本發(fā)明涉及一種用于將n級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供至揚(yáng)聲器的多級(jí)d類音頻功率放大器。多級(jí)d類音頻功率放大器進(jìn)一步包括開關(guān)矩陣，該開關(guān)矩陣包括多個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)，其中開關(guān)矩陣包括耦接至(n-2)個(gè)直流輸入電壓節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)一個(gè)的至少(n-2)個(gè)開關(guān)輸入端，以及耦接至第一輸出驅(qū)動(dòng)器的2*(n-2)個(gè)中間節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)一個(gè)的至少2*(n-2)個(gè)開關(guān)輸出端。控制電路被配置為根據(jù)第一輸出驅(qū)動(dòng)器的2*(n-1)個(gè)調(diào)制控制信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)將(n-2)個(gè)直流輸入電壓中的每個(gè)經(jīng)由開關(guān)矩陣依次連接至第一輸出驅(qū)動(dòng)器的2*(n-2)個(gè)中間節(jié)點(diǎn)中的預(yù)定節(jié)點(diǎn)組。n是大于或等于3的正整數(shù)。

背景技術(shù)：

d類音頻放大器是眾所周知的并且被廣泛公認(rèn)為通過切換跨接揚(yáng)聲器負(fù)載的脈沖寬度調(diào)制(pwm)或脈沖密度調(diào)制(pdm)信號(hào)來提供各種類型的揚(yáng)聲器的節(jié)能音頻驅(qū)動(dòng)。d類音頻放大器通常包括耦接至揚(yáng)聲器負(fù)載以跨接揚(yáng)聲器施加一對(duì)相反相位的或互補(bǔ)的脈沖寬度調(diào)制音頻信號(hào)的h橋輸出級(jí)。電感器-電容器(lc)低通濾波器通常介于基于h橋的輸出級(jí)和揚(yáng)聲器負(fù)載之間以抑制pwm或pdm輸出信號(hào)的載波分量。在現(xiàn)有技術(shù)的d類音頻放大器中已利用了幾種類型的脈沖寬度調(diào)制。在所謂的ad調(diào)制中，在h橋輸出級(jí)的每個(gè)輸出端子或節(jié)點(diǎn)處的脈沖寬度調(diào)制音頻信號(hào)在反相的兩個(gè)不同的電壓電平之間被切換或轉(zhuǎn)換。兩個(gè)不同的電平通常分別與上部和下部電源軌對(duì)應(yīng)，諸如d類音頻放大器的正和負(fù)直流供電軌。在所謂的bd調(diào)制中，跨接揚(yáng)聲器負(fù)載的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)在三個(gè)電壓電平之間交替切換，其中兩個(gè)電平對(duì)應(yīng)于以上提及的上部和下部直流電源軌，而第三個(gè)電壓電平是通過將揚(yáng)聲器負(fù)載的兩端拉至直流電源軌中的一個(gè)而獲得的零電平。這些調(diào)制方案中的兩者在d類放大器空閑時(shí)在lc低通濾波器的輸出電感器中產(chǎn)生相當(dāng)大的波紋電流，從而造成大量的功率損耗。這個(gè)缺點(diǎn)通常被容忍并且通過利用lc低通濾波器的相對(duì)大的電感器來控制在某種程度。然而，這樣的大的電感器導(dǎo)致d類放大解決方案或組件的成本和大小的顯著增加。

所謂的多級(jí)pwm調(diào)制是d類音頻放大器的脈沖寬度調(diào)制的有利形式并且具有優(yōu)于傳統(tǒng)的ad和bd調(diào)制的許多益處，如在申請(qǐng)人的pct公開wo2012/055968中詳細(xì)描述的。這種多級(jí)pwm調(diào)制通常涉及各種類型的電路以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)中間直流供電電壓，例如位于所討論的d類音頻放大器的正和負(fù)直流供電軌或電壓之間的中間供電電壓級(jí)。一個(gè)或多個(gè)中間直流供電電壓是施加至揚(yáng)聲器以用于聲音再現(xiàn)的pwm驅(qū)動(dòng)信號(hào)的第三電壓電平和另外的電壓電平的低阻抗源。多級(jí)d類音頻放大器的輸出驅(qū)動(dòng)器或功率級(jí)至少包括四個(gè)串聯(lián)連接或級(jí)聯(lián)連接的可控制的半導(dǎo)體開關(guān)，例如mosfet，其中至少兩個(gè)中間電路節(jié)點(diǎn)位于一對(duì)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)互連處。一個(gè)或多個(gè)中間直流供電電壓必須與這些中間電路節(jié)點(diǎn)中的至少一些依次連接和斷開以準(zhǔn)確地產(chǎn)生所期望的多級(jí)pwm輸出信號(hào)。因此，在本領(lǐng)域中需要用于將一個(gè)或多個(gè)中間直流供電電壓與多級(jí)d類音頻放大器的輸出驅(qū)動(dòng)器或功率級(jí)的一個(gè)或多個(gè)中間電路節(jié)點(diǎn)依次連接和斷開的有效控制電路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一方面涉及一種用于將n級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供至揚(yáng)聲器的多級(jí)d類音頻功率放大器。該多級(jí)d類音頻功率放大器包括：

-第一輸出驅(qū)動(dòng)器包括：至少2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)，串聯(lián)耦接在第一直流供電軌和第二直流供電軌之間，其中至少2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)的控制端可連接至至少2*(n-1)個(gè)調(diào)制控制信號(hào)的相應(yīng)的一個(gè)，

-2*(n-2)個(gè)中間節(jié)點(diǎn)，介于串聯(lián)連接的2*(n-1)個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)之間，

-驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)或端子，布置在串聯(lián)連接的2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)的中點(diǎn)處并且可連接至揚(yáng)聲器的第一輸入端；

-(n-2)個(gè)直流輸入電壓節(jié)點(diǎn)，用于接收(n-2)個(gè)直流輸入電壓，

-開關(guān)矩陣，包括多個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)；該開關(guān)矩陣包括：至少(n-2)個(gè)開關(guān)輸入端，耦接至(n-2)個(gè)直流輸入電壓節(jié)點(diǎn)中的相應(yīng)的一個(gè)，以及至少2*(n-2)個(gè)開關(guān)輸出端，耦接至第一輸出驅(qū)動(dòng)器的2*(n-2)個(gè)中間節(jié)點(diǎn)中的相應(yīng)的一個(gè)，

-控制電路，被配置為：

根據(jù)第一輸出驅(qū)動(dòng)器的2*(n-1)個(gè)調(diào)制控制信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)將(n-2)個(gè)直流輸入電壓中的每個(gè)經(jīng)由開關(guān)矩陣依次連接至第一輸出驅(qū)動(dòng)器的2*(n-2)個(gè)中間節(jié)點(diǎn)的預(yù)定節(jié)點(diǎn)組；

n是等于3或大于3的正整數(shù)，即n>＝3。

該多級(jí)d類音頻功率放大器的示例性實(shí)施方式具有n＝3、n＝4、和n＝5的值。對(duì)于n＝3、4和5，第一輸出驅(qū)動(dòng)器相應(yīng)地分別包括至少4個(gè)、6個(gè)和8個(gè)級(jí)聯(lián)或串聯(lián)耦接的可控制的半導(dǎo)體開關(guān)，如以下參考附圖詳細(xì)公開的。第一輸出驅(qū)動(dòng)器的至少2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)中的每個(gè)可包括諸如pmos、nmos或ldmos功率晶體管的mosfet功率晶體管。在一些實(shí)施方式中，至少2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)中的一半可以被布置在第一輸出驅(qū)動(dòng)器的上部支路中并且每個(gè)包括pmos功率晶體管以簡(jiǎn)化pmos功率晶體管的柵極端子的柵極驅(qū)動(dòng)電路。至少2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)的剩余一半可以布置在第一輸出驅(qū)動(dòng)器的下部支路中并且每個(gè)包括nmos功率晶體管。然而，在替換的實(shí)施方式中，至少2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)中的全部可以是nmos功率晶體管。

