輸出緩沖器，基于數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)負(fù)載；反饋部，將輸出緩沖器的輸出信號(hào)作為反饋信號(hào)饋送到誤差積分器；箝位部，執(zhí)行將積分值信號(hào)的電平限制在指定電平范圍內(nèi)的箝位；衰減部，響應(yīng)于衰減指令對(duì)待輸入到誤差積分器的輸入信號(hào)的電平進(jìn)行衰減；和衰減控制部，響應(yīng)于箝位部執(zhí)行的箝位向衰減部輸出衰減指令。根據(jù)本發(fā)明，箝位部將積分值信號(hào)的電平限制在箝位電平范圍內(nèi)，使得D類(lèi)放大 器的輸出信號(hào)的脈沖寬度調(diào)制程度的最大值能夠被設(shè)定為與箝位電平相對(duì)應(yīng)的值并且D 類(lèi)放大器的輸出功率能夠被限制在與箝位電平相對(duì)應(yīng)的上限值內(nèi)。衰減部響應(yīng)于由箝位部 執(zhí)行的箝位對(duì)待輸入到誤差積分器的輸入信號(hào)進(jìn)行衰減。因此，能夠防止在D類(lèi)放大器的輸出信號(hào)中出現(xiàn)大的波形失真。


通過(guò)參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更 加明顯，在附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的D類(lèi)放大器的配置的電路圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的三角波信號(hào)的波形的示圖；
圖3A和3B是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的脈沖寬度調(diào)制電路的組件的信號(hào)波形的 示圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的衰減控制部的組件的信號(hào)波形的示圖；以及圖5A和5B是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的D類(lèi)放大器的組件的信號(hào)波形的示圖。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖討論
具體實(shí)施例方式圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的D類(lèi)放大器的配置的電路圖。D類(lèi)放大器 是這樣的電路，該電路用于生成數(shù)字信號(hào)VOp和Von，該數(shù)字信號(hào)VOp和Von具有響應(yīng)于輸 入到輸入端子IOlp和IOln的具有正和負(fù)兩個(gè)相位的輸入模擬信號(hào)VIp和VIn的電平而被 脈沖寬度調(diào)制的正和負(fù)兩個(gè)相位，并且該電路用于從輸出端子102p和102η輸出數(shù)字信號(hào) VOp和VOn。濾波器和諸如擴(kuò)音器線(xiàn)圈等的負(fù)載200被布置在輸出端子102p和102η之間。 電阻器Rll、R12、R13、R14和R15被串聯(lián)布置在輸入端子IOlp和輸出端子102η之間。電 阻器R21、R22、R23、R24和R25被串聯(lián)布置在輸入端子IOln和輸出端子102ρ之間。電阻 器的電阻值滿(mǎn)足如下關(guān)系R11 = R21, R12 = R22, R13 = R23, R14 = R24，和 R15 = R25。正相輸入模擬信號(hào)VIp通過(guò)電阻器Rl 1、R12和R13被輸入到誤差積分器110 (差 錯(cuò)積分器110)的正相輸入端子lllp，并且負(fù)相輸入模擬信號(hào)VIn通過(guò)電阻器R21、R22和 R23被輸入到誤差積分器110的負(fù)相輸入端子llln。負(fù)相數(shù)字信號(hào)VOn通過(guò)電阻器R15和 14被反饋到誤差積分器110的正相輸入端子Illp中，并且正相數(shù)字信號(hào)VOp通過(guò)電阻器 R25和24被反饋到誤差積分器110的負(fù)相輸入端子Illn中。誤差積分器110對(duì)輸入模擬 信號(hào)VIp和VIn以及數(shù)字信號(hào)VOp和VOn的差進(jìn)行積分并且分別從正相輸出端子112p和 負(fù)相輸出端子112η輸出指示積分結(jié)果的具有正和負(fù)兩個(gè)相位的積分值信號(hào)VDp和VDn。在輸入模擬信號(hào)VIp和VIn到誤差積分器110的輸入路徑中，電容器ClO被布置 在電阻器R12和R13的公共連接點(diǎn)與電阻器R22和R23的公共連接點(diǎn)之間。提供有電容器 ClO的輸入路徑起到低通濾波器的作用，用于在輸入模擬信號(hào)VIp和Vin被輸入到誤差積分 器110的過(guò)程中從輸入信號(hào)中移除高頻噪聲。在輸入模擬信號(hào)VIp和VIn到誤差積分器110的輸入路徑中，衰減器160被布置在 電阻器Rll和R12的公共連接點(diǎn)與電阻器R21和R22的公共連接點(diǎn)之間。衰減器160對(duì)到 誤差積分器110的輸入信號(hào)的電平進(jìn)行衰減。該實(shí)施例中的衰減器160是通過(guò)MOSFET(金 屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)等配置的開(kāi)關(guān)。當(dāng)衰減指令脈沖SW被輸入到衰減器160 時(shí)衰減器160被接通，并且對(duì)輸入模擬信號(hào)間歇地進(jìn)行衰減。后面描述用于生成衰減指令 脈沖SW的控制部分。
