專利名稱：數(shù)字放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種音響設(shè)備的數(shù)字放大器。
背景技術(shù)：
D級(jí)放大器與AB級(jí)放大器等模擬線形放大器相比，可獲得極其良好的功率轉(zhuǎn)換效率。由于散熱量也較少，所以常常被采用作揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)用放大器。D級(jí)放大器是通過利用晶體管等有源放大元件對(duì)語音信號(hào)等輸入信號(hào)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)。D級(jí)放大器對(duì)基于輸入語音信號(hào)的PWM (Pul se Width Modulation :脈寬調(diào)制)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，將所述PWM信號(hào)的功率放大，并將進(jìn)行了功率放大的PWM信號(hào)提供給揚(yáng)聲器。在專利文獻(xiàn)I中，記載有驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的數(shù)字放大器。專利文獻(xiàn)I記載的數(shù)字放大器通過對(duì)于數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理來進(jìn)行數(shù)字脈寬調(diào)制而獲得數(shù)字脈沖輸出。而且， 該數(shù)字放大器通過對(duì)于脈沖波形的邊緣延遲反饋輸出級(jí)的狀態(tài)來校正失真，實(shí)現(xiàn)減少在將驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的部分中的失真。專利文獻(xiàn)I記載的數(shù)字放大器使信號(hào)通過低通濾波器并將數(shù)字放大器輸出解調(diào)成模擬信號(hào)。采用上述的方法作為改善驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的模擬信號(hào)的失真的方法。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本專利特表2001-517393號(hào)公表

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題專利文獻(xiàn)I記載的數(shù)字放大器是只能在最小脈寬的一半的邊緣延遲的校正范圍內(nèi)進(jìn)行脈寬校正的方式。因此，在進(jìn)行數(shù)字脈寬調(diào)制的情況下，失真校正量在最小脈寬以下。因此，校正量只是向數(shù)字脈寬的上或下最多I電平(level)的校正范圍，存在無法校正需要向數(shù)字脈寬值的上或下超過I電平而進(jìn)行校正的失真的問題。也就是說，存在如下問題，即，在成為PWM輸出的情況下，在發(fā)生最大延遲時(shí)，失真率的校正只能以數(shù)字脈沖的I電平進(jìn)行。本發(fā)明的目的在于提供可以擴(kuò)大數(shù)字脈寬調(diào)制中的脈沖的占空比的校正范圍，可以改善失真率的數(shù)字放大器。解決問題的方案本發(fā)明的數(shù)字放大器輸入數(shù)字信號(hào)，并直接以數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，該數(shù)字放大器采用的結(jié)構(gòu)包括數(shù)字調(diào)制電路，對(duì)數(shù)字音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字脈寬調(diào)制;第I模擬音頻輸出単元，對(duì)從所述數(shù)字調(diào)制電路輸出的脈沖電壓進(jìn)行低通濾波，輸出模擬音頻電壓；三角波產(chǎn)生電路，根據(jù)所述數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制寬度的值，產(chǎn)生振幅調(diào)制所得的三角波；驅(qū)動(dòng)電路，放大來自所述三角波產(chǎn)生電路的輸出電壓；第2模擬音頻輸出単元，對(duì)通過所述驅(qū)動(dòng)電路功率放大所得的信號(hào)進(jìn)行低通濾波，輸出音頻段的模擬功率；以及誤差放大器，運(yùn)算所述第I模擬音頻輸出単元的電壓和所述第2模擬音頻輸出単元的電壓之差并將其放大，所述三角波產(chǎn)生電路在與所述數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制寬度的值對(duì)應(yīng)的信號(hào)上相加來自所述誤差放大器的誤差而再次生成數(shù)字脈寬調(diào)制波形。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)?shù)字脈寬調(diào)制的所有脈寬，在數(shù)字脈寬值的上或下超過I電平進(jìn)行校正。由此，能夠使數(shù)字脈寬調(diào)制的占空比在0%到100%的范圍內(nèi)變化而進(jìn)行校正，能夠在數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制寬度的值從O到最大值的范圍內(nèi)校正在驅(qū)動(dòng)電路以后發(fā)生的數(shù)字放大器的失真。因此，可大幅度地改善在借助通過低通濾波器對(duì)用于驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的數(shù)字脈寬調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)所得的模擬信號(hào)中所包含的失真。