因?yàn)殚_關(guān)矩陣基于可控制的半導(dǎo)體開關(guān)，所以開關(guān)矩陣能夠提供位于(n-2)個(gè)直流輸入電壓中的每個(gè)和第一輸出驅(qū)動(dòng)器的2*(n-2)個(gè)中間節(jié)點(diǎn)的預(yù)定節(jié)點(diǎn)組中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的雙向?qū)щ娐窂?，其具有相?duì)低電阻或阻抗。雙向?qū)щ娐窂娇砂▽?dǎo)通狀態(tài)或接通狀態(tài)下的一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)耦接的可控制的半導(dǎo)體開關(guān)。因此，在第一輸出驅(qū)動(dòng)器的特定中間節(jié)點(diǎn)連接至(n-2)個(gè)直流輸入電壓的特定輸入電壓時(shí)，相對(duì)小的串聯(lián)電阻或阻抗可以被添加至特定的直流輸入電壓。相對(duì)小的串聯(lián)電阻或阻抗允許通過驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確設(shè)置揚(yáng)聲器處的輸出電壓電平。此外，將第一輸出驅(qū)動(dòng)器的特定中間節(jié)點(diǎn)與(n-2)個(gè)直流輸入電壓的特定輸入電壓斷開是以非常有效的方式實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)殚_關(guān)矩陣的可控制的半導(dǎo)體開關(guān)在它們的非導(dǎo)通狀態(tài)或斷開狀態(tài)下具有典型的高阻抗。在該多級(jí)d類音頻功率放大器的一些實(shí)施方式中，開關(guān)矩陣在開關(guān)輸入端和開關(guān)輸出端之間使用單個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)，而其他實(shí)施方式在開關(guān)輸入端和開關(guān)輸出端之間使用具有幾個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)的更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，如以下參考附圖詳細(xì)公開的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，開關(guān)矩陣的多個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)中的每個(gè)可包括mosfet晶體管，例如nmos或pmos晶體管，該晶體管在非導(dǎo)通狀態(tài)下具有高阻抗以及在導(dǎo)通狀態(tài)下具有低的、基本對(duì)稱的阻抗。開關(guān)矩陣的多個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)中的一個(gè)或多個(gè)可包括ldmos晶體管。

該多級(jí)d類音頻功率放大器的一個(gè)實(shí)施方式包括集成電源，用于產(chǎn)生供正直流供電軌使用的直流電壓和至少(n-2)個(gè)直流輸入電壓，但是其他實(shí)施方式可以利用由外部電源電路產(chǎn)生的電源電壓。根據(jù)前一實(shí)施方式，多級(jí)d類音頻功率放大器包括多輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器，被配置為用于產(chǎn)生開關(guān)矩陣的(n-2)個(gè)直流輸入電壓節(jié)點(diǎn)處的至少(n-2)個(gè)直流輸入電壓。多輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器可被配置為例如通過利用縮放因子縮放耦接至第一輸出驅(qū)動(dòng)器的第一直流供電軌的電壓電平產(chǎn)生具有大致相等的電壓間隔的(n-2)個(gè)直流輸入電壓，縮放因子對(duì)于n＝3至n為(n-2)/[n-1]。多輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器可包括申請(qǐng)人的共同未決的歐洲專利申請(qǐng)no.14187490.9中公開的多輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器電路中的一個(gè)。因此，后者的多輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器電路可以方便地被配置為產(chǎn)生多個(gè)大致等間隔的直流輸出電壓，以分別連接至該多級(jí)d類音頻功率放大器的正直流供電軌和(n-2)個(gè)直流輸入電壓節(jié)點(diǎn)。多輸出dc-dc轉(zhuǎn)換器可被配置為產(chǎn)生1v-30v的范圍的最大直流電壓，諸如2v-20v之間或更優(yōu)選地，1v-10v之間。最大直流電壓可以施加至該多級(jí)d類音頻功率放大器的正直流供電軌。多輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器電路可以例如被配置為產(chǎn)生10v和5v或10v、6.67v、3.33v等的直流輸出電壓，其中10v對(duì)應(yīng)于取決于特定應(yīng)用要求和n的值的最大直流電壓，具有使用少量的單獨(dú)的部件的高能量轉(zhuǎn)換效率。

多級(jí)d類音頻功率放大器的控制電路可以包括多相脈沖寬度調(diào)制器，被配置為產(chǎn)生用于第一輸出驅(qū)動(dòng)器的至少2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)的控制端的至少2*(n-1)個(gè)調(diào)制控制信號(hào)。多相脈沖寬度調(diào)制器可被配置為產(chǎn)生至少(n-1)個(gè)單獨(dú)的相位的脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)。至少(n-1)個(gè)單獨(dú)的相位的脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)可以用于得出用于第一輸出驅(qū)動(dòng)器的至少2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)的相應(yīng)的控制端的合適的調(diào)制控制信號(hào)。多相脈沖寬度調(diào)制器可以例如被配置為產(chǎn)生2個(gè)、3個(gè)或4個(gè)單獨(dú)相位的脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)，其中兩個(gè)單獨(dú)的相位可以相對(duì)相移大致180度，三個(gè)單獨(dú)的相位可以相對(duì)相移大致120度并且四個(gè)單獨(dú)的相位可以相對(duì)相移大致90度，并且對(duì)于甚至更多的單獨(dú)的相位以此類推?？刂齐娐房梢赃M(jìn)一步被配置為產(chǎn)生用于開關(guān)矩陣的多個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)的相應(yīng)的控制端的脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)。用于開關(guān)矩陣的半導(dǎo)體開關(guān)的脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)可以從第一輸出驅(qū)動(dòng)器的至少2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)的調(diào)制控制信號(hào)以相對(duì)簡(jiǎn)單的方式得出，如以下參考附圖詳細(xì)公開的。

控制電路的多相脈沖寬度調(diào)制器可包括兩個(gè)或多個(gè)比較器，每個(gè)比較器具有第一輸入端，耦接至多級(jí)d類音頻功率放大器的音頻信號(hào)；以及第二輸入端，耦接至三角形或鋸齒波發(fā)生器以便在比較器輸出端處產(chǎn)生至少兩個(gè)單獨(dú)相位的脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)?？刂齐娐房砂ǜ鞣N類型反相器和數(shù)字邏輯以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)的反相的復(fù)制品。由這些波發(fā)生器產(chǎn)生的三角形或鋸齒形信號(hào)的頻率設(shè)定多級(jí)d類音頻功率放大器的調(diào)制或載波頻率。三角形或鋸齒形信號(hào)的頻率可以例如位于100khz和1mhz之間。

多級(jí)d類音頻功率放大器可包括h橋、或差分/btl、輸出驅(qū)動(dòng)器拓?fù)湟蕴峁┛缃訐P(yáng)聲器的第一輸入端和第二輸入端(例如，跨接揚(yáng)聲器的音圈)的差分驅(qū)動(dòng)信號(hào)。根據(jù)這個(gè)實(shí)施方式，多級(jí)d類音頻功率放大器包括可以與第一輸出驅(qū)動(dòng)器大致相同的第二輸出驅(qū)動(dòng)器以及第二開關(guān)矩陣。因此，具有h橋或差分/btl、輸出驅(qū)動(dòng)器的多級(jí)d類音頻放大器可以進(jìn)一步包括：

第二輸出驅(qū)動(dòng)器，其包括：

至少2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)，串聯(lián)耦接在第一直流供電軌和第二直流供電軌之間，其中，至少2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)的控制端可連接至至少2*(n-1)個(gè)調(diào)制控制信號(hào)中的相應(yīng)的一個(gè)，

2*(n-2)個(gè)中間節(jié)點(diǎn)，介于第二輸出驅(qū)動(dòng)器的串聯(lián)連接的2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)之間，

第二驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)或端子，布置在串聯(lián)的2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)的中點(diǎn)處并且可連接至揚(yáng)聲器的第二輸入端；