各種類(lèi)型的誤差積分器能夠被應(yīng)用為誤差積分器10。在圖中示出的示例中，使用 了包括二級(jí)誤差積分器110，該二級(jí)誤差積分器110差動(dòng)放大器113、四個(gè)電容器Cl至C4 和兩個(gè)電阻器Rl和R2。這里，差動(dòng)放大器113的正相輸入端子(+輸入端子)和負(fù)相輸入 端子(_輸入端子)用作誤差積分器110的正相輸入端子Illp和負(fù)相輸入端子111η，并且 差動(dòng)放大器113的正相輸出端子(+輸出端子)和負(fù)相輸出端子(_輸出端子)用作誤差積 分器110的正相輸出端子112ρ和負(fù)相輸出端子112η。用于對(duì)差(誤差)進(jìn)行積分的電容 器Cl和C2被串聯(lián)插入在差動(dòng)放大器113的正相輸入端子和負(fù)相輸出端子之間，并且電容 器Cl和C2的公共連接點(diǎn)通過(guò)電阻器Rl接地。用于對(duì)差進(jìn)行積分的電容器C3和C4也被 串聯(lián)插入在差動(dòng)放大器113的負(fù)相輸入端子和正相輸出端子之間，并且電容器C3和C4的 公共連接點(diǎn)通過(guò)電阻器R2接地。箝位電路120對(duì)積分值信號(hào)VDp和VDn進(jìn)行箝位，使得誤差積分器110輸出的積 分值信號(hào)VDp和VDn的每一個(gè)不超過(guò)預(yù)設(shè)上限箝位電平UL或者下降至低于預(yù)設(shè)下限箝位 電平LL。箝位電平設(shè)定電路121例如響應(yīng)于通過(guò)容納有D類(lèi)放大器的機(jī)殼中提供的操作單 元(未示出)的操作而生成的外部設(shè)定信號(hào)或者從D類(lèi)放大器的外部裝置提供的外部設(shè)定 信號(hào)，來(lái)設(shè)定箝位電路120的上限箝位電平UL和下限箝位電平LL。脈沖寬度調(diào)制電路130生成兩個(gè)相位的脈沖VOp'和VOn'，該脈沖VOp'和 VOn'具有與從誤差積分器110通過(guò)箝位電路120提供的積分值信號(hào)VDp和VDn的電平相 對(duì)應(yīng)的脈沖寬度。更詳細(xì)地，當(dāng)VDp > VDn時(shí)，脈沖寬度調(diào)制電路130輸出具有與電平差 VDp-VDn相對(duì)應(yīng)的脈沖寬度的負(fù)脈沖VOp'。而且，當(dāng)VDn > VDp時(shí)，脈沖寬度調(diào)制電路130 輸出具有與電平差VDn-VDp相對(duì)應(yīng)的脈沖寬度的負(fù)脈沖VOn'。后面描述脈沖寬度調(diào)制電 路130的詳細(xì)配置示例。預(yù)驅(qū)動(dòng)器140是用于將脈沖寬度調(diào)制電路130輸出的脈沖VOp'和VOn'傳送到 輸出緩沖器150的電路，輸出緩沖器150例如是非反相緩沖器。輸出緩沖器150具有反相 器151和反相器152。如圖1中所示，反相器151和152每一個(gè)是已知的反相器，并且具有 串聯(lián)插入在電源+VB和地之間的ρ溝道MOSFET和η溝道MOSFET。反相器151將從脈沖寬 度調(diào)制電路130通過(guò)預(yù)驅(qū)動(dòng)器140提供的脈沖VOn'的電平反轉(zhuǎn)并且從輸出端子102η輸出 該信號(hào)作為數(shù)字信號(hào)VOn。反相器152將從脈沖寬度調(diào)制電路130通過(guò)預(yù)驅(qū)動(dòng)器140提供 的脈沖VOp'的電平反轉(zhuǎn)并且從輸出端子102p輸出該信號(hào)作為數(shù)字信號(hào)VOp。在數(shù)字信號(hào)VOp和VOn從輸出緩沖器150到誤差積分器110的反饋路徑中，電容器C20布置在電阻器R15和14的公共連接點(diǎn)與電阻器R25和24的公共連接點(diǎn)之間。其中 插入有電容器C20的反饋路徑起到低通濾波器的作用，用于在數(shù)字信號(hào)VOp和VOn被反饋 到誤差積分器110中時(shí)從反饋信號(hào)中移除高頻噪聲。圖1中各參考標(biāo)記的含義如下110:誤差積分器120:箝位電路121 箝位電平設(shè)定電路130:脈沖寬度調(diào)制電路131 三角波發(fā)生器140 預(yù)驅(qū)動(dòng)器