圖I是表示用來說明本發(fā)明的原理的數(shù)字放大器的基本結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示本發(fā)明的ー實(shí)施方式的數(shù)字放大器的結(jié)構(gòu)的圖。圖3是表示圖2的數(shù)字放大器的具體結(jié)構(gòu)的電路圖。圖4是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖5是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖6是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖7是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖8是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖9是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖10是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖11是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖12是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖13是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖14是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖15是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖16是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖17是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖18是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖19是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖20是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖21是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖22是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖23是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖24是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。圖25是表示圖2的數(shù)字放大器的各部分的動(dòng)作波形的圖。標(biāo)號(hào)的說明100 200 數(shù)字致大器
1101 I位量化器 120 電平自適應(yīng)型三角波產(chǎn)生電路
130 驅(qū)動(dòng)電路
140、260 低通濾波器(低通濾波器<2>) 150、280 低通濾波器(低通濾波器<I > )
160 比較器 170, 270 揚(yáng)聲器
210數(shù)字調(diào)制塊
211數(shù)字脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)換電路
212數(shù)字脈寬值轉(zhuǎn)換電路
213電平值信息存儲(chǔ)部 220 電壓值轉(zhuǎn)換塊 221 232、233、241 運(yùn)算放大器 230積分電路塊
231分頻器 234 電容器 240 比較器 250 驅(qū)動(dòng)電路 290 誤差放大器
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。(原理說明)首先，說明本發(fā)明的基本想法。以往的驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的數(shù)字放大器無反饋地直接利用PWM信號(hào)，或者采用限定為低頻率的反饋路徑，或者采用即便存在反饋路徑也以PWM信號(hào)的最小脈寬來限制的方式，因此，在應(yīng)對(duì)因開關(guān)電路、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)用的LPF(Low Pass Filter，低通濾波器)電路和揚(yáng)聲器負(fù)載而發(fā)生的失真的應(yīng)對(duì)能力上有局限。本發(fā)明人鑒于以往的數(shù)字放大器是利用脈沖進(jìn)行加減運(yùn)算的方式而有限制，而且無法進(jìn)行反饋控制的事實(shí)，想到將使數(shù)字信號(hào)量化的量化器的電平數(shù)用于三角波產(chǎn)生電路的積分常數(shù)切換，以產(chǎn)生與電平數(shù)對(duì)應(yīng)的三角波。三角波產(chǎn)生電路為具有模擬局部反饋的電路結(jié)構(gòu)。由此，實(shí)現(xiàn)失真的減少，并且在不發(fā)生失真的情況下，數(shù)字信號(hào)仍為原樣而不劣化。圖I是表示輸入數(shù)字信號(hào)，并直接以數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的數(shù)字放大器的基本結(jié)構(gòu)的圖。在圖I中，數(shù)字放大器100包括I位量化器110、電平自適應(yīng)型三角波產(chǎn)生電路120、驅(qū)動(dòng)電路130、低通濾波器140 (低通濾波器〈2>)(第2模擬音頻輸出単元)、低通濾波器150 (低通濾波器〈I (第I模擬音頻輸出単元)、比較器160和揚(yáng)聲器170。I位量化器110將數(shù)字信號(hào)量化。電平自適應(yīng)型三角波產(chǎn)生電路120將來自I位量化器110的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成三角波，并且將產(chǎn)生的三角波根據(jù)數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制寬度的值進(jìn)行振幅調(diào)制。電平自適應(yīng)型 三角波產(chǎn)生電路120使與I位量化器110的電平數(shù)對(duì)應(yīng)的直流電位重疊在三角波上來使用，產(chǎn)生與電平數(shù)對(duì)應(yīng)的三角波。驅(qū)動(dòng)電路130對(duì)來自電平自適應(yīng)型三角波產(chǎn)生電路120的PWM信號(hào)進(jìn)行功率放大。低通濾波器140 (低通濾波器〈2>)將通過驅(qū)動(dòng)電路130功率放大所得的脈沖功率解調(diào)成音頻段的模擬功率。低通濾波器150 (低通濾波器〈I 從通過I位量化器110數(shù)字脈寬調(diào)制所得的脈沖電壓輸出模擬音頻電壓。