第二開關(guān)矩陣，包括多個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)；該開關(guān)矩陣包括至少(n-2)個(gè)開關(guān)輸入端，耦接至(n-2)個(gè)直流輸入電壓節(jié)點(diǎn)中的相應(yīng)的一個(gè)，以及至少2*(n-2)個(gè)開關(guān)輸出端，耦接至第二輸出驅(qū)動(dòng)器的2*(n-2)個(gè)中間節(jié)點(diǎn)中的相應(yīng)的一個(gè)；其中，第二輸出驅(qū)動(dòng)器的至少2*(n-1)個(gè)調(diào)制控制信號(hào)中的每個(gè)是相對(duì)于第一輸出驅(qū)動(dòng)器的相應(yīng)的調(diào)制控制信號(hào)反相的。

該多級(jí)d類音頻功率放大器的示例性實(shí)施方式，其中n＝3，可以包括：

-第一輸出驅(qū)動(dòng)器，包括串聯(lián)耦接在第一直流供電軌和第二直流供電軌之間的第一、第二、第三和第四可控制的半導(dǎo)體開關(guān)。第一、第二、第三和第四可控制的半導(dǎo)體開關(guān)的相應(yīng)的控制端可連接至、或連接至至少4個(gè)調(diào)制控制信號(hào)中的相應(yīng)的一個(gè)；其中第一輸出驅(qū)動(dòng)器包括布置在第一和第二串聯(lián)連接的可控制的半導(dǎo)體開關(guān)之間的第一中間節(jié)點(diǎn)和布置在第三和第四串聯(lián)連接的可控制的半導(dǎo)體開關(guān)之間的第二中間節(jié)點(diǎn)。開關(guān)矩陣可以包括：

第五可控制的半導(dǎo)體開關(guān)，包括，開關(guān)輸入端，耦接至第一直流輸入電壓節(jié)點(diǎn)；以及開關(guān)輸出端，耦接至第一輸出驅(qū)動(dòng)器的第一中間節(jié)點(diǎn)，以及第六可控制的半導(dǎo)體開關(guān)，包括：開關(guān)輸入端，耦接至第一直流輸入電壓節(jié)點(diǎn)；以及開關(guān)輸出端，耦接至第一輸出驅(qū)動(dòng)器的第二中間節(jié)點(diǎn)；并且控制電路被配置為：

依次根據(jù)第五可控制的半導(dǎo)體開關(guān)的調(diào)制控制信號(hào)將第一直流輸入電壓連接至第一中間節(jié)點(diǎn)并且依次根據(jù)第六可控制的半導(dǎo)體開關(guān)的調(diào)制控制信號(hào)將第一直流輸入電壓連接至第二中間節(jié)點(diǎn)；其中第五和第六可控制的半導(dǎo)體開關(guān)的調(diào)制控制信號(hào)是基本反相的。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，第一輸出驅(qū)動(dòng)器的至少2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)和開關(guān)矩陣的多個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)以及可選地控制電路和第二輸出驅(qū)動(dòng)器，可以例如單片集成在硅半導(dǎo)體基板上。這提供可該多級(jí)d類音頻功率放大器的低成本的并且緊湊的實(shí)施方式。

附圖說明

以下結(jié)合附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的各種實(shí)施方式，附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于將n級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供至揚(yáng)聲器的多級(jí)d類音頻功率放大器的簡(jiǎn)化框圖，

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的多級(jí)d類音頻功率放大器的第一輸出驅(qū)動(dòng)器和開關(guān)矩陣的簡(jiǎn)化電路圖，圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的3級(jí)單端d類音頻功率放大器的簡(jiǎn)化框圖，

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的具有h橋或差分輸出的3級(jí)d類音頻功率放大器的簡(jiǎn)化框圖，

圖4a示出基于h橋輸出級(jí)的4級(jí)d類音頻功率放大器中使用的示例性4相位pwm調(diào)制器和pwm調(diào)制控制信號(hào)，

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的具有單端輸出的4級(jí)d類音頻功率放大器的簡(jiǎn)化框圖，

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的具有h橋或差分輸出的4級(jí)d類音頻功率放大器的簡(jiǎn)化框圖，

圖7示出在具有單端或h橋輸出驅(qū)動(dòng)的4級(jí)d類音頻功率放大器中使用的可替換的開關(guān)矩陣；以及

圖8示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式的具有單端輸出的5級(jí)d類音頻功率放大器的簡(jiǎn)化示意電路圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的用于將n級(jí)(n個(gè)電平)驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供至揚(yáng)聲器50的多級(jí)d類音頻功率放大器100的頂層框圖。多級(jí)d類音頻功率放大器包括h橋或差分輸出，用于將第一和第二互補(bǔ)n級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(vsw_a和vsw_b)提供至揚(yáng)聲器的第一和第二端子以將音頻驅(qū)動(dòng)電流和電壓提供至揚(yáng)聲器的音圈。該多級(jí)d類音頻功率放大器的其他實(shí)施方式可包括單端輸出，將n級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供至揚(yáng)聲器的一個(gè)端子，而將中間供電直流參考電壓提供至另一個(gè)揚(yáng)聲器端子，如以下另外的細(xì)節(jié)中論述的。n是大于或等于3的正整數(shù)，使得根據(jù)本發(fā)明的多級(jí)d類音頻功率放大器可被配置為將3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)和甚至更多級(jí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供至揚(yáng)聲器。

多級(jí)d類音頻功率放大器100包括功率級(jí)或輸出電路40，該功率級(jí)或輸出電路可包括第一輸出驅(qū)動(dòng)器以及可選的第二輸出驅(qū)動(dòng)器，具有如上所述的耦接至揚(yáng)聲器50的第一輸出vsw_a和第二輸出vsw_b。跨接揚(yáng)聲器50的驅(qū)動(dòng)電壓包括n級(jí)，其中n是正整數(shù)>＝3。第一輸出驅(qū)動(dòng)器可包括至少2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)，串聯(lián)耦接在正直流供電軌pvdd和負(fù)直流供電軌(例如音頻功率放大器100的接地電位(如指出的))之間。至少2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)的控制端(未示出)被連接至至少2*(n-1)個(gè)調(diào)制控制信號(hào)中的相應(yīng)的一個(gè)，如以下更詳細(xì)地論述的。多級(jí)d類音頻功率放大器100包括開關(guān)矩陣30，該開關(guān)矩陣包括多個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)(未示出)，諸如在相應(yīng)的柵極端子處由它們相應(yīng)的控制電壓控制的mosfet晶體管。開關(guān)矩陣30可包括至少(n-2)個(gè)開關(guān)輸入端，耦接至(n-2)個(gè)直流輸入電壓節(jié)點(diǎn)中的相應(yīng)的一個(gè)-在這里由線路(n-2)/(n-1)*pvdd和線路1/(n-1)*pvdd等示出。因此，多輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器20被配置為產(chǎn)生(n-2)個(gè)基本等間隔的直流輸入電壓，用于耦接至開關(guān)矩陣30的(n-2)個(gè)開關(guān)輸入端中的相應(yīng)的一個(gè)。這種電壓縮放通過利用縮放因子(對(duì)于n＝3至n，為(n-2)/[n-1])劃分或縮放上部或第一直流供電電壓pvdd來執(zhí)行。n可以例如是3、4、5或6以形成該多級(jí)d類音頻功率放大器100的多個(gè)有吸引力的實(shí)施方式，如以下更詳細(xì)地論述的。開關(guān)矩陣30包括至少2*(n-2)個(gè)開關(guān)輸出端，out1、out2、out3、outp等，耦接至第一輸出驅(qū)動(dòng)器的2*(n-2)個(gè)中間節(jié)點(diǎn)中的相應(yīng)的一個(gè)。開關(guān)矩陣30可包括開關(guān)矩陣控制電路(未示出)，其確定開關(guān)矩陣30的(n-2)個(gè)開關(guān)輸入端以及由此相應(yīng)的(n-2)個(gè)直流輸入電壓如何以及何時(shí)經(jīng)由至少2*(n-2)個(gè)開關(guān)輸出端耦接至第一輸出驅(qū)動(dòng)器的2*(n-2)個(gè)中間節(jié)點(diǎn)。開關(guān)矩陣控制電路被配置為根據(jù)第一輸出驅(qū)動(dòng)器的2*(n-1)個(gè)調(diào)制控制信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)，將(n-2)個(gè)直流輸入電壓中的每個(gè)經(jīng)由開關(guān)矩陣30依次連接至第一輸出驅(qū)動(dòng)器的2*(n-2)個(gè)中間節(jié)點(diǎn)的預(yù)定節(jié)點(diǎn)組。每個(gè)直流輸入電壓連接至的第一輸出驅(qū)動(dòng)器的預(yù)定中間節(jié)點(diǎn)組根據(jù)所指的直流輸入電壓的電壓電平并且根據(jù)n變化，如以下在參考圖2的節(jié)點(diǎn)切換概述的另外細(xì)節(jié)中描述的。