150 輸出緩沖器160:衰減器200 濾波器和負(fù)載300 衰減控制部310 失真檢測(cè)部320 衰減指令發(fā)生部A 外部設(shè)定信號(hào)接下來(lái)，將討論脈沖寬度調(diào)制電路130的配置示例。在圖1中示出的示例中，脈沖 寬度調(diào)制電路130包括三角波發(fā)生器131、比較器132和133、反相器134和135以及NAND 門(mén)(與非門(mén))136和137。圖2是示出三角波發(fā)生器131生成的三角波信號(hào)TRp和TRn(周 期性信號(hào))的波形的示圖。圖3A和3B是示出脈沖寬度調(diào)制電路130的組件的信號(hào)波形的 示圖。圖3A示出了當(dāng)VDp > VDn時(shí)的信號(hào)波形并且圖3B示出了當(dāng)VDn > VDp時(shí)的信號(hào)波 形。如圖2所示，三角波發(fā)生器131生成具有給定周期的三角波信號(hào)TRp，該三角波信 號(hào)TRp以給定梯度從電壓OV上升到預(yù)定電壓+VP以及以給定梯度從電壓+VP下降到電壓 0V,并且還生成具有與三角波信號(hào)TRp相反極性的三角波信號(hào)TRn。電壓+VP與電源電壓 +VB可以相同或不同。如圖3A和3B中示出的，比較器132在三角波信號(hào)TRp和積分值信號(hào)VDn之間進(jìn) 行比較。在三角波信號(hào)TRp超過(guò)積分值信號(hào)VDn時(shí)比較器132輸出具有低電平的信號(hào)VEn， 并且在除三角波信號(hào)TRp超過(guò)積分值信號(hào)VDn的上述周期以外的周期中比較器132輸出具 有高電平的信號(hào)VEn。比較器133在三角波信號(hào)TRp和積分值信號(hào)VDp之間進(jìn)行比較。在 三角波信號(hào)TRp超過(guò)積分值信號(hào)VDp時(shí)比較器133輸出具有低電平的信號(hào)VEp，并且在除三 角波信號(hào)TRp超過(guò)積分值信號(hào)VDp的上述周期以外的周期中比較器133輸出具有高電平的 信號(hào)VEp。反相器134將信號(hào)VEp的電平反轉(zhuǎn)并且輸出所反轉(zhuǎn)的信號(hào)。反相器135將信號(hào) VEn的電平反轉(zhuǎn)并且輸出所反轉(zhuǎn)的信號(hào)。NAND門(mén)136對(duì)信號(hào)VEn和反相器134的輸出信號(hào)執(zhí)行邏輯積運(yùn)算，由此輸出上文 提及的脈沖VOn'。這里，當(dāng)三角波信號(hào)TRp未超過(guò)積分值信號(hào)VDn時(shí)信號(hào)VEn變?yōu)楦唠?平，并且當(dāng)三角波信號(hào)TRp超過(guò)積分值信號(hào)VDp時(shí)反相器134的輸出信號(hào)變?yōu)楦唠娖?。?此，如圖3B所示，僅在當(dāng)VDn > VDp時(shí)三角波信號(hào)TRp的信號(hào)值存在于VDn和VDp之間時(shí)， NAND門(mén)136輸出具有低電平的負(fù)脈沖VOn'。S卩，當(dāng)VDn > VDp時(shí)，NAND門(mén)136輸出具有 與電平差VDn-VDp成比例的脈沖寬度的脈沖VOn ‘。NAND門(mén)137對(duì)信號(hào)VEp和反相器135的輸出信號(hào)執(zhí)行邏輯積運(yùn)算，由此輸出上文提及的脈沖VOp'。這里，當(dāng)三角波信號(hào)TRp未超過(guò)積分值信號(hào)VDp時(shí)信號(hào)VEp變?yōu)楦唠?平，并且當(dāng)三角波信號(hào)TRp超過(guò)積分值信號(hào)VDn時(shí)反相器135的輸出信號(hào)變?yōu)楦唠娖?。?此，如圖3A所示，僅在當(dāng)VDp > VDn時(shí)三角波信號(hào)TRp的信號(hào)值存在于VDn和VDp之間時(shí)， NAND門(mén)137輸出具有低電平的負(fù)脈沖VOp'。S卩，當(dāng)VDp > VDn時(shí)，NAND門(mén)137輸出具有 與電平差VDp-VDn成比例的脈沖寬度的脈沖VOp ‘。已詳細(xì)描述了脈沖寬度調(diào)制電路130。接下來(lái)，將討論衰減控制部300。衰減控制部300響應(yīng)于箝位電路120對(duì)積分值信號(hào)VDp和VDn的箝位而生成衰減指令脈沖SW并且將該脈沖提供給衰減器160，并且對(duì)到誤 差積分器110的輸入信號(hào)衰減執(zhí)行控制。圖4是示出衰減控制部300的組件的信號(hào)波形的 示圖。