比較器160運(yùn)算低通濾波器150的電壓和低通濾波器140電壓之差并將其放大。揚(yáng)聲器170將模擬音頻信號(hào)的功率轉(zhuǎn)換成音響能量。在以上結(jié)構(gòu)中，數(shù)字放大器100通過電平自適應(yīng)型三角波產(chǎn)生電路120，將來自I位量化器Iio的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成三角波，輸出到驅(qū)動(dòng)電路130。在將通過電平自適應(yīng)型三角波產(chǎn)生電路120轉(zhuǎn)換成三角波的信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)電路130時(shí)，數(shù)字放大器100另外通過低通濾波器150將來自I位量化器110的輸出轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并將其引入比較器160。還將驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器170的信號(hào)引入比較器160。比較器160運(yùn)算低通濾波器150的電壓與低通濾波器140的電壓之差并將其放大。電平自適應(yīng)型三角波產(chǎn)生電路120根據(jù)上述差分調(diào)制三角波。這樣，通過設(shè)為具有模擬局部反饋的電路結(jié)構(gòu)，可獲得低失真的揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)輸出。(實(shí)施方式)圖2是表示基于上述基本想法的本發(fā)明的ー實(shí)施方式的數(shù)字放大器的結(jié)構(gòu)的圖。本實(shí)施方式是適用于驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的數(shù)字放大器的例子。如圖2所示，數(shù)字放大器200包括數(shù)字調(diào)制塊210、電壓值轉(zhuǎn)換塊220、積分電路塊230、比較器240、驅(qū)動(dòng)電路250、低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)、揚(yáng)聲器270、低通濾波器280 (低通濾波器くI 和誤差放大器290。對(duì)數(shù)字放大器200輸入主時(shí)鐘201、位時(shí)鐘202、1^(1^代/汜81^，左/右)時(shí)鐘203、數(shù)字串行數(shù)據(jù)204和基準(zhǔn)電位205。主時(shí)鐘201是用來運(yùn)算數(shù)字脈寬調(diào)制和數(shù)字脈寬的數(shù)字值的時(shí)鐘。主時(shí)鐘201是與數(shù)字調(diào)制塊210和積分電路塊230連接，且用來獲得數(shù)字調(diào)制塊210的數(shù)字脈寬調(diào)制輸出和數(shù)字脈寬的值的主時(shí)鐘，并且與積分電路塊230連接，在積分電路塊230中生成三角波信號(hào)。
位時(shí)鐘202與數(shù)字調(diào)制塊210連接，在數(shù)字調(diào)制塊210中鎖定數(shù)字串行數(shù)據(jù)204。LR時(shí)鐘203與數(shù)字調(diào)制塊210連接，區(qū)別由位時(shí)鐘202鎖定的數(shù)據(jù)的L通道和R通道。LR時(shí)鐘203是用來數(shù)字串行數(shù)據(jù)204的L通道數(shù)據(jù)和R通道數(shù)據(jù)以交替到來的定時(shí)切換，區(qū)別L通道數(shù)據(jù)和R通道數(shù)據(jù)的時(shí)鐘。數(shù)字串行數(shù)據(jù)204是表現(xiàn)振幅的2的補(bǔ)碼形式的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)。數(shù)字串行數(shù)據(jù)204與數(shù)字調(diào)制塊210連接，以LR時(shí)鐘周期被采樣。基準(zhǔn)電位205是比較器240的基準(zhǔn)電位。數(shù)字調(diào)制塊210包括例如生成各部分的定時(shí)的定時(shí)生成器、將PCM(Pulse CodeModulation,脈碼調(diào)制)信號(hào)再次量化為數(shù)字I位信號(hào)的量化器等，且連接主時(shí)鐘201、位時(shí) 鐘202、LR時(shí)鐘203和數(shù)字串行數(shù)據(jù)204。數(shù)字調(diào)制塊210將數(shù)字音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈寬調(diào)制。數(shù)字調(diào)制塊210將數(shù)字脈寬調(diào)制電壓輸出到電壓值轉(zhuǎn)換塊220，并將數(shù)字脈寬的數(shù)字值輸出到低通濾波器280 (低通濾波器〈1>)。電壓值轉(zhuǎn)換塊220與數(shù)字調(diào)制塊210連接，將數(shù)字調(diào)制塊210的數(shù)字脈寬的數(shù)字值轉(zhuǎn)換成電壓值。積分電路塊230與主時(shí)鐘201、電壓值轉(zhuǎn)換塊220和誤差放大器290連接，并輸出將由主時(shí)鐘201生成的三角波電壓進(jìn)行振幅調(diào)制所得的電壓。詳細(xì)而言，積分電路塊230利用主時(shí)鐘201產(chǎn)生三角波，且根據(jù)與來自電壓值轉(zhuǎn)換塊220的轉(zhuǎn)換成電壓值的數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制寬度的值對(duì)應(yīng)的信號(hào)，調(diào)制上述產(chǎn)生的所述三角波。這里，特別在將數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制寬度的值轉(zhuǎn)換成電壓值所得的電壓上相加從誤差放大器290輸出的電壓。積分電路塊230在與所述數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制寬度的值對(duì)應(yīng)的信號(hào)上相加來自所述誤差放大器的誤差而再次生成數(shù)字脈寬調(diào)制波形。比較器240與積分電路塊230和基準(zhǔn)電位205連接，以積分電路塊230的輸出電壓和基準(zhǔn)電位205的電壓進(jìn)行比較的結(jié)果而輸出功率。