電源10可以通過利用合適的直流供電電壓向多輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器20的輸入端22饋電，來將可操作的功率和電壓提供至多級(jí)d類音頻功率放大器100。電源10可包括可充電電池和/或電力網(wǎng)(mains，干線)連接的電源電路，例如ac/dc開關(guān)式電源。多輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器20可包括申請(qǐng)人的共同未決的歐洲專利申請(qǐng)no.14187490.9中公開的多輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器電路中的一個(gè)。后者的多輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器電路可以方便地被配置為產(chǎn)生多個(gè)基本等間隔的直流輸出電壓，例如10v、5v和0v或10v、6.67v、3.33v等，使用少量單獨(dú)的部件而具有高能量轉(zhuǎn)換效率。

圖2示出耦接至示例性開關(guān)矩陣230的功率級(jí)40的以上論述的第一輸出驅(qū)動(dòng)器240的簡(jiǎn)化電路圖。第一輸出驅(qū)動(dòng)器240包括串聯(lián)或級(jí)聯(lián)耦接在正直流供電軌pvdd和接地電位或接地節(jié)點(diǎn)241之間的2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)q[2*(n-1)-1]～q[2*(n-1)-2]。2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)q[2*(n-1)-1]～q[2*(n-1)-2]的柵極輸入端或端子被連接到至少2*(n-1)個(gè)調(diào)制控制信號(hào)中的相應(yīng)的一個(gè)，如以下參考示例性3級(jí)脈沖寬度調(diào)制d類音頻功率放大器300更詳細(xì)解釋的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，2*(n-1)個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)q[2*(n-1)-1]～q[2*(n-1)-2]中的每個(gè)可包括諸如igbt或fet功率晶體管的功率晶體管，例如諸如pmos、nmos或dmos功率晶體管的mosfet功率晶體管。在第一輸出驅(qū)動(dòng)器240的一個(gè)實(shí)施方式中，對(duì)于給定尺寸的晶體管，可控制的半導(dǎo)體開關(guān)q[2*(n-1)-1]～q[2*(n-1)-2]中的每個(gè)包括nmos晶體管，這是因?yàn)槠涞蛯?dǎo)通電阻。正直流供電軌pvdd可以具有1v和30v之間的電平。第一輸出驅(qū)動(dòng)器240包括介于串聯(lián)連接的2*(n-1)個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)或功率晶體管[2*(n-1)-1]～q[2*(n-1)-2]之間的2*(n-2)個(gè)中間節(jié)點(diǎn)vp[n-1]～vn[n-1]。第一輸出驅(qū)動(dòng)器240另外包括布置在串聯(lián)連接的2*(n-1)個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)的中點(diǎn)處(例如，在最接近中心的功率晶體管q1和q0的互連漏極節(jié)點(diǎn)處)的驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)或端子vsw。驅(qū)動(dòng)器輸出端子vsw將先前論述的n級(jí)輸出信號(hào)傳送至揚(yáng)聲器以將音頻驅(qū)動(dòng)電流和電壓提供至揚(yáng)聲器的音圈。多級(jí)d類音頻功率放大器可包括連接在驅(qū)動(dòng)器輸出端子vsw和揚(yáng)聲器的輸入端子之間的低通濾波器以移去或抑制n級(jí)輸出信號(hào)的載波信號(hào)分量，并且由此保護(hù)揚(yáng)聲器免受潛在有害的超聲波信號(hào)的過大的電平。第一輸出驅(qū)動(dòng)器240的2*(n-2)個(gè)中間節(jié)點(diǎn)vp[n-1]～vn[n-1]被連接至開關(guān)矩陣230的2*(n-2)開關(guān)輸出端中的相應(yīng)的一個(gè)，使得每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)的直流電壓可以被臨時(shí)設(shè)置為在開關(guān)矩陣230的特定輸入端處可用的特定直流輸入電壓。開關(guān)矩陣230包括連接至(n-2)個(gè)等間隔的直流輸入電壓vdc1、vdc2、vdc3、vdc4、vdc(n-2)的相應(yīng)的一個(gè)的至少(n-2)個(gè)開關(guān)輸入端，如以上論述的。如上所述，開關(guān)矩陣控制電路(未示出)被配置為根據(jù)第一輸出驅(qū)動(dòng)器的2*(n-1)個(gè)調(diào)制控制信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)，將(n-2)個(gè)直流輸入電壓中的每個(gè)經(jīng)由開關(guān)矩陣230依次連接至第一輸出驅(qū)動(dòng)器240的2*(n-2)個(gè)中間節(jié)點(diǎn)vp[n-1]～vn[n-1]的預(yù)定節(jié)點(diǎn)組。表260指出對(duì)于n的每個(gè)值和中間節(jié)點(diǎn)vn1、vn2、vn3、vn4、vn[n-1]中的每個(gè)，在第一輸出驅(qū)動(dòng)器240的操作過程中所討論的中間節(jié)點(diǎn)通過2*(n-1)個(gè)調(diào)制控制信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)臨時(shí)連接至哪個(gè)直流輸入電壓。對(duì)于3級(jí)調(diào)制，下部支路的最里面的功率晶體管q0的漏極節(jié)點(diǎn)vn1例如臨時(shí)耦接至vdc1，并且vdc1優(yōu)選地是中間供電的直流電壓，其直流電壓電平是第一直流輸入電壓pvdd的一半，假定第二直流輸入電壓是接地電位，如示出的。隨著n的值的增加，最里面的功率晶體管q0的漏極節(jié)點(diǎn)vn1臨時(shí)連接至的不同的直流輸入電壓的數(shù)量線性地增加，使得在n＝6的情況下，漏極節(jié)點(diǎn)vn1臨時(shí)并選擇性地連接至vdc1、vdc2、vdc3和vdc4。第一輸出驅(qū)動(dòng)器240的上部支路的中間節(jié)點(diǎn)vp1、vp2、vp3、vp4、vp[n-1]中的每個(gè)以與下部支路的相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)vn1、vn2、vn3、vn4、vn[n-1]相反的相位/反相地驅(qū)動(dòng)。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的3級(jí)單端d類音頻功率放大器300的簡(jiǎn)化框圖。3級(jí)單端d類音頻功率放大器300包括可選的雙輸出升壓dc-dc功率轉(zhuǎn)換器320。雙輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器320被配置為在正直流供電軌pvdd處產(chǎn)生第一直流輸出電壓以供輸出驅(qū)動(dòng)器340使用。雙輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器320進(jìn)一步被配置為用于產(chǎn)生第二直流輸出電壓1/2pvdd，該第二直流輸出電壓被施加至單端d類音頻功率放大器300的開關(guān)矩陣330的單個(gè)直流輸入電壓節(jié)點(diǎn)312。第二直流輸出電壓1/2pvdd的電平可以是正直流供電軌pvdd的電平的大約二分之一。第一平滑電容器c4優(yōu)選地耦接至正直流供電軌pvdd，并且第二平滑電容器c3優(yōu)選地耦接至1/2pvdd。在單端d類音頻功率放大器300的本實(shí)施方式中，輸出驅(qū)動(dòng)器340包括串聯(lián)耦接在正直流供電軌pvdd和作為接地電位的負(fù)直流供電軌之間的四個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)，或縮寫為scs，qa0、qa1、qa2和qa3。輸出驅(qū)動(dòng)器340的第一支路包括第一可控制的scs，qa0，具有連接至接地電位的第一端(例如，源極端子)并且具有連接至輸出驅(qū)動(dòng)器340的第一中間節(jié)點(diǎn)301的第二端(例如，漏極端子)；以及第二可控制的scs，qa1，具有連接至第一中間節(jié)點(diǎn)301的第一端并且具有連接至驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a的第二端。輸出驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a可連接至揚(yáng)聲器350的端子或輸入端以用于聲音再現(xiàn)。在圖3中示出的d類音頻功率放大器300的使用過程中，另一個(gè)揚(yáng)聲器端子被連接至中間供電電平1/2pvdd。因此，跨接揚(yáng)聲器350的電壓是vsw_a-1/2pvdd。輸出驅(qū)動(dòng)器340的第二支路包括第三可控制的scs，qa2，具有連接至驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a的第一端并且具有連接至第二中間節(jié)點(diǎn)302的第二端；以及第四可控制的scs，qa3，具有連接至第二中間節(jié)點(diǎn)302的第一端并且具有連接至正直流供電電壓軌pvdd的第二端。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，輸出驅(qū)動(dòng)器340的第一、第二、第三和第四可控制的半導(dǎo)體開關(guān)中的每個(gè)均可包括諸如pmos、nmos或ldmos功率晶體管的mosfet功率晶體管。