衰減控制部300包括失真檢測(cè)部310和衰減指令發(fā)生部320。失真檢測(cè)部310基 于誤差積分器110的正相輸入端子Illp的輸入電平Vl和負(fù)相輸入端子Illn的輸入電平 V2，檢測(cè)在箝位電路120對(duì)積分值信號(hào)VDp或VDn進(jìn)行箝位時(shí)從D類(lèi)放大器到濾波器和負(fù) 載200的輸出波形(下文中將被稱(chēng)為負(fù)載驅(qū)動(dòng)波形)中是否出現(xiàn)給定量的失真。由失真檢 測(cè)部310進(jìn)行的失真檢測(cè)原理如下在箝位電路120沒(méi)有對(duì)積分值信號(hào)VDp和VDn執(zhí)行箝位的狀態(tài)下，具有與到誤差 積分器110的輸入信號(hào)相匹配的電平的反饋信號(hào)從輸出端子102η和102ρ反饋到誤差積分 器110的輸入。因此，誤差積分器110在它將正相輸入端子Illp的輸入電平Vl和負(fù)相輸入 端子Illn的輸入電平V2保持在相同電壓的狀態(tài)下操作。更詳細(xì)地，當(dāng)輸入信號(hào)VIp和VIn 處于誤差積分器110操作點(diǎn)的基準(zhǔn)電平VREF處時(shí)，誤差積分器110的正相輸入端子Illp 的輸入電平Vl由下述公式⑴確定Vl = {(R14+R15) / (R11+R12+R13+R14+R15)} VREF......公式(1)公式(1)中的輸入電平Vl是通過(guò)利用電阻器R11、R12和R13以及電阻器R14和 R15對(duì)電壓VIp( = VREF)和接地狀態(tài)下的電壓V0n( = 0V)之間的差電壓(=VREF)進(jìn)行 分壓而提供的。同樣地，誤差積分器110的負(fù)相輸入端子Illn的輸入電平V2由下述公式(2)確 定V2 = {(R24+R25)/(R21+R22+R23+R24+R25)}VREF= {(R14+R15)/(R11+R12+R13+R14+R15) }VREF = Vl......公式(2)輸入電平V2是通過(guò)利用電阻器R21、R22和R23以及電阻器R24和R25對(duì)電壓 VIn ( = VREF)和接地狀態(tài)下的電壓VOp ( = 0V)之間的差電壓(=VREF)進(jìn)行分壓而提供 的。如圖4中所示，在輸入信號(hào)VIp和VIn振動(dòng)以便于變?yōu)橐曰鶞?zhǔn)電平VREF為中心的 相互相反的相位并且輸入信號(hào)VIp和VIn的幅度是小的并且沒(méi)有執(zhí)行積分值信號(hào)VDp和 VDn的箝位的狀態(tài)下，誤差積分器110的輸入電平Vl和V2在保持相互相同的電平的同時(shí)， 從由上述公式(1)和公式(2)所確定的輸入電平Vl和V2振動(dòng)了響應(yīng)于高電勢(shì)方向中輸入 信號(hào)VIp和VIn幅度的電壓。然而，當(dāng)箝位電路120對(duì)積分值信號(hào)VDp或VDn進(jìn)行箝位時(shí)，具有與到誤差積分器 110的輸入信號(hào)相匹配電平的反饋信號(hào)不被反饋到誤差積分器110的輸入中，并且輸入電 平的電平變得相對(duì)于反饋信號(hào)過(guò)大。因此，如圖4中所示，每當(dāng)箝位電路120進(jìn)行箝位時(shí)， 在輸入電平Vl和V2之間出現(xiàn)了響應(yīng)于通過(guò)箝位生成的負(fù)載驅(qū)動(dòng)波形失真量的電平差。如果輸入電平Vl和V2之間的電平差超過(guò)給定的閾值，則失真檢測(cè)部310輸出失 真檢測(cè)信號(hào)Cdet，該失真檢測(cè)信號(hào)Cdet指示由于箝位電路120的箝位而在負(fù)載驅(qū)動(dòng)波形中 出現(xiàn)給定量的失真。在該實(shí)施例中，失真檢測(cè)部310包括比較器311和312以及0R(或)門(mén)313。這 里，比較器311和312具有與正相輸入端子和負(fù)相輸入端子之間的閾值相對(duì)應(yīng)的偏移電壓Vofs。電壓Vl被提供給比較器311的正相輸入端子，并且電壓V2被提供給負(fù)相輸入端子。當(dāng)正相輸入端子的電壓Vl比負(fù)相輸入端子的電壓V2高了偏移電壓Vofs或更多時(shí)，比較器 311輸出高信號(hào)。電壓V2被提供給比較器312的正相輸入端子，并且電壓Vl被提供給負(fù)相 輸入端子。當(dāng)正相輸入端子的電壓V2比負(fù)相輸入端子的電壓Vl高了偏移電壓Vofs或更 多時(shí)，比較器312輸出高信號(hào)。如圖4中所示，當(dāng)比較器311的輸出信號(hào)或者比較器312的 輸出信號(hào)是高的時(shí)候，即，當(dāng)箝位電路120對(duì)積分值信號(hào)VDp或VDn進(jìn)行箝位時(shí)，在負(fù)載驅(qū) 動(dòng)波形中出現(xiàn)給定量的失真，并且|V1-V2|超過(guò)偏移電壓Vofs，OR門(mén)313將失真檢測(cè)信號(hào) Cdet設(shè)定為高(有效電平)。衰減指令發(fā)生部320包括恒流源321、開(kāi)關(guān)322、和串聯(lián)插入在電源+VB和地之間 的電容器C30、與電容器C30并聯(lián)連接的電阻器R30、比較器323和324和低有效OR門(mén)325。 失真檢測(cè)信號(hào)Cdet被輸入到開(kāi)關(guān)322。