专利名称：一种改善低频性能的音频功率放大器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功率放大器件，尤其涉及一种在移动终端设备中的音频功率 放大器件。
背景技术：
在移动终端设备中一般采用单电源的音频功率放大器装置，图1示出了传统 的单电源音频功率放大器装置反相放大输入信号以驱动扬声器负载的情况。音频功率放大器模块101与单电源VCC相连，音频功率放大器模块101包括用于接收由前 级提供的输入信号Vin的反相输入端和接收共模参考电压Vcm的同相输入端，以及 输出信号的输出端Vx。音频功率放大器模块101通过输入电阻Rl和反馈电阻R2 对输入信号Vin实现放大或衰减后，得到的输出信号Vx通过隔直电容Cout后被加 载在扬声器109上，即连接点Vy。因为音频功率放大器模块采用单电源供电，为了使输出信号能在正向和负向 上都有较高的输出幅度，而不会发生一边被另一边限幅的情况， 一般输出端的额定 直流偏压被设定为VCC/2。而且扬声器109的电阻值RL往往只有8 ~ 32欧姆，因 此在设定了音频功率放大器的直流输出偏压为VCC/2后，需要额外的引入隔直电容 Cout来阻挡输出信号Vx中的直流分量，以避免扬声器上无谓的直流功率损耗。图2示出了扬声器电阻RL-32。条件下，隔直电容Cout取不同值得到的对音 频信号抑制情况的曲线图，其中曲线21代表隔直电容Cout-33juF的情况，曲线 22代表隔直电容Cout = 100/jF的情况，曲线23代表隔直电容Cout = 220 p F的情 况。从图2中可以看出，为了减小手机的尺寸而釆用33/uF的小电容，所造成的影 响是巨大的，当音频信号接近于20Hz的次声波频率时，衰减已经达到了 18dB。从图2中可看出传统方式所带来的问题是，隔直电容108的电容值Cout必须 取的很大，才能避免对低频信号的衰减。例如在图2中，扬声器109的电阻旺= 32Q,为了让-3dB抑制点降低到20Hz以下的次声波频率段，隔直电容108的电容值Cout需要250juF那么大，而对于类似手机这样的便携式设备，大的电容意味着 大的尺寸，这将迫使手机增大体积以满足这一需求。此外，大的电容本身价格也更 为昂贵。发明内容本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种改善低频性能的音频功率放大 器装置，既降低音频功率放大器对低频信号的抑制，又减小了隔直电容Cout的值， 同时不明显增加系统复杂度(外接元器件的数量、尺寸)。本发明的技术方案为本发明提出了一种改善低频性能的音频功率放大器装 置，接收由前级提供的输入信号，对其进行放大或衰减所得到的输出信号加载在与 该音频功率放大器装置相连的扬声器上，该音频功率放大器装置包括功率放大器模块，通过单电源供电，包括同相输入端、反相输入端和输出端， 其中该反相输入端连接第一电阻(Rl),该输出端通过隔直电容(C。ut)与该扬声 器连接；反馈通路模块，连接在该功率放大器模块的输出端与反相输入端之间，包括 第二电阻(R2);与该第二电阻(R2)连接的阻容电路，该阻容电路由第三电阻(R3)和 隔直电容(Cl)并联而成，以抵消该功率放大器模块的低频增益衰减。上述的改善低频性能的音频功率放大器装置，其中，该阻容电路的阻容参数R3和Cl的值满足如下条件111 11-+-=--，-<-其中是该扬声器的电阻值。上述的改善低频性能的音频功率放大器装置，其中，该功率放大器模块的反相输入端通过该第一电阻(Rl )接收前级提供的输入信号(Vin)，同相输入端接 收共模参考电压(Vcm)。上述的改善低频性能的音频功率放大器装置，其中，该功率放大器模块的反 相输入端通过该第一电阻(Rl)接收共模参考电压(Vcm),同相输入端通过去 耦电容(Cin)接收前级提供的输入信号(Vin)，该放大器模块的同相输入端上还 连有电阻(Rn),该电阻(Rn)的另 一端接收共才莫参考电压(Vcm)。