開關(guān)矩陣330包括耦接至單個(gè)直流輸入電壓節(jié)點(diǎn)312的單個(gè)開關(guān)輸入端以及以第五scs，qa4和第六scs，qa5的形式的兩個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)。第五scs，qa4的第一端(例如，漏極端子)連接至輸出驅(qū)動(dòng)器340的第一中間節(jié)點(diǎn)301并且qa4的第二端連接至節(jié)點(diǎn)312處的開關(guān)輸入端以接收中間供電電平1/2pvdd。第六scs，qa5具有連接至開關(guān)輸入端的第一端和連接至輸出驅(qū)動(dòng)器340的第二中間節(jié)點(diǎn)302的第二端。六個(gè)可控制的scsqa0～qa5中的每個(gè)具有控制端子，例如柵極端子，用于根據(jù)合適的控制信號(hào)在導(dǎo)通/接通狀態(tài)與非導(dǎo)通/斷開狀態(tài)之間切換所討論的scs。在操作中，雙輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器320產(chǎn)生第一直流輸出電壓pvdd和第二直流輸出電壓1/2pvdd，以便為輸出驅(qū)動(dòng)器340和開關(guān)矩陣330提供電力，并且因此將等間隔的dc電壓提供至后面的電路。雙輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器320可以由電力輸入端310處的任何合適的電源(例如可充電電池或電池組(vbat))供電。為了在驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a處產(chǎn)生放大音頻信號(hào)，六個(gè)可控制的scsqa0～qa5的scs控制端由相應(yīng)的調(diào)制控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)，例如，如波形圖360中所示。調(diào)制控制信號(hào)由控制電路370產(chǎn)生，該控制電路在其中包括多相pwm調(diào)制器。輸入音頻信號(hào)vmod被施加至兩個(gè)比較器311，312的相應(yīng)的非反相輸入。兩個(gè)比較器311，312的相應(yīng)的反相輸入接收互補(bǔ)的三角波形信號(hào)，即相反極性的波形。提供至輸出驅(qū)動(dòng)器340的scsqa0至qa3以及開關(guān)矩陣330的scsqa4至qa5的調(diào)制控制信號(hào)qa0～qa5的最終波形均在波形圖360中描繪。此外，波形圖360示出在驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a處的結(jié)果電壓，跨接揚(yáng)聲器350的結(jié)果電壓vsw_a-1/2pvdd，在第二中間節(jié)點(diǎn)302處的結(jié)果電壓vpa以及在第一中間節(jié)點(diǎn)301處的結(jié)果電壓vna——所有這些均反映控制電路370的操作。

因此，用于qa4至qa5的調(diào)制控制信號(hào)具有相反的極性和大致180度的相移，而用于scsqa3至qa4的調(diào)制控制信號(hào)具有相同的極性和大致0度的相移。qa1至qa2的調(diào)制控制信號(hào)具有相反的極性和180度的相移。

因此，施加至開關(guān)矩陣330的開關(guān)輸入端312的第二直流輸出電壓(1/2pvdd)被依次連接至第一中間節(jié)點(diǎn)301和第二中間節(jié)點(diǎn)302。第二直流輸出電壓1/2pvdd在qa4是導(dǎo)通的并且qa5是非導(dǎo)通時(shí)，通過qa4的導(dǎo)通電阻被連接至第一中間節(jié)點(diǎn)301。同樣地，第二直流輸出電壓1/2pvdd在qa5是導(dǎo)通的并且qa4是非導(dǎo)通時(shí)，通過qa5的導(dǎo)通電阻被連接至第二中間節(jié)點(diǎn)302。qa4至qa5的調(diào)制控制信號(hào)的相反極性確保了在任意給定時(shí)間這些scs中的僅一個(gè)導(dǎo)通。控制電路370優(yōu)選地被配置為將輸出驅(qū)動(dòng)器340依次放置在分別如321、322和323的至少三個(gè)不同的狀態(tài)或配置下，如在圖3的波形圖360上指出的。

在第一狀態(tài)321下，qa0、qa2和qa5是非導(dǎo)通的，而qa1、qa3和qa4是導(dǎo)通的-其中相應(yīng)的波形指出在相關(guān)聯(lián)的可控制的半導(dǎo)體開關(guān)的控制端子處所指的調(diào)制控制信號(hào)的邏輯電平。在第二狀態(tài)322下，qa1、qa3和qa4是非導(dǎo)通的，而qa0、qa2和qa5是導(dǎo)通的。在第三狀態(tài)或配置323下，qa1、qa3和qa4是非導(dǎo)通的，而qa0、qa2和qa5是導(dǎo)通的。控制電路370優(yōu)選地被配置為在輸出驅(qū)動(dòng)器340的至少操作時(shí)段過程中，將輸出驅(qū)動(dòng)器在這三個(gè)狀態(tài)321、322、323之間如下依次切換：第一狀態(tài)321→第二狀態(tài)322→第三狀態(tài)323→第二狀態(tài)322→第一狀態(tài)321。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的具有h橋或差分/btl輸出驅(qū)動(dòng)器拓?fù)涞?級(jí)d類音頻功率放大器400的簡(jiǎn)化框圖。3級(jí)d類音頻功率放大器400包括可選的雙輸出升壓dc-dc功率轉(zhuǎn)換器420。雙輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器420可以與以上結(jié)合本發(fā)明的第一實(shí)施方式所描述的雙輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器320大致相同。同樣地，雙輸出升壓dc-dc功率轉(zhuǎn)換器420的電源410可以與先前論述的電源310相同。輸出驅(qū)動(dòng)器440包括以所謂的h橋或btl拓?fù)渑渲玫膬蓚€(gè)單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器電路，具有和先前論述的輸出驅(qū)動(dòng)器340和開關(guān)矩陣330大不相同的相關(guān)聯(lián)的開關(guān)矩陣。輸出驅(qū)動(dòng)器440的第一驅(qū)動(dòng)器部包括串聯(lián)耦接在正直流供電軌pvdd和負(fù)直流供電軌(在本實(shí)施方式中是接地電位)之間的四個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)qa0、qa1、qa2和qa3。開關(guān)矩陣包括可控制的scsqa4和qa5。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，該d類音頻功率放大器400的第一驅(qū)動(dòng)器部和相關(guān)聯(lián)的開關(guān)矩陣的部件和操作的特性可以與以上論述的本發(fā)明的第一實(shí)施方式的輸出驅(qū)動(dòng)器340和開關(guān)矩陣330的那些相同。具體地，提供至輸出驅(qū)動(dòng)器440的scsqa0至qa3和開關(guān)矩陣的scsqa4至qa5的相應(yīng)的控制端的調(diào)制控制信號(hào)qa0-qa5的波形可以與波形圖360上描繪的相應(yīng)的波形相同。調(diào)制控制信號(hào)可以通過與第一實(shí)施方式的控制電路370相似的控制電路(未示出)產(chǎn)生，但是該控制電路具有用于h橋輸出驅(qū)動(dòng)器440的某些額外的邏輯電路，如以下論述的。與第一輸出驅(qū)動(dòng)器340相比，輸出驅(qū)動(dòng)器440包括第二驅(qū)動(dòng)器部，該第二驅(qū)動(dòng)器部包括串聯(lián)耦接在正直流供電軌pvdd和負(fù)直流供電軌(接地)之間的四個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)qa6、qa7、qa8和qa9。第二開關(guān)矩陣包括可控制的scsqa10和qa11。當(dāng)然，第一和第二開關(guān)矩陣可以被視為3級(jí)d類音頻功率放大器400的單個(gè)的更大的開關(guān)矩陣。輸出驅(qū)動(dòng)器440的第一驅(qū)動(dòng)器部和第二驅(qū)動(dòng)器部?jī)?yōu)選地是大致相同的。第一驅(qū)動(dòng)器部包括第一中間節(jié)點(diǎn)401和第二中間節(jié)點(diǎn)402并且第二驅(qū)動(dòng)器部包括第三中間節(jié)點(diǎn)403和第四中間節(jié)點(diǎn)404。