當(dāng)失真檢測(cè)信號(hào)Cdet變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，開(kāi)關(guān)322被 接通，并且通過(guò)恒流源321的輸出電流對(duì)電容器C30充電。電阻器R30使電容器C30的電 荷放電。當(dāng)三角波信號(hào)TRp被輸入到正相輸入端子并且電容器C30的電壓VCl被提供給負(fù) 相輸入端子并且三角波信號(hào)TRp下降至低于電容器C30的電壓VCl時(shí)，比較器323向低有 效OR門(mén)325輸出低信號(hào)。當(dāng)三角波信號(hào)TRn被輸入到正相輸入端子并且電容器C30的電 壓VCl被提供給負(fù)相輸入端子并且三角波信號(hào)TRn下降至低于電容器C30的電壓VCl時(shí)， 比較器324向低有效OR門(mén)325輸出低信號(hào)。因此，如圖4中所示，在三角波信號(hào)TRp下降 至低于電容器C30的電壓VCl的時(shí)間周期和其間三角波信號(hào)TRn下降至低于電容器C30的 電壓VCl的時(shí)間周期的每一個(gè)中，低有效OR門(mén)325生成具有高電平的衰減指令脈沖并且將 該衰減指令脈沖SW提供給衰減器160，用于接通具有開(kāi)關(guān)的衰減器160。已詳細(xì)描述了根據(jù)該實(shí)施例的D類(lèi)放大器的配置。接下來(lái)，該實(shí)施例的操作如下圖5A和5B是示出D類(lèi)放大器的組件的信號(hào)波形的 示圖。如上文所述，誤差積分器110對(duì)輸入模擬信號(hào)和輸出數(shù)字信號(hào)的差進(jìn)行積分。因此， 如果箝位電路120沒(méi)有對(duì)積分值信號(hào)VDp和VDn進(jìn)行箝位，則由誤差積分器110提供的積 分值信號(hào)VDp和VDn變?yōu)榫哂屑y波的波形，該紋波與疊加在輸入模擬信號(hào)VIp和VIn的波 形上的輸出數(shù)字信號(hào)相對(duì)應(yīng)。在圖5A中示出的示例中，由于輸入模擬信號(hào)VIp和VIn的電平是低的，因此積分 值信號(hào)VDp和VDn存在于下限箝位電平LL和上限箝位電平UL之間的范圍中，并且沒(méi)有執(zhí) 行箝位電路120對(duì)積分值信號(hào)VDp和VDn的箝位。脈沖寬度調(diào)制電路130比較積分值信 號(hào)VDp和VDn和三角波信號(hào)TRp。當(dāng)VDp > VDn時(shí)，脈沖寬度調(diào)制電路130輸出具有響應(yīng) 于VDp-VDn的脈沖寬度的正脈沖作為數(shù)字信號(hào)VOp并且將數(shù)字信號(hào)VOn連續(xù)設(shè)定為低。當(dāng) VDn > VDp時(shí)，脈沖寬度調(diào)制電路130生成具有響應(yīng)于VDn-VDp的脈沖寬度的正脈沖作為數(shù) 字信號(hào)VOp并且將數(shù)字信號(hào)VOn連續(xù)設(shè)定為低。在沒(méi)有執(zhí)行箝位電路120對(duì)積分值信號(hào)VDp和VDn的箝位的狀態(tài)下，提供具有響 應(yīng)于輸入模擬信號(hào)VIp和VIn的電平的脈沖寬度的數(shù)字信號(hào)VOp和VOn。因此，輸入信號(hào) 和反饋信號(hào)在誤差積分器110中被平衡，并且誤差積分器110將正相輸入端子的電平Vl和 負(fù)相輸入端子的電平V2保持在相同的電平并且進(jìn)行操作。在該狀態(tài)下，在失真檢測(cè)部310 中失真檢測(cè)信號(hào)Cdet變?yōu)榈碗娖?，并且在衰減指令發(fā)生部320中電容器C30的電壓VCl變 為0V，并且因此沒(méi)有生成衰減指令脈沖SW。因此，跨衰減器160呈現(xiàn)的模擬信號(hào)VIp'和VIn'的波形變?yōu)橥ㄟ^(guò)將輸入模擬信號(hào)VIp和VIn乘以預(yù)定系數(shù)而提供的相似波形。然而，如圖5B中說(shuō)明的，當(dāng)輸入模擬信號(hào)VIp和VIn的電平變?yōu)楦邥r(shí)，誤差積分器 110輸出的積分值信號(hào)VDp和VDn迅速達(dá)到箝位電平LL和UL，并且箝位電路120對(duì)積分值 信號(hào)VDp和VDn進(jìn)行箝位。當(dāng)箝位電路120對(duì)積分值信號(hào)VDp和VDn進(jìn)行箝位時(shí)，在誤差 積分器110中，輸入信號(hào)變?yōu)橄鄬?duì)于反饋信號(hào)過(guò)大，并且出現(xiàn)正相輸入端子的電平Vl和負(fù) 相輸入端子的電平V2之間的電平差。每當(dāng)箝位電路120進(jìn)行箝位并且電平差|V1-V2|超 過(guò)偏移電壓Vofs時(shí)，在失真檢測(cè)部310中失真檢測(cè)信號(hào)Cdet變?yōu)楦唠娖?