比較器240通過以基準(zhǔn)電位205的電壓的比較結(jié)果輸出功率，對(duì)電壓值轉(zhuǎn)換塊220和積分電路塊230中的脈沖的占空比進(jìn)行校正。驅(qū)動(dòng)電路250放大來自比較器240的數(shù)字脈寬調(diào)制的功率。低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)輸入驅(qū)動(dòng)電路250的功率輸出，并輸出模擬音頻功率。詳細(xì)而言，低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)將通過驅(qū)動(dòng)電路250對(duì)來自比較器240的信號(hào)功率放大所得的脈沖功率解調(diào)成音頻段的模擬功率，并輸出模擬音頻功率。模擬音頻功率被輸入到揚(yáng)聲器270的功率輸入端子和誤差放大器290的電壓輸入端子。揚(yáng)聲器270輸入低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)的功率輸出，并轉(zhuǎn)換成音響能量。詳細(xì)而言，揚(yáng)聲器270輸入在來自驅(qū)動(dòng)電路250的功率中利用低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)使音頻段通過而使不需要的高頻衰減所得的模擬音頻信號(hào)，并將輸入的功率轉(zhuǎn)換成音響能量。低通濾波器280 (低通濾波器〈I 是用來使音頻段通過而使不需要的高頻衰減而獲得模擬音頻信號(hào)的裝置，具有與低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)相同的頻率特性。低通濾波器280 (低通濾波器〈I 根據(jù)數(shù)字脈寬調(diào)制所得的脈沖電壓輸出模擬音頻電壓。低通濾波器280 (低通濾波器〈I 根據(jù)數(shù)字調(diào)制塊210的輸出電壓和數(shù)字脈寬調(diào)制電壓輸出進(jìn)行低通濾波，且與獲得模擬音頻電壓輸出的電壓輸入端子連接而輸出模擬音頻電壓。誤差放大器290使低通濾波器280 (低通濾波器〈I 的輸出電壓與第I電壓輸入端子連接，使低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)的輸出電壓與第2電壓輸入端子連接，運(yùn)算低通濾波器280 (低通濾波器〈I 的電壓與低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)的電壓之差并將其放大。圖3是表示上述數(shù)字放大器200的具體結(jié)構(gòu)的電路圖。對(duì)與圖2相同結(jié)構(gòu)的部分附加相同的標(biāo)號(hào)。本實(shí)施方式是將數(shù)字脈寬調(diào)制的數(shù)字脈沖電平值設(shè)為電平值O、電平值I、電平值
2、電平值3和電平值4的5電平的例子。
如圖3所示，數(shù)字調(diào)制塊210包括數(shù)字脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)換電路211，將數(shù)字音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈寬調(diào)制；數(shù)字脈寬值轉(zhuǎn)換電路212，將數(shù)字音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈寬值；以及電平值信息存儲(chǔ)部213，存儲(chǔ)電平值信息I 4。電壓值轉(zhuǎn)換塊220包括運(yùn)算放大器221和電阻Rl R5。積分電路塊230包括分頻器231、運(yùn)算放大器232、233、電容器234和電阻R6 RlO0運(yùn)算放大器232、電容器234和電阻R6構(gòu)成積分器。比較器240包括運(yùn)算放大器241。另外，本實(shí)施方式并不限于將數(shù)字脈寬調(diào)制的電平設(shè)為5電平，能以其他任意的電平實(shí)施。以下，說明如上構(gòu)成的數(shù)字放大器200的動(dòng)作。動(dòng)作本身在兩通道均相同。數(shù)字調(diào)制塊210輸入主時(shí)鐘201、位時(shí)鐘202、LR時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的數(shù)字串行數(shù)據(jù)204，輸出數(shù)字脈寬調(diào)制和數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制寬度的值。電壓值轉(zhuǎn)換塊220與數(shù)字調(diào)制塊210連接，將來自數(shù)字調(diào)制塊210的數(shù)字脈寬的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為與數(shù)字脈寬的數(shù)字值對(duì)應(yīng)的電壓值。電壓值轉(zhuǎn)換塊220將從數(shù)字調(diào)制塊210輸出的數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制寬度的值轉(zhuǎn)換為電壓值。積分電路塊230將輸入主時(shí)鐘201進(jìn)行分頻所得的脈沖轉(zhuǎn)換成三角波。積分電路塊230包括用來對(duì)三角波進(jìn)行振幅調(diào)制的輸入端子以及輸入誤差放大器290的結(jié)果的端子，將三角波以電壓進(jìn)行調(diào)制并輸出三角波信號(hào)。比較器240對(duì)來自積分電路塊230的三角波信號(hào)和基準(zhǔn)電位205的電壓進(jìn)行比較而輸出功率。驅(qū)動(dòng)電路250將來自比較器240的再次生成的數(shù)字脈寬調(diào)制信號(hào)放大到驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器270的功率。低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)將利用驅(qū)動(dòng)電路250放大了功率的信號(hào)解調(diào)成音頻段的模擬功率，輸出模擬音頻功率。揚(yáng)聲器270輸入模擬音頻信號(hào),將輸入的功率轉(zhuǎn)換成音響能量并進(jìn)行音響輸出。