本發(fā)明涉及一音頻放大器，尤指一音頻放大器的一四元(quaternary)/三元(ternary)調(diào)制選擇電路。

背景技術：

音頻放大器是一音頻系統(tǒng)中最為重要的一個組件，其效率更是一重要因素，而因為d類功率放大器的輸出波形為位于兩個電壓水平(即供應電壓及接地端)之間的一調(diào)制信號而非一般線性波形，因此理想上當輸出級的晶體管為導通時不會有電流流過，因此與其他種類的放大器相比，d類功率放大器具有較高的效率，是目前最常使用的放大器。一般應用于d類功率放大器的調(diào)制方法為脈沖寬度調(diào)制(pulsewidthmodulation,pwm)，其中四元調(diào)制具有較佳的總諧波失真率(totalharmonicdistortion,thd)、較低的噪聲以及較易操作于低功率條件下等等優(yōu)點；而三元調(diào)制具有較佳的性能、較佳的電磁干擾(electrocmagneticinterference,emi)效應且較易操作于低功率條件下等等優(yōu)點，因此一個可合并上述優(yōu)點的四元/三元調(diào)制選擇電路成為目前最常用的架構。然而，當一音頻放大器沒有輸入信號或是輸入信號極小時，在輸出端將會有具有極短占空比(dutycycle)的脈沖而造成功率流失，且電路無法檢測到此脈沖，因此需要一種在沒有輸入信號的情況下可解決上述功率損耗與失真問題的四元/三元調(diào)制選擇電路設計。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一為公開一音頻放大器的一四元/三元調(diào)制選擇電路以及一相關方法。

根據(jù)本發(fā)明一實施例，公開一種應用于一音頻放大器的四元/三元調(diào)制選擇電路，該四元/三元調(diào)制選擇電包含：一四元信號產(chǎn)生電路、一三元信號產(chǎn)生電路，其中該四元信號產(chǎn)生電路用以接收一模擬輸入信號以產(chǎn)生一四元信號，其中該模擬輸入信號具有互為互補的一正向輸入信號以及一反向輸入信號，該四元信號具有互為互補的一正向四元波以及一反向四元波；該三元信號產(chǎn)生電路根據(jù)該四元信號以產(chǎn)生一三元信號，其中該三元信號包含一正向三元波以及一反向三元波；其中當該正向輸入信號與該反向輸入信號的一振幅差位于一預設范圍內(nèi)時，該三元信號產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的該正向三元波的一信號波形與該三元信號產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的該反向三元波的一信號波形相同。

根據(jù)本發(fā)明一實施例，公開一種應用于一音頻放大器的四元/三元調(diào)制選擇方法，包含：接收一模擬輸入信號以產(chǎn)生一四元信號，其中該模擬輸入信號具有互為互補的一正向輸入信號以及一反向輸入信號，該四元信號具有互為互補的一正向四元信號以及一反向四元信號；根據(jù)該四元信號以產(chǎn)生一三元信號，其中該三元信號包含一正向三元波以及一反向三元波；其中當該正向輸入信號與該反向輸入信號的一振幅差位于一預設范圍內(nèi)時，該三元信號產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的該正向三元波的一信號波形與該三元信號產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的該反向三元波的一信號波形相同。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的具有一四元/三元調(diào)制選擇電路的一音頻放大器示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的四元/三元調(diào)制選擇電路示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明一實施例的一三元信號產(chǎn)生電路示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明一實施例的一三元信號的波形圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明一實施例的一脈沖產(chǎn)生電路架構示意圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明一實施例的產(chǎn)生兩個具有25％占空比脈沖的四元/三元調(diào)制選擇電路的一脈沖產(chǎn)生電路的信號示意圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明一實施例的插入兩個具有25％占空比脈沖后由四元/三元調(diào)制選擇電路所輸出的信號示意圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的一檢測電路與一脈沖產(chǎn)生電路的示意圖。

