專利名稱：采用交織信號(hào)進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制紋波抑制的放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及放大器，更具體地，涉及采用交織信號(hào)進(jìn)行PWM紋波抑制的交織放大器。
背景技術(shù)：
通過(guò)集成作為開關(guān)的輸出器件，而不是集成必須消耗大量功率的線性器件，音頻應(yīng)用中已經(jīng)使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)放大來(lái)提高效率。在PWM放大器中，音頻輸入信號(hào)被轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制波形。為此，向放大器提供音頻信號(hào)，以基于，例如，音頻信號(hào)的幅度來(lái)調(diào)整超聲波矩形波形的寬度。使用已調(diào)制的波形來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)作為開關(guān)的輸出器件， 這些輸出器件或者是完全飽和的或者是關(guān)斷的。通常利用開關(guān)功率晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出器件，將它們排列成半橋?qū)?，從該半橋?qū)χ械囊粋€(gè)器件將正電壓切換到輸出端，同時(shí)另一器件將負(fù)電壓切換到輸出端?？梢韵虻屯V波器的輸入端提供切換后的輸出信號(hào)，以試圖消除超出所希望的輸出波形的頻譜的諧波信號(hào)和旁帶信號(hào)。使用經(jīng)過(guò)濾波的模擬信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)諸如揚(yáng)聲器等負(fù)載。一組脈沖寬度調(diào)制放大器架構(gòu)，被稱為D類放大器，理論上具有100%的效率，因?yàn)?，輸出晶體管或者完全開，或者完全關(guān)。然而，這些放大器可能有問(wèn)題，因?yàn)?，必須精確控制晶體管的開關(guān)時(shí)間。在D類放大器中，開關(guān)以時(shí)間交替的方式工作。理想地，開關(guān)被精確地定時(shí)，使得一個(gè)晶體管瞬時(shí)關(guān)斷，同時(shí)另一個(gè)晶體管瞬時(shí)接通。如果開關(guān)不是精確定時(shí)的，正的和負(fù)的開關(guān)器件可能同時(shí)接通，導(dǎo)致高“直通(shoot-through) ”電流，這將破壞放大器系統(tǒng)中下一級(jí)的電路。因此，實(shí)際中，可以在一個(gè)晶體管關(guān)斷和另一個(gè)晶體管接通的時(shí)刻之間有意地引入延遲。兩個(gè)開關(guān)都沒有接通時(shí)的兩個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通間隔之間的時(shí)間被稱為死時(shí)間(deadtime)。死時(shí)間可能導(dǎo)致變形，因此，應(yīng)該被最小化。相反，此時(shí)間量不充分則會(huì)導(dǎo)致不希望出現(xiàn)的直通電流?？蓮奈挥谟〉匕布{州的埃爾克哈特的Crown Audio International購(gòu)買到解決直通電流和死時(shí)間問(wèn)題的放大器。將一些Crown Audio放大器中使用的放大器架構(gòu)被稱作各種不同的名稱，包括反向電流放大器、平衡電流放大器(BCA )，以及“I類”放大器。在該放大器架構(gòu)中，對(duì)應(yīng)于已調(diào)制的波形的正負(fù)開關(guān)脈沖在時(shí)間上互相交織。當(dāng)音頻輸入信號(hào)處于零點(diǎn)交叉時(shí)，即，在這種情況下在放大器輸出端不提供信號(hào)，此交織脈沖以50%占空因數(shù)的重疊方式將開關(guān)接通和關(guān)斷。于是，通過(guò)開關(guān)相互直通連接的正負(fù)電源相互抵消，從而提供零輸出信號(hào)。當(dāng)待放大的進(jìn)入信號(hào)超過(guò)零點(diǎn)交叉并進(jìn)入正電壓狀態(tài)時(shí)，交織脈沖的占空因數(shù)是，使得直通連接正電源的開關(guān)的占空因數(shù)增大。當(dāng)進(jìn)入信號(hào)降到零點(diǎn)交叉以下并進(jìn)入負(fù)狀態(tài)時(shí)，發(fā)生相反的情況。盡管此反向電流放大器架構(gòu)相比常規(guī)的PWM放大器提供了顯著的改善，但仍然可以對(duì)此架構(gòu)進(jìn)行改善。例如，如將在以下進(jìn)一步闡明的，可以通過(guò)使用智能設(shè)計(jì)的反饋系統(tǒng)來(lái)對(duì)利用相互交織的多個(gè)反向電流放大器的放大系統(tǒng)的失真結(jié)果進(jìn)行改善。