這里，數(shù)字放大器200將從數(shù)字調(diào)制塊210輸出的數(shù)字脈寬調(diào)制輸出與另ー個(gè)失真少的未連接于揚(yáng)聲器270的低通濾波器280 (低通濾波器〈I 的輸入連接。而且，將低通濾波器280 (低通濾波器〈I 的解調(diào)成模擬信號(hào)的輸出信號(hào)連接到誤差放大器290的比較信號(hào)輸入端子的正端子。此外，將低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)的解調(diào)成模擬信號(hào)的輸出信號(hào)連接到誤差放大器290的比較信號(hào)輸入端子的負(fù)端子。通過上述連接，從誤差放大器290獲得將低通濾波器280 (低通濾波器〈I 的模擬信號(hào)和低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)的模擬信號(hào)的差分放大的電壓。然后，積分電路塊230將從誤差放大器290輸出的電壓與通過電壓值轉(zhuǎn)換塊220轉(zhuǎn)換成電壓值的電壓相カロ。由此，從低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)輸出的模擬信號(hào)輸出被自動(dòng)控制以使其與低通濾波器280 (低通濾波器〈I 的輸出相等，來自低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)的模擬信號(hào)輸出的失真率得以改善。以下進(jìn)行詳細(xì)說明。從誤差放大器290連接到積分電路塊230的電壓是將低通濾波器280 (低通濾波器〈I 與低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)的電壓差分放大所得的電壓，因此若在將低通 濾波器280(低通濾波器くI 與誤差放大器290連接的電壓和將低通濾波器260(低通濾波器〈2>)與誤差放大器290連接的電壓中不存在差，則來自誤差放大器290的電壓輸出與基準(zhǔn)電位205相等。此時(shí)，積分電路塊230僅以來自將數(shù)字脈寬轉(zhuǎn)換成電壓值的塊220的、將數(shù)字脈寬轉(zhuǎn)換成電壓值的電壓受到振幅調(diào)制，因此從比較器240連接到驅(qū)動(dòng)電路250的電壓為與來自用來獲得數(shù)字脈寬調(diào)制輸出和數(shù)字脈寬的值的電路塊210的數(shù)字脈寬調(diào)制輸出相同的電壓。即，在不存在數(shù)字放大器200的失真(尤其是驅(qū)動(dòng)電路250和低通濾波器260中的失真)的情況下，誤差放大器290不輸出誤差分量，因此積分電路塊230的積分器(省略圖示)進(jìn)行中點(diǎn)動(dòng)作，積分電路塊230解碼出相同的波形并將其輸出。另ー方面，在從誤差放大器290連接到積分電路塊230的電壓中，在將低通濾波器280 (低通濾波器くI 與誤差放大器290連接的信號(hào)和將低通濾波器260 (低通濾波器<2 與誤差放大器290連接的信號(hào)中存在差的情況下，從誤差放大器290連接到積分電路塊230的電壓如下所述。積分電路塊230以在來自將數(shù)字脈寬轉(zhuǎn)換成電壓值的塊220的將數(shù)字脈寬轉(zhuǎn)換成電壓值的電壓上相加從誤差放大器290連接到積分電路塊230的信號(hào)所得的電壓，接受振幅調(diào)制。因此，從比較器240連接到驅(qū)動(dòng)電路250的電壓為對(duì)于來自數(shù)字調(diào)制塊210的數(shù)字脈寬調(diào)制輸出校正誤差后所得的脈寬調(diào)制電壓。即，可通過利用具有模擬局部反饋的電路結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生失真分量的逆分量，來校正數(shù)字放大器200的失真(尤其是驅(qū)動(dòng)電路250和低通濾波器260中的失真)。比較器240將校正誤差后的脈寬調(diào)制電壓與基準(zhǔn)電位205進(jìn)行比較。利用比較器240進(jìn)行比較獲得的再次生成的脈寬調(diào)制功率能夠超過數(shù)字脈寬的數(shù)字值的上或下I電平。因此，能夠獲得以在脈寬調(diào)制的占空比從O %到201 %的范圍內(nèi)校正后的脈寬進(jìn)行脈寬調(diào)制的功率。根據(jù)上述，對(duì)于進(jìn)行數(shù)字脈寬調(diào)制的數(shù)字放大器的失真校正，能夠獲得大于以往例的校正效果。能夠擴(kuò)大失真校正范圍，與專利文獻(xiàn)記載的電路相比，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能。接下來，對(duì)數(shù)字調(diào)制塊210、電壓值轉(zhuǎn)換塊220、積分電路塊230和比較器240，ー邊表示具體例ー邊進(jìn)行說明。圖4至圖25是表示各部分的動(dòng)作波形的圖。
〔與數(shù)字脈寬調(diào)制電平對(duì)應(yīng)的來自數(shù)字調(diào)制塊210的輸出波形〕圖4是從數(shù)字調(diào)制塊210輸出的電平值為“O”時(shí)的輸出波形。如圖4所示，在數(shù)字脈寬調(diào)制周期1005中，成為波形1100，輸出固定的電壓1010。圖5是從數(shù)字調(diào)制塊210輸出的電平值為“I”時(shí)的輸出波形。如圖5所示，在數(shù)字脈寬調(diào)制周期1005中，成為波形1101，電壓以如下的波形輸出從波形1010開始，以周期1005的中央為中心而以波形1001的寬度上升到電壓1011之后再下降到電壓1010。圖6是從數(shù)字調(diào)制塊210輸出的電平值為“2”時(shí)的輸出波形。如圖6所示，在數(shù)字脈寬調(diào)制周期1005中，成為波形1102，電壓以如下的波形輸出從波形1010開始，以周期1005的中央為中心而以波形1002的寬度上升到電壓1011之后再下降到電壓1010。