圖9是根據(jù)本發(fā)明一實施例的檢測到過電流后由多個具有25％左右的占空比的脈沖所抑制的電流示意圖。

附圖標記列表

100音頻放大器

110增益級

102四元/三元檢測電路

101四元/三元選擇電路

130輸出級

r1、r2電阻

120積分器

vip、vin模擬輸入信號

outp、outn輸出信號

130輸出級

161、162濾波器

210四元信號產(chǎn)生電路

2101、2102、450比較器

qp正向四元波

qn反向四元波

240第一選擇電路

2041、2042、2501、2502多任務器

250第二選擇電路

220三元信號產(chǎn)生電路

230脈沖產(chǎn)生電路

2301、7021固定占空比脈沖產(chǎn)生器

2302、7022計數(shù)電路

s2、s1、p1信號

301延遲電路

302產(chǎn)生單元

3011第一延遲單元

3012第二延遲單元

3021第一產(chǎn)生單元

3022第二產(chǎn)生單元

xor1、xor2異或門

dp'、dn'延遲后信號

and1、and2、4702、4703、4601與門

4605、4701反向器

4602、4603、4704d型觸發(fā)器

701檢測電路

702脈沖產(chǎn)生電路

具體實施方式

在說明書及后續(xù)的權利要求中使用了某些詞匯來指稱特定的組件。本領域技術人員應可理解，硬件制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個組件。本說明書及后續(xù)的權利要求并不以名稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區(qū)分的準則。在通篇說明書及后續(xù)的權利要求中所提及的“包含”為一開放式的用語，故應解釋成“包含但不限定于”。此外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段，因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或者通過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。

圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的具有一四元/三元調(diào)制選擇電路101的一音頻放大器100示意圖，在此實施例中音頻放大器100為一d類放大器，而音頻放大器100包含一增益級110、一積分器120、四元/三元調(diào)制選擇電路101、一四元/三元檢測電路102、一輸出級130、兩個反饋電阻r1與r2以及兩個濾波器161與162，其中四元/三元調(diào)制選擇電路101用以選擇一四元信號、一三元信號以及至少一具有有限占空比的脈沖的其中之一，而四元/三元檢測電路102用以檢測增益級110的輸出信號vop與von，并且根據(jù)增益級110的輸出信號vop與von來傳送一信號s2至四元/三元調(diào)制選擇電路101以通過四元/三元調(diào)制選擇電路101決定應輸出哪個信號至輸出級130，音頻放大器100中的其余組件皆相似于傳統(tǒng)d類功率放大器中的相對應組件，由于本領域技術人員應能理解其功能，詳細描述在此省略以省篇幅。

圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的四元/三元調(diào)制選擇電路101示意圖，如圖2所示，四元/三元調(diào)制選擇電路101包含一四元信號產(chǎn)生電路210、一三元信號產(chǎn)生電路220以及一脈沖產(chǎn)生電路230。四元信號產(chǎn)生電路210用以接收互為互補的模擬輸入信號vip與vin，其中耦接至圖1所示的積分器120的四元信號產(chǎn)生電路210包含兩個比較器2101與2102以比較積分器120的輸出信號與一三角波來產(chǎn)生一四元信號，其中該四元信號包含互為互補的一正向四元波qp與一反向四元波qn。三元信號產(chǎn)生電路220耦接至四元信號產(chǎn)生電路210，并根據(jù)正向四元波qp與反向四元波qn來產(chǎn)生一三元信號，其中該三元信號包含一正向三元波tp與一反向三元波tn。脈沖產(chǎn)生電路230包含一固定占空比脈沖產(chǎn)生器2301以及一計數(shù)電路2302，其中固定占空比脈沖產(chǎn)生器2301用以根據(jù)信號s2來產(chǎn)生包含兩個具有25％占空比的脈沖的一信號p1以抑制浪涌電流(inrushcurrent)；而計數(shù)電路2302用以接收兩個具有25％占空比的脈沖，并傳送一信號s1。有關脈沖產(chǎn)生電路230的詳細描述會在后續(xù)段落中討論。