輸出驅(qū)動(dòng)器440包括第一驅(qū)動(dòng)器部的qa1和qa2之間的互連節(jié)點(diǎn)421處的第一驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a以及第二驅(qū)動(dòng)器部的qa7和qa8之間的互連節(jié)點(diǎn)422處的第二驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_b。第一和第二驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a，vsw_b根據(jù)跨接第一和第二驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a，vsw_b的差分和調(diào)制驅(qū)動(dòng)電壓的音頻信號(hào)分量，可連接至揚(yáng)聲器450的一對(duì)揚(yáng)聲器端子以用于聲音再現(xiàn)。

多相pwm調(diào)制器被配置為產(chǎn)生或得出用于第二驅(qū)動(dòng)器部的調(diào)制控制，其相對(duì)于在波形圖360上描繪的相應(yīng)的調(diào)制控制信號(hào)qa0～qa5是反相的。因此，施加至qa6的柵極端子的調(diào)制控制信號(hào)相對(duì)于調(diào)制控制信號(hào)qa0是反相的或者相反的極性的，并且施加至qa7的柵極端子的調(diào)制控制信號(hào)相對(duì)于波形圖360上的調(diào)制控制信號(hào)qa1是反相的，并且以此類推。因此，第一和第二驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a，vsw_b處的輸出電壓是反相的，并且與由以上論述的單端d類音頻功率放大器300產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)電壓相比提供跨接揚(yáng)聲器450的加倍的驅(qū)動(dòng)電壓。

在又一個(gè)實(shí)施方式中，結(jié)合圖4示意性地示出，包括四相pwm調(diào)制器的控制電路470被配置為產(chǎn)生或得出用于第二驅(qū)動(dòng)器部的qa6～qa11的pwm調(diào)制控制，其相對(duì)于波形圖360上描繪的用于qa0～qa5的相應(yīng)調(diào)制控制信號(hào)是反相的并且具有大致90度的相移，以提供跨接第一和第二驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a，vsw_b的pwm驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該pwm驅(qū)動(dòng)信號(hào)包括由第一和第二驅(qū)動(dòng)器部的調(diào)制控制的反相特性提供的5個(gè)不同的電壓電平，而不是3個(gè)不同的電壓電平。

表1，以下列出用于scsqa1至qa11的調(diào)制控制的相對(duì)相位和極性。在以下表1和表2中，“極性”列中的(+)指的是非反相調(diào)制控制信號(hào)并且“極性”列中的(-)指的是相對(duì)于(+)的反相調(diào)制控制信號(hào)。因此，例如，用于qa0和qa3的調(diào)制控制信號(hào)是反相的或互補(bǔ)的，并且例如，用于qa1和qa2的調(diào)制控制信號(hào)是反相的或互補(bǔ)的。

提供至h橋輸出驅(qū)動(dòng)器和開關(guān)矩陣的scsqa0～qa11的相應(yīng)的控制端的pwm調(diào)制控制信號(hào)qa0～qa11的結(jié)果波形均在波形圖460中描繪。此外，波形圖460示出跨接驅(qū)動(dòng)器輸出的結(jié)果驅(qū)動(dòng)電壓。

表1

控制電路470可以被配置為：在輸出驅(qū)動(dòng)器440的至少一操作時(shí)段過程中，使輸出驅(qū)動(dòng)器在波形圖460上指出的四個(gè)配置或狀態(tài)521、522、523、524之間如下依次切換：第一配置521→第二配置522→第三配置523→第四配置524→第一配置521。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的4級(jí)單端d類音頻功率放大器500的簡(jiǎn)化框圖。因此，n＝4。4級(jí)單端d類音頻功率放大器500可包括多輸出升壓dc-dc功率轉(zhuǎn)換器520。多輸出升壓dc-dc功率轉(zhuǎn)換器520被配置為產(chǎn)生第一直流輸出電壓pvdd，以用于d類音頻功率放大器500的單端輸出驅(qū)動(dòng)器540的正直流供電軌。多輸出升壓dc-dc功率轉(zhuǎn)換器520進(jìn)一步被配置為用于產(chǎn)生第二直流輸出電壓2/3pvdd，施加至d類音頻功率放大器500的開關(guān)矩陣530的第一開關(guān)輸入端523。第二直流輸出電壓2/3pvdd的電壓電平或幅度可以是正直流供電軌pvdd的電平的大約三分之二。多輸出升壓dc-dc功率轉(zhuǎn)換器520進(jìn)一步產(chǎn)生第三直流輸出電壓1/3pvdd，施加至開關(guān)矩陣的第二開關(guān)輸入端521。第三直流輸出電壓1/3pvdd的電壓電平或幅度可以是正直流供電軌pvdd的電平的大約三分之一。多輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器520可包括申請(qǐng)人的共同未決的歐洲專利申請(qǐng)no.14187490.9中公開的多輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器電路中的一個(gè)。

單端輸出驅(qū)動(dòng)器540包括串聯(lián)/級(jí)聯(lián)地耦接或連接在正直流供電軌pvdd和負(fù)直流供電軌(在d類音頻功率放大器500的本實(shí)施方式中是接地電位)之間的六個(gè)可控制的scsqa0、qa1、qa2、qa3、qa4、qa5和qa6。單端輸出驅(qū)動(dòng)器540包括中間節(jié)點(diǎn)501、502、503、504。輸出驅(qū)動(dòng)器540的第一支路包括qa0、qa1和qa2，其中的每個(gè)均可包括nmos或ldmos晶體管。qa2的漏極端子被連接至驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a。輸出驅(qū)動(dòng)器540的第二支路包括qa3、qa4、qa5，其中的每個(gè)均可包括pmos或ldmos晶體管。qa3的漏極端子被連接至驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a。驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a可連接至揚(yáng)聲器550的端子或輸入端以用于聲音再現(xiàn)。在d類音頻功率放大器500的使用過程中，另一個(gè)揚(yáng)聲器端子可以連接至第二直流輸出電壓1/3pvdd。因此，跨接揚(yáng)聲器550的驅(qū)動(dòng)電壓是vsw_a-1/3pvdd。輸出驅(qū)動(dòng)器540的第二支路包括qa4、qa5和qa6，其中qa3具有連接至驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a的第一端或漏極端子。qa3的第二端被連接至在第三中間節(jié)點(diǎn)503處的qa4。qa5具有連接至正直流供電軌pvdd的源極端子，以及連接至第四中間節(jié)點(diǎn)504處的qa4的源極的漏極端子。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，輸出驅(qū)動(dòng)器540的第一至第六可控制的半導(dǎo)體開關(guān)中的每個(gè)均可以包括諸如pmos、nmos或ldmos功率晶體管的mosfet功率晶體管。