圖7是從數(shù)字調(diào)制塊210輸出的電平值為“3”時(shí)的輸出波形。如圖7所示，在數(shù)字脈寬調(diào)制周期1005中，成為波形1103，電壓以如下的波形輸出從波形1010開始，以周期1005的中央為中心而以波形1003的寬度上升到電壓1011之后再下降到電壓1010。圖8是從數(shù)字調(diào)制塊210輸出的電平值為“4”時(shí)的輸出波形。如圖8所示，在數(shù)字脈寬調(diào)制周期1005中，成為波形1104，電壓以波形1004的寬度以固定的電壓1011輸出?！矎臄?shù)字調(diào)制塊210輸出的數(shù)字脈寬值信息的輸出電位的波形〕圖9是從數(shù)字調(diào)制塊210輸出的數(shù)字脈寬值信息的輸出電位的低電壓值的波形。如圖9所示，數(shù)字脈寬值信息的輸出電位的低電壓值的波形是以電壓1010且周期1005輸出的波形。圖10是從數(shù)字調(diào)制塊210輸出的數(shù)字脈寬值信息的輸出電位的高電壓值的波形。如圖10所示，數(shù)字脈寬值信息的輸出電位的高電壓值的波形是以電壓1011且周期1005輸出的波形。這里，數(shù)字調(diào)制塊210中的電平值信息(電平值信息I、電平值信息2、電平值信息3和電平值信息4)的值根據(jù)數(shù)字脈寬值而變化。數(shù)字調(diào)制塊210中的電平值信息(電平值信息I、電平值信息2、電平值信息3和電平值信息4)的值，在數(shù)字脈寬的電平值為“O”時(shí)，均為圖9的波形。數(shù)字調(diào)制塊210中的電平值信息(電平值信息I、電平值信息2、電平值信息3和電平值信息4)的值，在數(shù)字脈寬的電平值為“I”吋，電平值信息I為圖9的波形，電平值信息2、電平值信息3和電平值信息4為圖10的波形。數(shù)字調(diào)制塊210中的電平值信息(電平值信息I、電平值信息2、電平值信息3和電平值信息4)的值，在數(shù)字脈寬的電平值為“2”吋，電平值信息I和電平值信息2為圖9的波形，電平值信息3和電平值信息4為圖10的波形。數(shù)字調(diào)制塊210中的電平值信息(電平值信息I、電平值信息2、電平值信息3和電平值信息4)的值，在數(shù)字脈寬的電平值為“3”吋，電平值信息I、電平值信息2和電平值信息3為圖9的波形，電平值信息4為圖10的波形。數(shù)字調(diào)制塊210中的電平值信息(電平值信息I、電平值信息2、電平值信息3和電平值信息4)的值，在數(shù)字脈寬的電平值為“4”吋，電平值信息I、電平值信息2、電平值信息3和電平值信息4均為圖10的波形。〔從電壓值轉(zhuǎn)換塊220輸出的與數(shù)字脈寬調(diào)制電平的電平值對(duì)應(yīng)的輸出波形〕圖11表示從電壓值轉(zhuǎn)換塊220輸出的數(shù)字脈寬調(diào)制電平的電平值為“O”時(shí)的輸出波形，圖12表示所述電平值為“I”時(shí)的輸出波形，圖13表示所述電平值為“2”時(shí)的輸出波形，圖14表示所述電平值為“3”時(shí)的輸出波形，圖15表示所述電平值為“4”時(shí)的輸出波形。如上述圖3所不，將電平值イ目息I、電平值イ目息2、電平值イ目息3和電平值イ目息4連接到電壓值轉(zhuǎn)換塊220的電平值信息輸入端子，并且將基準(zhǔn)電位205連接到電壓值轉(zhuǎn)換塊220。從電壓值轉(zhuǎn)換塊220的輸出端子，根據(jù)電平值信息I、電平值信息2、電平值信息3和電平值信息4的電壓，按照數(shù)字脈寬調(diào)制的電平值，輸出下述輸出波形。在數(shù)字脈寬調(diào)制電平值為“O”時(shí)，以圖11的電壓2020轉(zhuǎn)換成波形2100。在數(shù)字脈寬調(diào)制電平值為“I”時(shí)，以圖12的電壓2021轉(zhuǎn)換成波形2101。在數(shù)字脈寬調(diào)制電平值為“2”時(shí)，以圖13的電壓2022轉(zhuǎn)換成波形2102。在數(shù)字脈寬調(diào)制電平值為“3”時(shí)，以圖14的電壓2023轉(zhuǎn)換成波形2103。在數(shù)字脈寬調(diào)制電平值為“4”時(shí)，以圖15的電壓2024 轉(zhuǎn)換成波形2104。這里，電壓1011和1010之間的電位的中點(diǎn)電位與基準(zhǔn)電位205相等?！矎姆e分電路塊230、比較器240和驅(qū)動(dòng)電路250輸出的波形〕圖16表示在圖3的電壓值轉(zhuǎn)換塊220、積分電路塊230、比較器240、驅(qū)動(dòng)電路250、低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)、低通濾波器280 (低通濾波器〈I 中，不存在失真的情況下的數(shù)字脈寬調(diào)制的電平值為“O”時(shí)的從積分電路塊230、比較器240和驅(qū)動(dòng)電路250輸出的波形。同樣地，圖17表示所述電平值為“I”時(shí)的輸出波形，圖18表示所述電平值為“2”時(shí)的輸出波形，圖19表示所述電平值為“3”時(shí)的輸出波形，圖20表示所述電平值為“4”時(shí)的輸出波形。電壓值轉(zhuǎn)換塊220根據(jù)數(shù)字脈寬調(diào)制電平值信息，將數(shù)字調(diào)制塊210的數(shù)字脈寬的數(shù)字值轉(zhuǎn)換成電壓值。而且，來自誤差放大器290的電壓為基準(zhǔn)電位205時(shí)的來自積分電路塊230的輸出結(jié)果，在數(shù)字脈寬調(diào)制電平值為“O”時(shí)為圖16(a)所示的波形3020。而且，來自比較器電路塊240的輸出為圖16 (b)所示的波形4100，來自驅(qū)動(dòng)電路250的輸出為圖16(c)所示的波形5100。而且，在數(shù)字脈寬調(diào)制電平值為“I”時(shí)為圖17(a)所示的波形3021。而且，來自比較器電路塊240的輸出為圖17(b)所示的波形4101，來自驅(qū)動(dòng)電路250的輸出為圖17(c)所示的波形5101。而且，在數(shù)字脈寬調(diào)制電平值為“2”時(shí)為圖18(a)所示的波形3022。而且，來自比較器電路塊240的輸出為圖18(b)所示的波形4102，來自驅(qū)動(dòng)電路250的輸出為圖18(c)所示的波形5102。而且，在數(shù)字脈寬調(diào)制電平值為“3”時(shí)為圖19(a)所示的波形3023。而且，來自比較器電路塊240的輸出為圖19(b)所示的波形4103，來自驅(qū)動(dòng)電路250的輸出為圖19(c)所示的波形5103。而且，在數(shù)字脈寬調(diào)制電平值為“4”時(shí)成為圖20(a)所示的波形3024。而且，來自比較器電路塊240的輸出成為圖20(b)所示的波形4104，來自驅(qū)動(dòng)電路250的輸出成為圖20(c)所示的波形5104。如圖20所示，波形5100為與波形1100電壓不同的相同占空比的波形。波形5101為與波形1101電壓不同的相同占空比的波形。波形5102為與波形1102電壓不同的相同占空比的波形。波形5103為與波形1103電壓不同的相同占空比的波形?？芍ㄐ?104為與波形1104電壓不同的相同占空比的波形?！矎碾妷褐缔D(zhuǎn)換塊220、積分電路塊230、比較器240、驅(qū)動(dòng)電路250、低通濾波器260(低通濾波器〈2>)和低通濾波器280 (低通濾波器〈I 輸出的沒有失真的情況下的波形〕圖21和圖22表示在電壓值轉(zhuǎn)換塊220、積分電路塊230、比較器240、驅(qū)動(dòng)電路250、低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)和低通濾波器280 (低通濾波器〈I 中，沒有失真的情況下的波形。相對(duì)于圖21的波形，圖22是與使來自數(shù)字調(diào)制塊210的輸出通過低通濾波器280 (低通濾波器〈I 而獲得的波形8020相比僅電壓不同的波形。另外，波形6020和波形8020是設(shè)定為任意比率的固定值。