上述的浪涌電流通常發(fā)生在四元/三元調(diào)制選擇電路101由三元調(diào)制模式轉換至四元調(diào)制模式時以及音頻放大器100剛啟動時初始的連續(xù)脈沖之中，因此，在此實施例中，該多個具有固定占空比的脈沖為兩個具有25％占空比的脈沖，其中該兩個具有25％占空比的脈沖是在該四元信號于音頻放大器100啟動或由三元調(diào)制進入四元調(diào)制時準備產(chǎn)生之前所插入以抑制該浪涌電流。

四元/三元調(diào)制選擇電路101還包含一第一選擇電路240以及一第二選擇電路250，其中第一選擇電路240包含多任務器2401與2402，其中多任務器2401與2402根據(jù)脈沖產(chǎn)生電路230的計數(shù)電路2302所傳送的信號s1來選擇信號p1以及該四元信號的其中之一，其中信號p1包含兩個25％占空比的脈沖，而第二選擇電路250包含多任務器2501與2502，其中多任務器2501與2502根據(jù)信號s2來選擇第一選擇電路240所選擇的信號(即信號p1或該四元信號)以及該三元信號的其中之一至輸出級130。

圖3是根據(jù)本發(fā)明一實施例的一三元信號產(chǎn)生電路示意圖，如圖3所示，三元信號產(chǎn)生電路220包含一延遲電路301以及一產(chǎn)生單元302，其中延遲電路301包含一第一延遲單元3011以及一第二延遲單元3012，用以延遲正向四元波qp以及反向四元波qn以分別產(chǎn)生一延遲后信號dp以及一延遲后信號dn，而產(chǎn)生單元302包含一第一產(chǎn)生單元3021以及一第二產(chǎn)生單元3022，其中第一產(chǎn)生單元3021用以根據(jù)延遲后信號dn與正向四元波qp以產(chǎn)生正向三元波tp，而第二產(chǎn)生單元3022用以根據(jù)延遲后信號dp與反向四元波qn以產(chǎn)生反向三元波tn，在此實施例中，如圖3所示，第一產(chǎn)生單元3021可由一異或門(xorgate)xor1以及一與門(andgate)and1所實現(xiàn)，其中異或門xor1接收延遲后信號dn以及正向四元波qp產(chǎn)生一信號dp'，而與門and1接收信號dp'以及正向四元波qp產(chǎn)生正向三元波tp。同樣地，第二產(chǎn)生單元3022可由一異或門xor2以及一與門and2所實現(xiàn)，其中異或門xor2接收延遲后信號dp以及反向四元波qn產(chǎn)生一信號dn'，而與門and2接收信號dn'以及反向四元波qn產(chǎn)生反向三元波tn。需注意的是上述實現(xiàn)第一產(chǎn)生單元3021以及第二產(chǎn)生單元3022的范例僅為一說明，而非本發(fā)明一限制，在其他實施例中，只要第一產(chǎn)生單元3021以及第二產(chǎn)生單元3022可達到圖3實施例的目的，亦可由其他邏輯門所實現(xiàn)。