發(fā)明內(nèi)容
以下描述具有改善的失真特性的放大器。該放大器包括交織PWM放大器，該交織 PWM放大器響應(yīng)于修改的輸入信號(hào)和一個(gè)或多個(gè)載波信號(hào)而生成交織的PWM脈沖。放大器的交織PWM脈沖被用來(lái)驅(qū)動(dòng)功率級(jí)，諸如反向電流功率級(jí)。此放大器還包括交織PWM發(fā)生器，該交織PWM發(fā)生器響應(yīng)于修改的輸入信號(hào)和一個(gè)或多個(gè)另外的載波信號(hào)而提供交織 PWM脈沖。PWM發(fā)生器使用的載波信號(hào)的相位可以不同于交織PWM放大器用來(lái)生成交織PWM 脈沖時(shí)所使用的載波信號(hào)。在生成修改的輸入信號(hào)時(shí)使用一個(gè)或多個(gè)反饋電路。更具體地，(一個(gè)或多個(gè))反饋電路基于待放大的輸入信號(hào)和交織PWM發(fā)生器的交織PWM脈沖，生成修改的輸入信號(hào)。可以使用多個(gè)反饋電路。為此，可以實(shí)現(xiàn)第一反饋電路來(lái)反饋交織放大器的功率級(jí)的輸出，以生成第一反饋信號(hào)，同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)第二反饋電路來(lái)反饋PWM發(fā)生器的交織 PWM脈沖，以生成第二反饋信號(hào)?？墒褂媒M合器電路來(lái)組合輸入信號(hào)、第一反饋信號(hào)和第二反饋信號(hào)，以生成修改的輸入信號(hào)?？煽刂聘鱾€(gè)放大器部分的信號(hào)傳遞特性，以滿足所期望的失真降低程度。例如，可組合交織PWM放大器和第一反饋電路，以表現(xiàn)出第一信號(hào)傳遞特性，同時(shí)，可組合交織PWM 發(fā)生器和第二反饋電路，以表現(xiàn)出第二信號(hào)傳遞特性。可選擇第一和第二轉(zhuǎn)移特性，使得它們之間的比例在放大器的輸出波段的至少預(yù)定部分上與隊(duì)和&之間的比值相同，其中，隊(duì)是交織PWM發(fā)生器的交織階數(shù)，Nn是交織PWM放大器的交織階數(shù)。在一些放大器實(shí)現(xiàn)方式中，交織PWM放大器的交織階數(shù)可以是一(沒有交織)。在研究下面的附圖和詳細(xì)說(shuō)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)明白本發(fā)明的其它系統(tǒng)、方法、特征以及優(yōu)點(diǎn)。所有這樣的其它系統(tǒng)、方法、特征以及優(yōu)點(diǎn)都應(yīng)當(dāng)包含在該描述中、屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，并通過(guò)下述的權(quán)利要求得到保護(hù)。


參考以下附圖和說(shuō)明可以更好地理解本發(fā)明。不需要對(duì)圖中的組件進(jìn)行比例縮放、強(qiáng)調(diào)，通過(guò)這些組件的布置即可闡明本發(fā)明的原理。并且，在這些附圖中，同樣的附圖標(biāo)記表示不同視圖中的相對(duì)應(yīng)部件。圖1是可用于實(shí)現(xiàn)圖3到5所示的放大器系統(tǒng)的交織放大器的一個(gè)例子的示意性框圖；圖2是示出圖1所示的交織放大器的操作的信號(hào)圖；圖3是使用從載波生成的交織PWM反饋信號(hào)的放大器的一個(gè)例子的框圖，其中，此載波的相位不同于用來(lái)生成提供給放大器的功率級(jí)的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的載波；圖4是使用從載波生成的交織PWM反饋信號(hào)的放大器系統(tǒng)的另一例子的框圖，其中，此載波的相位不同于用來(lái)生成提供給放大器的功率級(jí)的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的載波；圖5是使用從載波生成的交織PWM反饋信號(hào)的放大器系統(tǒng)的又一例子的框圖，其中，此載波的相位不同于用來(lái)生成提供給放大器的功率級(jí)的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的載波；