〔從電壓值轉(zhuǎn)換塊220、積分電路塊230、比較器240、驅(qū)動(dòng)電路250、低通濾波器260(低通濾波器〈2>)和低通濾波器280(低通濾波器〈I 輸出的發(fā)生了失真的情況下的波形〕圖23表示從電壓值轉(zhuǎn)換塊220、積分電路塊230、比較器240、驅(qū)動(dòng)電路250、低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)和低通濾波器280 (低通濾波器〈I 輸出的發(fā)生失真的情況下的波形。如圖23所示，在各塊中發(fā)生失真的情況下，失真信號(hào)作為各塊的失真的總和，從誤差放大器290以波形9020的形式出現(xiàn)。該結(jié)果連接到積分電路塊230，積分電路塊230自動(dòng)進(jìn)行減去失真的動(dòng)作以使波形6020成為與波形8020電壓不同的相似形。說明波形6020的失真得以校正的例子。數(shù)字脈寬調(diào)制電平值為“2”時(shí)的校正結(jié)果，來自誤差放大器290的輸出為圖23中的電壓9020?！矎谋容^器240輸出的波形〕圖24表示在數(shù)字脈寬調(diào)制的電平值為“2”時(shí)，在電壓值轉(zhuǎn)換塊220、積分電路塊230、比較器240、驅(qū)動(dòng)電路250和低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)的失真的總和與低通濾波器280 (低通濾波器〈I 的輸出中的失真不同的情況下，且數(shù)字脈寬調(diào)制的電平值被校正至正側(cè)時(shí)的從比較器240輸出的波形。如圖24所示，由波形4102a表示在圖23所示的比電壓9011和電壓9010的平均值靠近電壓9011、在將數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制電平值加上I以上的方向校正失真時(shí)所獲得的來自比較器240的輸出結(jié)果。圖25表示在數(shù)字脈寬調(diào)制的電平值為“2”時(shí)，在電壓值轉(zhuǎn)換塊220、積分電路塊230、比較器240、驅(qū)動(dòng)電路250和低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)的失真的總和與低通濾波器280 (低通濾波器〈I 的輸出中的失真不同的情況下，且數(shù)字脈寬調(diào)制的電平值向負(fù)側(cè)校正時(shí)的從比較器240輸出的波形。如圖25所示，波形4102b表示在數(shù)字脈寬調(diào)制電平值為“2”時(shí)的校正結(jié)果中，來自誤差放大器290的輸出為上述圖23中的電壓9020、且比電壓9011和9010的平均值靠近電壓9010的電平，且在將數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制電平值減去I以上的方向進(jìn)行校正失真時(shí)所獲得的來自比較器240的輸出結(jié)果。這樣，對(duì)于進(jìn)行數(shù)字脈寬調(diào)制的數(shù)字放大器的失真校正，能夠獲得大于以往例的校正效果。由于可以擴(kuò)大失真校正范圍，故能夠?qū)崿F(xiàn)高性能化。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，數(shù)字放大器200包括電壓值轉(zhuǎn)換塊220，將數(shù)字調(diào)制塊210的數(shù)字脈寬的數(shù)字值轉(zhuǎn)換成電壓值；以及積分電路塊230，利用主時(shí)鐘產(chǎn)生三角波，且根據(jù)與所述數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制寬度的值對(duì)應(yīng)的信號(hào)，調(diào)制所產(chǎn)生的所述三角波。數(shù)字放大器200包括低通濾波器280 (低通濾波器〈I ，從經(jīng)數(shù)字脈寬調(diào)制的脈沖電壓輸出模擬音頻電壓；比較器240，對(duì)電壓值轉(zhuǎn)換塊220的輸出電壓和基準(zhǔn)電位的電壓進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果輸出功率；以及驅(qū)動(dòng)電路250，將來自比較器240的數(shù)字脈寬調(diào)制的功率放大。數(shù)字放大器200包括低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)，將通過驅(qū)動(dòng)電路250進(jìn)行了功率放大的脈沖功率解調(diào)成音頻段的模擬功率；以及誤差放大器290，運(yùn)算低通濾波器280 (低通濾波器〈I 的電壓和低通濾波器260 (低通濾波器〈2>)電壓的差并將其放大。上述各部分整體上為具有模擬局部反饋的電路結(jié)構(gòu)。積分電路塊230根據(jù)數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制寬度的值而產(chǎn)生經(jīng)振幅調(diào)制的三角波。此時(shí)，將與數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制寬度的值對(duì)應(yīng)的信號(hào)加上來自誤差放大器的誤差而再次生成數(shù)字脈寬調(diào)制波形。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，關(guān)于以通過數(shù)字脈寬調(diào)制而生成的脈沖驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器時(shí)發(fā)生的失真的校正效果，可以使對(duì)于數(shù)字脈沖生成時(shí)的所有數(shù)字脈寬值的校正效果在數(shù)字脈寬值的電平表現(xiàn)上的O到最大也就是占空比從0%到100%的范圍內(nèi)獲得失真校正。