，并且在衰減指令 發(fā)生部320中電容器C30的電壓VCl上升并且因此衰減指令脈沖SW被生成為與三角波信 號(hào)TRp和TRn的每個(gè)峰值點(diǎn)同步。因此，在衰減指令脈沖SW是低電平時(shí)，跨衰減器160的 模擬信號(hào)VIp'和VIn'變?yōu)榕c原始輸入模擬信號(hào)VIp和Vin相對(duì)應(yīng)的信號(hào)值，并且在衰減 指令脈沖SW是高電平時(shí)，模擬信號(hào)VIp'和VIn'變?yōu)?V。因此，隨著在給定的時(shí)間間隔中 對(duì)模擬信號(hào)VIp'和VIn'進(jìn)行間隙剔除(thinned out)，模擬信號(hào)VIp‘和VIn'變?yōu)槿?圖中示出的波形。因此，基本上輸入到誤差積分器110的模擬信號(hào)被衰減，并且積分值信號(hào) VDp和VDn被減小以便于提供給定的失真量。更詳細(xì)地，在輸入模擬信號(hào)VIp和VIn的幅度變大并且執(zhí)行箝位操作以便于將積 分值信號(hào)VDp和VDn的幅度限制在從下限箝位電平LL到上限箝位電平UL的范圍內(nèi)的情形 中，隨著輸入模擬信號(hào)VlP和VIn的幅度變得更大，使得衰減指令脈沖SW的脈沖寬度是大 的，間隙剔除率增加，并且整體D類(lèi)放大器的增益下降；這意味著執(zhí)行負(fù)反饋控制。這樣的 負(fù)反饋控制發(fā)揮作用，使得整體D類(lèi)放大器的增益被調(diào)節(jié)至最佳值，使得輸出數(shù)字信號(hào)VOp 和VOn的脈沖寬度調(diào)制程度落于一個(gè)上限值內(nèi)。輸出數(shù)字信號(hào)VOp和VOn的脈沖寬度調(diào)制 程度的上限值取決于下限箝位電平LL和上限箝位電平UL。該上限值取決于上限和下限箝 位電平的原因如下。在根據(jù)該實(shí)施例的D類(lèi)放大器中，響應(yīng)于誤差積分器110輸出的積分 值信號(hào)VDp和VDn的電平，確定輸出數(shù)字信號(hào)VOp和VOn的脈沖寬度調(diào)制程度。另一方面， 當(dāng)積分值信號(hào)VDp和VDn超過(guò)從下限箝位電平LL到上限箝位電平UL的范圍時(shí)，積分值信 號(hào)VDp和VDn被箝位，生成用于間隙剔除的衰減指令脈沖SW，并且抑制積分值信號(hào)VDp和 VDn的電平的增加以及與之伴隨的脈沖寬度調(diào)制程度的增加。根據(jù)電容器C30的電容值和電阻器R30的電阻值可以調(diào)節(jié)該實(shí)施例中的衰減指令 脈沖SW的響應(yīng)于箝位操作的響應(yīng)特性。在有必要針對(duì)箝位操作的出現(xiàn)而在短時(shí)間中生成 衰減指令脈沖SW時(shí)，電容器C30的電容值可以減小。在取消箝位狀態(tài)之后，在有必要延長(zhǎng) 時(shí)間直至衰減指令脈沖SW停止時(shí)，電阻器R30的電阻值可以增加。通過(guò)操作操作單元可以 調(diào)節(jié)電容器C30的電容值和電阻器R30的電阻值。如上文所述，根據(jù)該實(shí)施例，當(dāng)誤差積分器110輸出的積分值信號(hào)VDp和VDn超過(guò) 下限箝位電平LL至上限箝位電平UL的范圍時(shí)，對(duì)積分值信號(hào)VDp和VDn進(jìn)行箝位，并且然 后響應(yīng)于所述箝位，執(zhí)行在時(shí)間軸上間歇地對(duì)輸入到誤差積分器110的模擬信號(hào)進(jìn)行間隙 剔除的操作，并且D類(lèi)放大器的增益下降。在該情況中，間歇地對(duì)輸入到誤差積分器110的 模擬信號(hào)進(jìn)行間隙剔除，D類(lèi)放大器的輸出數(shù)字信號(hào)VOp和VOn的最大脈沖寬度調(diào)制程度 能夠被設(shè)定為任何所期望的值，并且輸出功率能夠被限制在任何所期望的范圍內(nèi)。該實(shí)施例具有如下優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)積分值信號(hào)VDp和VDn進(jìn)行箝位，限制了最大脈沖 寬度調(diào)制程度，使得能夠以良好的準(zhǔn)確性限制最大脈沖寬度調(diào)制程度。為了限制最大脈沖寬度調(diào)制程度，考慮對(duì)誤差積分器110的輸入側(cè)的信號(hào)(例如跨電容器ClO的信號(hào))進(jìn)行箝位。然而，在該實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)用作衰減器160并且采用開(kāi)關(guān)被接通/斷開(kāi)用于對(duì)到誤差積 分器110的輸入信號(hào)進(jìn)行衰減的配置，并且因此開(kāi)關(guān)的衰減器160的接通/斷開(kāi)切換所牽 涉的噪聲疊加在跨電容器ClO的信號(hào)上。而且，噪聲的幅度依賴(lài)于衰減指令脈沖SW的脈沖 寬度和輸入信號(hào)幅度而改變。因此，如果對(duì)跨電容器ClO的信號(hào)進(jìn)行箝位，則不能執(zhí)行具有 良好準(zhǔn)確性的箝位并且不能精確地控制被提供給誤差積分器110的輸入信號(hào)的衰減量。