圖6是使用交織PWM反饋信號(hào)的放大器系統(tǒng)的另一例子的框圖，其中，可由衰減電路和延遲電路的特性來(lái)確定反饋信號(hào)的所希望的特性；圖7示出了可用來(lái)實(shí)現(xiàn)圖3到6所示的一個(gè)或多個(gè)放大器系統(tǒng)的一些相關(guān)操作；圖8示出了可用來(lái)實(shí)現(xiàn)圖3到6所示的一個(gè)或多個(gè)放大器系統(tǒng)的一些相關(guān)操作， 其中，除了交織PWM反饋信號(hào)之外，還使用放大器功率級(jí)的輸出信號(hào)來(lái)生成提供給交織PWM 放大器的修改的輸入信號(hào)；圖9是使用交織PWM信號(hào)進(jìn)行PWM紋波抑制的另一放大器系統(tǒng)的框圖；圖10示出了用來(lái)實(shí)現(xiàn)圖9所示的放大器系統(tǒng)的一些交織操作。
具體實(shí)施例方式為了理解以下闡明的范例交織放大器系統(tǒng)，對(duì)更常規(guī)的PWM放大器的輸出信號(hào)頻譜進(jìn)行理解是有幫助的。更具體地，自然的雙邊PWM處理的輸出信號(hào)頻譜可表示
權(quán)利要求
1.一種放大器，包括交織PWM發(fā)生器，其響應(yīng)于輸入信號(hào)而提供初級(jí)交織PWM脈沖集合和次級(jí)交織PWM脈沖集合；交織PWM輸出級(jí)，其響應(yīng)于與初級(jí)交織PWM脈沖集合對(duì)應(yīng)的校正后的交織PWM脈沖，生成放大的PWM輸出脈沖；交織PWM校正器，其連接在所述交織PWM發(fā)生器和所述交織PWM輸出級(jí)之間，所述交織 PWM校正器用于接收所述初級(jí)交織PWM脈沖集合，并且所述交織PWM校正器響應(yīng)于來(lái)自所接收到的初級(jí)交織PWM脈沖的從對(duì)應(yīng)于次級(jí)交織PWM脈沖集合的一個(gè)或多個(gè)前饋信號(hào)得到的一個(gè)或多個(gè)校正信號(hào)，生成所述校正后的交織PWM脈沖，以供所述交織PWM輸出級(jí)使用。
2.如權(quán)利要求1所述的放大器，其中，利用載波信號(hào)生成所述初級(jí)交織PWM脈沖集合， 該載波信號(hào)與用于生成次級(jí)交織PWM脈沖集合的載波信號(hào)在相位上不同。
3.如權(quán)利要求1所述的放大器，其中，所述交織PWM校正器進(jìn)一步響應(yīng)于與放大的PWM 輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)反饋信號(hào)，生成所述校正后的交織PWM脈沖，以供所述交織PWM 輸出級(jí)使用。
4.如權(quán)利要求1所述的放大器，其中，所述初級(jí)交織PWM脈沖集合的交織階數(shù)N>1， 并且所述次級(jí)交織PWM脈沖集合的交織階數(shù)為L(zhǎng)，并且其中N = L。
5.如權(quán)利要求1所述的放大器，其中，所述初級(jí)交織PWM脈沖集合的交織階數(shù)N>1， 并且所述次級(jí)交織PWM脈沖集合的交織階數(shù)為L(zhǎng)，并且其中N不等于L。
6.一種放大器，包括交織PWM發(fā)生器，其響應(yīng)于輸入信號(hào)而提供初級(jí)交織PWM脈沖集合和次級(jí)交織PWM脈沖集合；前饋電路，其提供從所述次級(jí)交織PWM脈沖集合得到的一個(gè)或多個(gè)前饋信號(hào)；交織PWM輸出級(jí)，其響應(yīng)于與初級(jí)交織PWM脈沖集合對(duì)應(yīng)的校正后的交織PWM脈沖，生成放大的PWM輸出脈沖；反饋電路，其提供從所述放大的PWM輸出脈沖得到的一個(gè)或多個(gè)反饋信號(hào)；交織PWM校正器，其連接在所述交織PWM發(fā)生器和所述交織PWM輸出級(jí)之間，所述交織 PWM校正器用于接收所述初級(jí)交織PWM脈沖集合，并且所述交織PWM校正器響應(yīng)于來(lái)自所接收到的初級(jí)交織PWM脈沖的從所述一個(gè)或多個(gè)前饋信號(hào)以及所述一個(gè)或多個(gè)反饋信號(hào)得到的一個(gè)或多個(gè)校正信號(hào)，生成校正后的交織PWM脈沖，以供所述交織PWM輸出級(jí)使用。
7.如權(quán)利要求6所述的放大器，其中，從載波信號(hào)生成所述初級(jí)交織PWM脈沖集合，該載波信號(hào)與用于生成所述次級(jí)交織PWM脈沖集合的載波信號(hào)在相位上不同。
8.如權(quán)利要求6所述的放大器，其中，所述初級(jí)交織PWM脈沖集合的交織階數(shù)為N，所述次級(jí)交織PWM脈沖集合的交織階數(shù)為L(zhǎng)，并且其中N = L。
9.如權(quán)利要求6所述的放大器，其中，所述前饋電路包括轉(zhuǎn)換器，其布置成，接收所述次級(jí)交織PWM脈沖集合；以及增益電路，其具有傳遞函數(shù)扎。
10.如權(quán)利要求9所述的放大器，其中，所述反饋電路包括具有傳遞函數(shù)Hn的增益電路。