圖4是根據(jù)圖3的三元信號產(chǎn)生電路220的三元信號波形圖，如圖4的子圖(a)所示，當音頻放大器100互為互補的模擬輸入信號的振幅差或四元/三元調(diào)制選擇電路101互為互補的模擬輸入信號vip與vin的振幅差在零振幅(zeroamplitude)上下的一個預定范圍內(nèi)(即零振幅的±1％)時，正向四元波qp以及反向四元波qn為具有相同占空比(如圖示的50％)的兩個方波。延遲信號dp與dn的波形分別由正向四元波qp與反向四元波qn稍微延遲后所得，在此實施例中，由于模擬輸入信號vip(即0v)的振幅等于模擬輸入信號vin(即0v)的振幅，延遲后信號dp與正向四元波qp的相位差大約為28.8度，因此，如圖4的子圖(a)所示，正向三元波tp具有占空比為8％的脈沖。同樣地，反向三元波tn同樣也具有占空比為8％的脈沖，如此一來，如果設定增益(voutp-voutn)/(vip-vin)為1，則放大器100的差動輸出信號接近零振幅的該預定范圍內(nèi)。由于信號tp的脈沖寬度等于信號tn的脈沖寬度，其可以有效地解決先前技術中所提的功率損耗與失真的問題，需注意的是，本實施例中延遲后信號dp與dn的延遲量僅為范例說明，并非本發(fā)明的一限制，實踐中，延遲后信號dp與dn的延遲取決于電路的能力。圖4的子圖(b)為當放大器100互為互補的模擬輸入信號稍微增強時，即音頻放大器100互為互補的模擬輸入信號的振幅差或當四元/三元調(diào)制選擇電路101互為互補的模擬輸入信號vip與vin的振幅差不在零振幅上下的預定范圍之內(nèi)時的三元信號波形圖。如圖4的子圖(b)所示，當互為互補的模擬輸入信號vip與vin的振幅差稍微增加至0.5v時，正向三元波tp的占空比也據(jù)此增加(如圖4所示的13％)，而負向三元波tn的占空比則據(jù)此減少(如圖4所示的3％)。圖4的子圖(c)為當互為互補的vip與vin的振幅差持續(xù)增加至3v時的該三元信號波形圖，此時放大器100操作在正常三元模式，僅有正向三元波tp與反向三元波tn的其中之一具有波形(如此實施例所示為正向三元波tp)。

圖5是根據(jù)本發(fā)明一實施例的脈沖產(chǎn)生電路230的架構示意圖，如圖5所示，脈沖產(chǎn)生電路230的固定占空比脈沖產(chǎn)生器2301包含一比較器450、一與門4601、一d型觸發(fā)器4604以及一反向器4605，其中比較器450用以比較該三角波與1/4供應電壓vdd(即vdd/4)以產(chǎn)生具有25％占空比的一時鐘信號clk，而與門4601的輸入耦接至d型觸發(fā)器4604的一輸出以及具有25％占空比的時鐘信號clk于一輸出端點產(chǎn)生信號p1，而d型觸發(fā)器4604作為一鎖存器(latch)以傳送供應電壓vdd至與門4601的其中一輸入，并且如圖5所示，接收一經(jīng)反向器反向后作為觸發(fā)信號的正向四元波，而計數(shù)電路2302包含兩個計數(shù)器4602與4603、一反向器4701、兩個與門4702與4703、一d型觸發(fā)器4704，其中用以產(chǎn)生一信號q2的計數(shù)器4602與4603由d型觸發(fā)器所實現(xiàn)并耦接于與門4601的輸入和與門4702的其中一輸入之間，而與門4702的另一輸入耦接至反向器4701的一輸出，其中反向器4701用以將正向四元波qp反向，而d型觸發(fā)器4704作為一鎖存器來接收由與門4702所產(chǎn)生的一信號s3以產(chǎn)生一信號s1至第一選擇電路240，除此之外，與門4703的輸入耦接至信號s2以及電源信號ps，而與門4703的一輸出耦接至d型觸發(fā)器4602、4603以及4604的重置(reset)端點以重置該些d型觸發(fā)器。

當電源開啟而啟動音頻放大器100時，啟動信號ps為邏輯值1，而當音頻放大器100進入音頻放大器100由三元調(diào)制進入四元調(diào)制時，信號s2為邏輯值1，如果信號ps、s2其中之一為邏輯值1時，d型觸發(fā)器4602、4603、4604以及4704會因此被重置，首先，信號s1變?yōu)檫壿嬛怠?”，接著具有25％占空比的時鐘信號clk被傳送至與門4601的輸出(即信號p1)，并分別進入計數(shù)器4602與4603以及第一選擇電路240，由于信號s1仍然為邏輯值“0”，第一選擇單元480與第二選擇單元490輸出信號p1至輸出級230，在計數(shù)器4602與4603接收兩個具有25％占空比的脈沖后，根據(jù)d型觸發(fā)器所實現(xiàn)的計數(shù)器的特性產(chǎn)生邏輯值為1的信號q2，由d型觸發(fā)器4704所輸出的信號s1邏輯值因此成為1，第一選擇電路240與第二選擇電路250輸出該四元信號，并且音頻放大器100進入四元調(diào)制模式。在音頻放大器100開啟或由三元調(diào)制進入四元調(diào)制時，音頻放大器100會在該四元信號之前輸出兩個具有25％占空比的脈沖，因此，過電流可被有效抑制。