相 反地，在該實(shí)施例中，對(duì)積分值信號(hào)VDp和VDn進(jìn)行箝位，由此限制了最大脈沖寬度調(diào)制程 度。D類(lèi)放大器的輸出數(shù)字信號(hào)VOp和VOn的反饋中牽涉的紋波被疊加在積分值信號(hào)VDp 和VDn上，但是該紋波的幅度是比較小的并且不依賴(lài)于衰減指令脈沖SW的脈沖寬度。因此， 根據(jù)該實(shí)施例，最大脈沖寬度調(diào)制程度能夠被限制為以良好準(zhǔn)確性響應(yīng)于箝位電平的值。<其他實(shí)施例>盡管已描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是本發(fā)明的其他各種實(shí)施例也是可行的，例如， 如下(1)在上述實(shí)施例中，本發(fā)明應(yīng)用于具有差分配置的平衡類(lèi)型的D類(lèi)放大器，但是 當(dāng)然，本發(fā)明也可以應(yīng)用于具有非差分配置的非平衡類(lèi)型的D類(lèi)放大器。(2)在上述實(shí)施例中，基于誤差積分器110的正相輸入端子和負(fù)相輸入端子之間 的電平差來(lái)檢測(cè)箝位電路120的箝位，但是可以根據(jù)任何其他方法檢測(cè)箝位電路120的箝 位。例如，還考慮了如下配置。作為箝位電路120，兩個(gè)二極管的陰極連接到輸出積分值信 號(hào)VDp和VDn的信號(hào)線(xiàn)，這兩個(gè)二極管的陽(yáng)極連接到恒壓源，該恒壓源用于輸出比下限箝位 電平LL高了二極管前向電壓的電壓，兩個(gè)不同二極管的陽(yáng)極連接到輸出積分值信號(hào)VDp和 VDn的信號(hào)線(xiàn)，這兩個(gè)二極管的陰極連接到恒壓源，該恒壓源用于輸出比上限箝位電平UL 低了二極管前向電壓的電壓。在所描述的箝位電路120中，當(dāng)積分值信號(hào)VDp和VDn超出 下限箝位電平LL至上限箝位電平UL的范圍并且執(zhí)行箝位時(shí)，電流通過(guò)二極管流入恒壓源。 可以通過(guò)檢測(cè)該電流來(lái)檢測(cè)箝位電路120的箝位。(3)通過(guò)對(duì)操作單元等進(jìn)行操作，可以能夠調(diào)節(jié)電容器C30的電容值、電阻器R30 的電阻值、衰減指令發(fā)生部320中的恒流源321的電流值或者比較器311和312的偏移電 壓Vofs。根據(jù)該配置，通過(guò)對(duì)操作單元等進(jìn)行操作，能夠控制開(kāi)始輸出衰減指令脈沖SW時(shí) (例如，積分值信號(hào)VDp和VDn保持箝位電平的時(shí)間)的積分值信號(hào)VDp和VDn的箝位程 度，并且使得能夠控制所允許的D類(lèi)放大器的輸出信號(hào)的波形失真程度。下面是上述實(shí)施例的總結(jié)。一種D類(lèi)放大器包括誤差積分器，所述誤差積分器對(duì)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)之間的差進(jìn)行積分，以輸出 積分值信號(hào)；脈沖寬度調(diào)制電路，所述脈沖寬度調(diào)制電路輸出數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)具有與積 分值信號(hào)的電平相對(duì)應(yīng)的脈沖寬度；輸出緩沖器，所述輸出緩沖器基于數(shù)字信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載；反饋部，所述反饋部將輸出緩沖器的輸出信號(hào)作為反饋信號(hào)饋送到誤差積分器；箝位部，所述箝位部執(zhí)行將積分值信號(hào)的電平限制在指定電平范圍內(nèi)的箝位；衰減部，所述衰減部響應(yīng)于衰減指令，將待輸入到誤差積分器的輸入信號(hào)的電平進(jìn)行衰減；和衰減控制部，所述衰減控制部響應(yīng)于由箝位部執(zhí)行的箝位而向衰減部輸出衰減指 令。優(yōu)選地，衰減部具有開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)響應(yīng)于衰減指令來(lái)切換針對(duì)誤差積分器的輸入 信號(hào)的供給和斷開(kāi)。優(yōu)選地，脈沖寬度調(diào)制電路將三角波信號(hào)與積分值信號(hào)進(jìn)行比較，以生成數(shù)字信號(hào)。優(yōu)選地，衰減控制部響應(yīng)于因所述箝位部所執(zhí)行的所述箝位引起的失真而向衰減 部輸出衰減指令，所述失真出現(xiàn)在由輸出緩沖器輸出的用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)波形中。優(yōu)選地，該D類(lèi)放大器進(jìn)一步包括箝位電平設(shè)定電路，該箝位電平設(shè)定電路設(shè)定 箝位部中的指定電平范圍的上限箝位電平和下限箝位電平。優(yōu)選地，數(shù)字信號(hào)的脈沖寬度調(diào)制程度的上限值取決于指定電平范圍的上限箝位 電平和下限箝位電平。優(yōu)選地，該D類(lèi)放大器進(jìn)一步包括響應(yīng)特性調(diào)節(jié)部，該響應(yīng)特性調(diào)節(jié)部響應(yīng)于由 箝位部執(zhí)行的箝位來(lái)調(diào)節(jié)衰減指令的響應(yīng)特性。本申請(qǐng)基于在2009年2月27日提交的日本專(zhuān)利申請(qǐng)No. 2009-045306，其內(nèi)容在此處并入作為參考。