開關(guān)矩陣530包括耦接至升壓dc-dc轉(zhuǎn)換器520的第二和第三直流輸出電壓的相應(yīng)的一個(gè)的先前論述的第一和第二開關(guān)輸入端523，521。此外，開關(guān)矩陣530包括連接至輸出驅(qū)動(dòng)器540的相應(yīng)的中間節(jié)點(diǎn)501、502、503、504的至少四個(gè)開關(guān)輸出端511、512、513、514。開關(guān)矩陣530包括以qa6、qa7、qa8、qa9、qa10和qa11的形式的本實(shí)施方式中的六個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)。十一個(gè)可控制的scsqa0～qa11中的每個(gè)均具有控制端，諸如柵極端子，用于根據(jù)合適的調(diào)制控制信號(hào)(例如如上所述的pwm調(diào)制控制信號(hào))使所論述的scs在導(dǎo)通/接通狀態(tài)和非導(dǎo)通/斷開狀態(tài)之間切換。在操作中，多輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器520產(chǎn)生第一、第二和第三直流輸出電壓pvdd、2/3pvdd和1/3pvdd，以為輸出驅(qū)動(dòng)器540和開關(guān)矩陣530提供電力，并且因此將一組等間隔的直流電壓提供至后面的電路。雙輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器520可以由任何合適的電源供電，例如可充電電池或電池組(vbat)510。為了在驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a處產(chǎn)生放大音頻信號(hào)，六個(gè)可控制的scsqa0～qa5的scs控制端由結(jié)合本發(fā)明的第二實(shí)施方式和相應(yīng)的波形圖360在之前論述的相應(yīng)的調(diào)制控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)。在操作過程中，開關(guān)矩陣530通過將合適的信號(hào)電平施加至開關(guān)矩陣530的scsqa6、qa7、qa8、qa9、qa10和qa11的控制端，將第二中間節(jié)點(diǎn)502依次連接至第二和第三直流輸出電壓2/3pvdd和1/3pvdd并且將第三中間節(jié)點(diǎn)503依次連接至第二和第三直流輸出電壓2/3pvdd和1/3pvdd。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，通過將例如qa6和qa10切換至它們的導(dǎo)通狀態(tài)并且同時(shí)將例如qa7、qa8、qa9和qa11切換至它們的非導(dǎo)通狀態(tài)，第二中間節(jié)點(diǎn)502可以連接至第二直流輸出電壓2/3pvdd。此外，第二中間節(jié)點(diǎn)502可以通過將例如qa6和qa9切換至它們的導(dǎo)通狀態(tài)，并且同時(shí)將例如qa9、qa7和qa11切換至它們的非導(dǎo)通狀態(tài)而連接至第三直流輸出電壓1/3pvdd。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，第三中間節(jié)點(diǎn)503可以通過選擇開關(guān)矩陣530的scsqa6、qa7、qa8、qa9、qa10和qa11的合適的狀態(tài)或配置，來依次連接至第二直流輸出電壓2/3pvdd和第三直流輸出電壓1/3pvdd。此外，遵循由圖2的表260設(shè)計(jì)的4級(jí)輸出驅(qū)動(dòng)器(n＝4)的一般狀態(tài)切換規(guī)則，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，第一中間節(jié)點(diǎn)501可以選擇性地僅連接至第三直流輸出電壓1/3pvdd，并且相同的特征適用于第四中間節(jié)點(diǎn)504。

用于該4級(jí)單端d類音頻功率放大器500的scsqa0-qa11的調(diào)制控制信號(hào)可以通過遵循用于控制電路370，470的先前論述的設(shè)計(jì)原理由合適地配置的多相pwm調(diào)制器(未示出)產(chǎn)生。以下表2列出由多相pwm調(diào)制器產(chǎn)生的并且施加于單端輸出驅(qū)動(dòng)器或級(jí)540的scsqa1-qa5的控制端以及開關(guān)矩陣530的scsqa6-qa11的控制端的調(diào)制控制信號(hào)的相對(duì)相位和極性。

表2。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的具有h橋或差分/btl輸出驅(qū)動(dòng)器拓?fù)涞?級(jí)d類音頻功率放大器600的簡(jiǎn)化框圖。4級(jí)d類音頻功率放大器600包括可選的三輸出升壓dc-dc功率轉(zhuǎn)換器620。三輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器620可以與結(jié)合本發(fā)明的第三實(shí)施方式的以上描述的三輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器520大致相同。同樣地，電源610可以與先前論述的電源310，510相同。輸出驅(qū)動(dòng)器440包括配置為所謂的h橋或btl拓?fù)涞膬蓚€(gè)單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電路640a，640b，具有相關(guān)聯(lián)的開關(guān)矩陣630a，630b。第一驅(qū)動(dòng)器部640a包括串聯(lián)耦接在正直流供電軌pvdd和負(fù)直流供電軌(在本實(shí)施方式中是接地電位)之間的六個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)qa0～qa5。開關(guān)矩陣630a可以與本發(fā)明的第三實(shí)施方式的先前論述的開關(guān)矩陣530相同。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，該4級(jí)d類音頻功率放大器600的第一驅(qū)動(dòng)器部640a和相關(guān)聯(lián)的開關(guān)矩陣630a的部件和操作的特性可以與以上論述的本發(fā)明的第三實(shí)施方式的輸出驅(qū)動(dòng)器540和開關(guān)矩陣530的那些相同。具體地，提供至輸出驅(qū)動(dòng)器540的scsqa0～qa5和開關(guān)矩陣的scsqa6～qa11的相應(yīng)的控制端的調(diào)制控制信號(hào)qa0～qa5的波形可以與表2中列出的相應(yīng)的波形相同。調(diào)制控制信號(hào)可以由合適的多相pwm調(diào)制器(未示出)產(chǎn)生。輸出驅(qū)動(dòng)器包括第二驅(qū)動(dòng)器部640b，該第二驅(qū)動(dòng)器部包括串聯(lián)耦接在正直流供電軌pvdd和負(fù)直流供電軌(接地)之間的六個(gè)可控制的半導(dǎo)體開關(guān)qa12～qa17。第二開關(guān)矩陣630b控制第二和第三直流輸出電壓2/3pvdd和1/3pvdd耦接至第二驅(qū)動(dòng)器部640b的第一、第二、第三和第四中間節(jié)點(diǎn)605、606、607、608的順序。第一開關(guān)矩陣630b同樣地控制第二和第三直流輸出電壓2/3pvdd和1/3pvdd耦接至第一驅(qū)動(dòng)器部640a的第一、第二、第三和第四中間節(jié)點(diǎn)601、602、603、604的順序。當(dāng)然，第一和第二開關(guān)矩陣630a，630b可以被視為4級(jí)d類音頻功率放大器600的單個(gè)更大的開關(guān)矩陣。輸出驅(qū)動(dòng)器的第一和第二驅(qū)動(dòng)器部640a，640b優(yōu)選地大致相同。

輸出驅(qū)動(dòng)器包括第一驅(qū)動(dòng)器部640a的qa2和qa3之間的互連節(jié)點(diǎn)處的第一驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a以及第二驅(qū)動(dòng)器部640b的qa14和qa15之間的互連節(jié)點(diǎn)處的第二驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_b。第一和第二驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a，vsw_b根據(jù)跨接第一和第二驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a，vsw_b的差分和調(diào)制驅(qū)動(dòng)電壓的音頻信號(hào)分量，可連接至揚(yáng)聲器650的一對(duì)揚(yáng)聲器端子以用于聲音再現(xiàn)。