11.如權(quán)利要求10所述的放大器，進(jìn)一步包括求和電路，其提供一個(gè)或多個(gè)求和輸出信號(hào)，該求和輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于在所述反饋電路的增益電路輸出端處提供的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)以及在所述前饋電路的增益電路的輸出端處提供的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)之間的差異。
12.如權(quán)利要求11所述的放大器，進(jìn)一步包括信號(hào)處理電路，其響應(yīng)于所述求和的輸出信號(hào)，向所述交織PWM校正器提供所述一個(gè)或多個(gè)校正信號(hào)。
13.—種放大器，包括交織PWM發(fā)生器，其響應(yīng)于輸入信號(hào)而提供初級(jí)交織PWM脈沖集合和次級(jí)交織PWM脈沖集合；交織PWM校正器，其與所述交織PWM發(fā)生器連接，所述交織PWM校正器用于通過(guò)基于從所述次級(jí)PWM脈沖集合得到的校正信號(hào)調(diào)整所述初級(jí)交織PWM脈沖集合中所包括的脈沖寬度來(lái)生成初級(jí)交織PWM脈沖集合；以及交織PWM輸出級(jí)，其連接到所述交織PWM校正器，所述交織PWM輸出級(jí)使用從所述交織 PWM校正器接收到的校正后的初級(jí)交織PWM脈沖集合生成放大的PWM輸出信號(hào)。
14.如權(quán)利要求13所述的放大器，其中所述輸入信號(hào)被所述放大器放大并被提供為放大后的PWM輸出信號(hào)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
15.如權(quán)利要求13所述的放大器，其中所述交織的PWM輸出級(jí)包括多個(gè)輸出開關(guān)晶體管，所述多個(gè)輸出開關(guān)晶體管由校正后的交織PWM脈沖集合驅(qū)動(dòng)以生成放大的PWM輸出信號(hào)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
16.如權(quán)利要求15所述的放大器，其中所述交織PWM脈沖集合被用于得到前饋信號(hào)，所述PWM調(diào)制信號(hào)被用于得到反饋信號(hào)，并且所述校正信號(hào)是從所述前饋信號(hào)和反饋信號(hào)得到的。
17.如權(quán)利要求16所述的放大器，其中，從所述反饋信號(hào)減去所述前饋信號(hào)以得到所述校正信號(hào)。
18.如權(quán)利要求13所述的放大器，其中所述初級(jí)交織PWM脈沖集合和所述次級(jí)交織 PWM脈沖集合是由所述交織PWM發(fā)生器同時(shí)生成的。
19.如權(quán)利要求13所述的放大器，其中所述初級(jí)交織PWM脈沖集合是由所述交織PWM 發(fā)生器通過(guò)用所述輸入信號(hào)調(diào)制包括N個(gè)載波信號(hào)的第一載波信號(hào)而生成的。
20.如權(quán)利要求19所述的放大器，其中所述次級(jí)交織PWM脈沖集合是由所述交織PWM 發(fā)生器通過(guò)用所述輸入信號(hào)調(diào)制包括L個(gè)載波信號(hào)的第二載波信號(hào)而生成的，所述第一載波信號(hào)與所述第二載波信號(hào)在相位上不同。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種具有改進(jìn)的失真特性的放大器(300)。放大器(300)包括響應(yīng)于修改的輸入信號(hào)(325)和一個(gè)或多個(gè)載波信號(hào)(390)而生成交織PWM脈沖的交織PWM放大器。放大器(300)的交織PWM脈沖被用于驅(qū)動(dòng)功率級(jí)(315)，諸如，反向電流功率級(jí)。放大器(300)還包括，響應(yīng)于修改的輸入信號(hào)(325)和一個(gè)或多個(gè)另外的載波信號(hào)(390)來(lái)提供交織PWM脈沖的交織PWM發(fā)生器(370)。PWM發(fā)生器(370)使用的載波信號(hào)的相位可以不同于交織PWM放大器(305)用來(lái)生成其交織PWM脈沖時(shí)所使用的載波信號(hào)。在生成修改的輸入信號(hào)時(shí)使用一個(gè)或多個(gè)反饋電路(350，375)。更具體地，(一個(gè)或多個(gè))反饋電路基于待放大的輸入信號(hào)(360)和交織PWM發(fā)生器(470)的交織PWM脈沖來(lái)生成修改的輸入信號(hào)(325)。
文檔編號(hào)H03K7/08GK102355209SQ20111034343
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2007年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者杰拉爾德.R.斯坦利 申請(qǐng)人:哈曼國(guó)際工業(yè)有限公司