換言之，對(duì)于數(shù)字脈寬調(diào)制的數(shù)字脈寬值，可以使其從O變化到最大的數(shù)字脈寬值。由此，在數(shù)字脈寬調(diào)制的數(shù)字放大器中，能夠比以往的數(shù)字放大器擴(kuò)大數(shù)字脈寬調(diào)制中的脈沖的占空比的校正范圍，能夠與數(shù)字放大器相比大幅度改善失真率。以上說明是本發(fā)明的較佳的實(shí)施方式的例證，本發(fā)明的范圍并不限于此。例如，上述實(shí)施方式是應(yīng)用于各種音響裝置的例子，但只要是放大聲音的設(shè)備，便可同樣地應(yīng)用于任何設(shè)備。而且，在上述各實(shí)施方式中使用了數(shù)字放大器的名稱，這是為了便于說明，當(dāng)然也可以是功率放大電路、D級(jí)放大器等。此外，構(gòu)成所述數(shù)字放大器的各電路部、例如量化器、低通濾波器等的類型、數(shù)量和連接方法等并不限定于上述實(shí)施方式。2010年3月31日提交的日本專利特愿2010-083295的日本專利申請(qǐng)中所包含的說明書、附圖和摘要的公開內(nèi)容均援用于本申請(qǐng)中。エ業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的數(shù)字放大器作為對(duì)輸入數(shù)字信號(hào)并保持?jǐn)?shù)字信號(hào)的狀態(tài)而驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的、提供給包含揚(yáng)聲器等的負(fù)載的音頻用途，極為有效。而且，不僅適合于各種音響裝置中的數(shù)字放大器，也可以廣泛適用于音響裝置以外的電子設(shè)備中的數(shù)字放大器。
權(quán)利要求
1.數(shù)字放大器，輸入數(shù)字信號(hào)，并直接以數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，該數(shù)字放大器包括 數(shù)字調(diào)制電路，對(duì)數(shù)字音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字脈寬調(diào)制； 第I模擬音頻輸出単元，對(duì)從所述數(shù)字調(diào)制電路輸出的脈沖電壓進(jìn)行低通濾波，輸出模擬音頻電壓； 三角波產(chǎn)生電路，根據(jù)所述數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制寬度的值，產(chǎn)生振幅調(diào)制所得的三角波； 驅(qū)動(dòng)電路，放大來自所述三角波產(chǎn)生電路的輸出電壓； 第2模擬音頻輸出単元，對(duì)通過所述驅(qū)動(dòng)電路功率放大所得的信號(hào)進(jìn)行低通濾波，輸出音頻段的模擬功率；以及 誤差放大器，運(yùn)算所述第I模擬音頻輸出単元的電壓和所述第2模擬音頻輸出単元的電壓之差并將其放大； 所述三角波產(chǎn)生電路在與所述數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制寬度的值對(duì)應(yīng)的信號(hào)上相加來自所述誤差放大器的誤差而再次生成數(shù)字脈寬調(diào)制波形。
2.如權(quán)利要求I所述的數(shù)字放大器，還包括 比較所述三角波產(chǎn)生電路的輸出電壓和規(guī)定的基準(zhǔn)電位的電壓的比較器， 所述驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)所述比較器的比較結(jié)果，放大所述數(shù)字脈寬調(diào)制的功率。
3.如權(quán)利要求I所述的數(shù)字放大器，所述三角波產(chǎn)生電路包括將與所述數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制寬度的值對(duì)應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓值的電壓值轉(zhuǎn)換電路。
4.如權(quán)利要求I所述的數(shù)字放大器，所述三角波產(chǎn)生電路包括利用主時(shí)鐘產(chǎn)生三角波，且根據(jù)與所述數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制寬度的值對(duì)應(yīng)的信號(hào)調(diào)制所產(chǎn)生的所述三角波的積分電路。
5.如權(quán)利要求I所述的數(shù)字放大器，所述數(shù)字調(diào)制電路包括將數(shù)字信號(hào)量化的量化器， 所述三角波產(chǎn)生電路將所述量化器的電平數(shù)用于積分常數(shù)切換，產(chǎn)生與電平數(shù)對(duì)應(yīng)的三角波。
全文摘要
提供能夠擴(kuò)大數(shù)字脈寬調(diào)制中的脈沖的占空比的校正范圍，能夠改善失真率的數(shù)字放大器。數(shù)字放大器(200)包括電壓值轉(zhuǎn)換塊(220)，將數(shù)字調(diào)制塊(210)的數(shù)字脈寬的數(shù)字值轉(zhuǎn)換成電壓值；以及積分電路塊(230)，通過主時(shí)鐘產(chǎn)生三角波，且根據(jù)與所述數(shù)字脈寬調(diào)制的調(diào)制寬度的值對(duì)應(yīng)的信號(hào)，調(diào)制所產(chǎn)生的所述三角波。數(shù)字放大器(200)包括低通濾波器(260)，將通過驅(qū)動(dòng)電路(250)進(jìn)行了功率放大的脈沖功率解調(diào)成音頻段的模擬功率；以及誤差放大器(290)，運(yùn)算低通濾波器(280)的電壓和低通濾波器(260)的電壓之差并將其放大。上述各部分整體上成為具有模擬局部反饋的電路結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H03F3/217GK102823128SQ20118001605
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者渡邊伸一 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社