圖6是根據(jù)本發(fā)明一實施例的產(chǎn)生兩個具有25％占空比脈沖的四元/三元調(diào)制選擇電路101的一脈沖產(chǎn)生電路230的信號示意圖，如圖6所示，如果信號s2為邏輯值1，則信號p1變成具有25％占空比的時鐘信號，并且第一選擇電路240與第二選擇電路250傳送信號p1至輸出級130，由計數(shù)器4602與4603產(chǎn)生的信號q2在計數(shù)器4602與4603接收兩個25％占空比的脈沖后變成邏輯值1，而信號s1也因此變成邏輯值1并傳送至第一選擇電路240，四元信號將被傳送至輸出級130，放大器100因此操作在四元調(diào)制模式。

圖7是根據(jù)本發(fā)明一實施例的插入兩個具有25％占空比脈沖后由四元/三元調(diào)制選擇電路所輸出的信號示意圖，根據(jù)圖5與圖6的實施例，圖7為四元/三元調(diào)制選擇電路101所輸出的信號，如圖7所示，在音頻放大器剛啟動或由三元調(diào)制進入四元調(diào)制模式時插入兩個具有25％占空比的脈沖以據(jù)此抑制過電流。

在本發(fā)明的另一實施例中，并不限定只在音頻放大器100剛啟動或由三元調(diào)制模式進入四元調(diào)制模式時插入具有有限占空比(如25％)的脈沖，亦可于浪涌電流發(fā)生時立刻插入。圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的一檢測電路701以及一脈沖產(chǎn)生電路702，在此實施例中，根據(jù)圖2所示的四元/三元調(diào)制選擇電路的架構，增加于任何時刻檢測浪涌電流的檢測電路701與修改后的脈沖產(chǎn)生電路702，其中檢測電路701由一比較器所實現(xiàn)并用以比較輸出級203所輸出的負載電流il以及一默認電流c1。如果負載電流il比默認電流c1強，即代表發(fā)生浪涌電流，則檢測電路701產(chǎn)生信號oc_w至脈沖產(chǎn)生電路702，在接收信號oc_w后，脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生多個占空比接近25％的脈沖至輸出級以抑制浪涌電流，在此實施例中，多個具有有限占空比的脈沖為八個具有25％占空比的脈沖，但此并非本發(fā)明的一限制，如果浪涌電流在輸出八個具有25％占空比的脈沖至計數(shù)電路7022之后仍然存在，則產(chǎn)生信號s1_ocw至輸出級以關閉輸出級，避免音頻放大器100的損害。

圖9是根據(jù)本發(fā)明一實施例的檢測到過電流后由多個具有25％左右的占空比的脈沖所抑制的電流(例如，音頻放大器200的輸出電流大于一預定值)示意圖，如圖8所示，如果具有檢測電路701，則過電流可在任何時刻被抑制，而非任由過電流持續(xù)增加造成音頻放大器100的損害。

在圖5至圖9的實施例中，并不限定所插入的脈沖數(shù)量以及其占空比，脈沖數(shù)量取決于計數(shù)電路2302與7022所包含的計數(shù)器數(shù)量，而只要將三角波與不同電壓值做比較，即可輕易獲得不同的占空比，只要能產(chǎn)生多個具有25％左右占空比的脈沖信號以抑制浪涌電流的設計，皆應隸屬于本發(fā)明的范疇。同樣地，并不限制三元信號產(chǎn)生電路220的架構，只要該架構如圖4所示可產(chǎn)生正向三元波tp與反向三元波tn。除此之外，圖5中脈沖產(chǎn)生電路230的架構僅為范例說明，并非本發(fā)明的一限制，只要如上所述能產(chǎn)生信號s1與p1，這些設計皆應隸屬于本發(fā)明的范疇。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權利要求所做的等同變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。