多相pwm調(diào)制器(未示出)被配置為產(chǎn)生或得出用于第二驅(qū)動(dòng)器部640b和第二開關(guān)矩陣630b的調(diào)制控制信號(hào)，該調(diào)制控制信號(hào)相對(duì)于以上表1中列出的相應(yīng)的調(diào)制控制信號(hào)qa0～qa11是反相的并且相移大致60度。因此，由多相pwm調(diào)制器產(chǎn)生的調(diào)制控制信號(hào)的相對(duì)相和極性如下，使用與表1和表2相同的符號(hào)約定：

qa11:(-)0°

qa10:(+)0°

qa9:(-)0°

qa8:(+)0°

qa7:(-)120°

qa6:(+)120°

qa5:(+)0°

qa4:(+)120°

qa3:(+)240°

qa2:(-)240°

qa1:(-)120°

qa0:(-)0°

qa23:(+)300°

qa22:(-)300°

qa21:(+)300°

qa20:(-)300°

qa19:(+)60°

qa18:(-)60°

qa17:(-)300°

qa16:(-)60°

qa15:(-)180°

qa14:(+)180°

qa13:(+)60°

qa12:(+)300°

其中，第一開關(guān)矩陣630a包括scsqa6～qa11并且第二開關(guān)矩陣630b包括scsqa18至qa23。

圖7示出具有可替換的拓?fù)涞拈_關(guān)矩陣730，其耦接至以上論述的4級(jí)d類音頻功率放大器600的輸出驅(qū)動(dòng)器的第一驅(qū)動(dòng)器部640a或第二驅(qū)動(dòng)器部640b。

圖8示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式的5級(jí)單端d類音頻功率放大器800的簡(jiǎn)化框圖。因此，n＝5。5級(jí)單端d類音頻功率放大器800可包括多輸出升壓dc-dc功率轉(zhuǎn)換器820。多輸出升壓dc-dc功率轉(zhuǎn)換器820被配置為產(chǎn)生第一直流輸出電壓，用于d類音頻功率放大器800的單端輸出驅(qū)動(dòng)器840的正直流供電軌pvdd。多輸出升壓dc-dc功率轉(zhuǎn)換器820進(jìn)一步被配置為產(chǎn)生第二直流輸出電壓3/4pvdd，用于施加至d類音頻功率放大器800的開關(guān)矩陣830的第一開關(guān)輸入端825。第二直流輸出電壓3/4pvdd的電壓電平或幅度可以是正直流供電軌pvdd的電平的大約四分之三。多輸出升壓dc-dc功率轉(zhuǎn)換器520進(jìn)一步產(chǎn)生第三直流輸出電壓1/2pvdd，施加至開關(guān)矩陣830的第二開關(guān)輸入端823，并且產(chǎn)生第四直流輸出電壓1/4pvdd，施加至開關(guān)矩陣830的第三開關(guān)輸入端821。第三直流輸出電壓1/2pvdd的電壓電平或幅度可以是正直流供電軌pvdd的電平的大約二分之一，并且第四直流輸出電壓1/4pvdd可以是正直流供電軌pvdd的大約四分之一。多輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器820可包括申請(qǐng)人的共同未決的歐洲專利申請(qǐng)no.14187490.9中公開的多輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器電路中的一個(gè)。開關(guān)矩陣830包括scsqa10至qa19。單端輸出驅(qū)動(dòng)器840包括串聯(lián)/級(jí)聯(lián)地耦接或連接在正直流供電軌pvdd和負(fù)直流供電軌(在d類音頻功率放大器800的本實(shí)施方式中是接地電位)之間的至少八個(gè)可控制的scsqa0、qa1、qa2、qa3、qa4、qa5、qa6、qa7和qa8。此外，單端輸出驅(qū)動(dòng)器840包括中間節(jié)點(diǎn)801、802、803、804、805和806。qa0至qa4中的每個(gè)均可包括nmos或ldmos晶體管。qa3的漏極端子被連接至驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a。qa5至qa8中的每個(gè)均可包括pmos或ldmos晶體管。qa4的漏極端子被連接至驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a。驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a可連接至揚(yáng)聲器850的端子或輸入端以用于聲音再現(xiàn)。在d類音頻功率放大器800的使用過程中，另一個(gè)揚(yáng)聲器端子可以連接至第三直流輸出電壓1/2pvdd。因此跨接揚(yáng)聲器850的驅(qū)動(dòng)電壓是vsw_a-1/2pvdd。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，輸出驅(qū)動(dòng)器840的第一至第八可控制的半導(dǎo)體開關(guān)中的每個(gè)均可以包括諸如pmos、nmos或ldmos功率晶體管的mosfet功率晶體管。

開關(guān)矩陣830包括連接至六個(gè)中間節(jié)點(diǎn)801至807中的相應(yīng)的一個(gè)的至少六個(gè)開關(guān)輸出端。19個(gè)可控制的scsqa0至qa19中的每個(gè)具有控制端子，諸如柵極端子，用于根據(jù)合適的調(diào)制控制信號(hào)(例如如上所述的pwm調(diào)制控制信號(hào))使所論述的scs在導(dǎo)通/接通狀態(tài)和非導(dǎo)通/斷開狀態(tài)之間切換。三輸出dc-dc功率轉(zhuǎn)換器820可以由任何合適的電源/能量源供電，例如可充電電池或電池組810。為了在驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)vsw_a處產(chǎn)生放大音頻信號(hào)，八個(gè)可控制的scsqa0至qa7的控制端由結(jié)合本發(fā)明的第三實(shí)施方式和相應(yīng)的波形圖360之前論述的相應(yīng)的調(diào)制控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)。在操作過程中，開關(guān)矩陣830遵循由圖2的表260設(shè)計(jì)的5級(jí)輸出驅(qū)動(dòng)器(n＝5)的一般狀態(tài)切換規(guī)則將中間節(jié)點(diǎn)801至807依次連接至第二、第三和第四直流輸出電壓中的一個(gè)或多個(gè)。

該5級(jí)單端d類音頻功率放大器800的scsqa0至qa19的調(diào)制控制信號(hào)可以由遵循控制電路370，470的先前論述的設(shè)計(jì)原理的合適地配置的多相pwm調(diào)制器(未示出)產(chǎn)生。由多相pwm調(diào)制器產(chǎn)生的并施加至單端輸出驅(qū)動(dòng)器或級(jí)840的scsqa1至qa7的控制端以及開關(guān)矩陣830的scsqa8至qa19的控制端的調(diào)制控制信號(hào)的相對(duì)相位和極性可以如下，使用與表1和表2相同的符號(hào)約定：

qa19：(-)0°

qa18：(+)0°

qa17：(-)0°

qa16：(+)0°

qa15：(-)0°

qa14：(+)0°

qa13：(-)90°

qa12：(+)90°

qa11：(-)90°

qa10：(+)90°

qa9：(-)180°

qa8：(+)180°

qa7：(+)0°

qa6：(+)90°

qa5：(+)180°

qa4：(+)270°

qa3：(-)270°

qa2：(-)180°

qa1：(-)90°

qa0：(-)0°

此外，單端d類音頻功率放大器800的5級(jí)h橋變型可包括與第一驅(qū)動(dòng)器部840相同的第二驅(qū)動(dòng)器部以及與開關(guān)矩陣830相同的第二開關(guān)矩陣。在后者的情況下，第二驅(qū)動(dòng)器部可包括可控制的scsqa20至qa27并且第二開關(guān)矩陣包括可控制的scsqa28至qa39。由多相pwm調(diào)制器產(chǎn)生的并施加至scsqa20至qa39的控制端的調(diào)制控制信號(hào)的相對(duì)相移和極性相對(duì)于以上列出的單端d類音頻功率放大器800的相應(yīng)的調(diào)制控制信號(hào)qa至qa19是反相的并相移大致45度。因此，由多相pwm調(diào)制器產(chǎn)生的調(diào)制控制信號(hào)的相對(duì)相位和極性如下：

qa39：(+)315°

qa38：(-)315°

qa37：(+)315°

qa36：(-)315°

qa35：(+)315°

qa34：(-)315°

qa33：(+)225°

qa32：(-)225°

qa31：(+)225°

qa30：(-)225°

qa29：(+)135°

qa28：(-)135°

qa27：(-)315°

qa26：(-)225°

qa25：(-)135°

qa24：(-)45°

qa23：(+)45°

qa22：(+)135°

qa21：(+)225°

qa20：(+)315°