權(quán)利要求
一種D類(lèi)放大器，包括誤差積分器，所述誤差積分器對(duì)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)之間的差進(jìn)行積分，以輸出積分值信號(hào)；脈沖寬度調(diào)制電路，所述脈沖寬度調(diào)制電路輸出數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)具有與所述積分值信號(hào)的電平相對(duì)應(yīng)的脈沖寬度；輸出緩沖器，所述輸出緩沖器基于所述數(shù)字信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載；反饋部，所述反饋部將所述輸出緩沖器的輸出信號(hào)作為反饋信號(hào)饋送到所述誤差積分器；箝位部，所述箝位部執(zhí)行將所述積分值信號(hào)的電平限制在指定電平范圍內(nèi)的箝位；衰減部，所述衰減部響應(yīng)于衰減指令，將待輸入到所述誤差積分器的所述輸入信號(hào)的電平進(jìn)行衰減；和衰減控制部，所述衰減控制部響應(yīng)于由所述箝位部執(zhí)行的箝位，向所述衰減部輸出所述衰減指令。
2.如權(quán)利要求1所述的D類(lèi)放大器，其中所述衰減部具有開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)響應(yīng)于所述衰 減指令，切換針對(duì)所述誤差積分器的輸入信號(hào)的供給和斷開(kāi)。
3.如權(quán)利要求1所述的D類(lèi)放大器，其中所述脈沖寬度調(diào)制電路將三角波信號(hào)與所述 積分值信號(hào)進(jìn)行比較，以生成所述數(shù)字信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的D類(lèi)放大器，其中所述衰減控制部響應(yīng)于因所述箝位部所執(zhí)行 的所述箝位引起的失真而向所述衰減部輸出所述衰減指令，所述失真出現(xiàn)在由所述輸出緩 沖器輸出的用于驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載的驅(qū)動(dòng)波形中。
5.如權(quán)利要求1所述的D類(lèi)放大器，進(jìn)一步包括箝位電平設(shè)定電路，所述箝位電平設(shè)定電路設(shè)定所述箝位部中所述指定電平范圍的上 限箝位電平和下限箝位電平。
6.如權(quán)利要求5所述的D類(lèi)放大器，其中所述數(shù)字信號(hào)的脈沖寬度調(diào)制程度的上限值 取決于所述指定電平范圍的所述上限箝位電平和所述下限箝位電平。
7.如權(quán)利要求1所述的D類(lèi)放大器，進(jìn)一步包括響應(yīng)特性調(diào)節(jié)部，所述響應(yīng)特性調(diào)節(jié)部響應(yīng)于由所述箝位部執(zhí)行的箝位來(lái)調(diào)節(jié)所述衰 減指令的響應(yīng)特性。
全文摘要
一種D類(lèi)放大器，包括誤差積分器，對(duì)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)之間的差進(jìn)行積分以輸出積分值信號(hào)；脈沖寬度調(diào)制電路，輸出具有與積分值信號(hào)的電平相對(duì)應(yīng)的脈沖寬度的數(shù)字信號(hào)；輸出緩沖器，基于數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)負(fù)載；反饋部，將輸出緩沖器的輸出信號(hào)作為反饋信號(hào)饋送到誤差積分器；箝位部，執(zhí)行將積分值信號(hào)的電平限制在指定電平范圍內(nèi)的箝位；衰減部，響應(yīng)于衰減指令將待輸入到誤差積分器的輸入信號(hào)的電平進(jìn)行衰減；和衰減控制部，響應(yīng)于箝位部執(zhí)行的箝位向衰減部輸出衰減指令。
文檔編號(hào)H03F3/217GK101834573SQ201010126298
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者土屋裕利 申請(qǐng)人:雅馬哈株式會(huì)社