上述的改善低频性能的音频功率放大器装置，其中，该功率放大器的反相输入端通过该第一电阻(R1 )和去耦电容(Cn)接地，同相输入端通过去耦电容(Cin) 接收前级提供的输入信号(Vin ),该放大器模块的同相输入端上还连有电阻(Rn ), 该电阻(Rn)的另一端接收共模参考电压(Vcm)。本发明另外提出了一种改善低频性能的音频功率放大器装置，接收由前级提 供的输入信号，对其进行放大或衰减所得到的输出信号加载在与该音频功率放大器 装置相连的扬声器上，该音频功率放大器装置包括功率放大器模块，通过单电源供电，包括同相输入端、反相输入端和输出端， 其中该反相输入端连接第一电阻(Rl)，该输出端通过隔直电容(Cout)与该扬 声器连接；反馈通路模块，连接在该功率放大器模块的输出端与反相输入端之间，包括 第二电阻(R2)和隔直电容(Cl)串联而成的支路； 第三电阻(R3),与该第二电阻(R2)和隔直电容(Cl)组成的支路并联。上述的改善低频性能的音频功率放大器装置，其中，该第三电阻(R3)和该隔直电容(Cl)的值满足如下条件<formula>formula see original document page 7</formula>其中Ri是扬声器的电阻值。上述的改善低频性能的音频功率放大器装置，其中，该功率放大器模块的反 相输入端通过该第一电阻(Rl)接收前级提供的输入信号(Vin),同相输入端接 收共模参考电压(Vcm)。上述的改善低频性能的音频功率放大器装置，其中，该功率放大器模块的反 相输入端通过该第一电阻(Rl)接收共模参考电压(Vcm),同相输入端通过去 耦电容(Cin)接收前级提供的输入信号(Vin)，该放大器模块的同相输入端上还 连有电阻(Rn),该电阻(Rn)的另 一端接收共才莫参考电压(Vcm )。上述的改善低频性能的音频功率放大器装置，其中，该功率放大器的反相输 入端通过该第 一电阻(Rl )和去耦电容(Cn )接地，同相输入端通过去耦电容(Cin ) 接收前级提供的输入信号(Vin ),该放大器模块的同相输入端上还连有电阻(Rn ), 该电阻(Rn)的另一^接收共模参考电压(Vcm)。本发明对比现有技术有如下的有益效果本发明在传统的音频功率放大器装 置中的反馈通路的基础上增加一个阻容电路，以抵消功率放大器模块的低频增益衰 减。本发明通过合理设置反馈通路中的阻容参数，让由原来装置产生的第一极点和 由新装置产生的第二零点相抵消，而新装置产生的第二极点的值小于第一极点，以 更小的隔直电容Cout (例如33jaF)来达到原来需要220iaF大电容才能改善的低 频抑制效果。
图1是传统的单电源音频功率放大器装置的电路图。图2是传统的单电源音频功率放大器装置中隔直电容的不同取值对应的对音频信号抑制情况的曲线图。图3是本发明的改善低频性能的音频功率放大器装置的第一实施例的电路图。 图4是本发明的图1所示的传统音频功率放大器装置与图3所示的改善低频性能的音频功率放大器装置的系统传输函数零极点分布图。图5是是本发明的图1所示的传统音频功率;^文大器装置与图3所示的改善低频性能的音频功率放大器装置对低频信号的抑制情况的波特图。图6是本发明的改善低频性能的音频功率放大器装置的第二实施例的电路图。 图7是本发明的改善低频性能的音频功率放大器装置的第三实施例的电路图。 图8是本发明的改善低频性能的音频功率放大器装置的第四实施例的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。图3示出了本发明的改善低频性能的音频功率放大器装置的电路结构。请参 见图3，音频功率放大器装置接收由前级提供的输入信号Vin,对输入信号Vin进 行放大或衰减，所得到的输出信号加载在扬声器109上。输入信号Vin通过电阻Rl加载在功率放大器模块101的反相输入端，共模参 考电压Vcm加载在功率放大器模块101的同相输入端。功率放大器模块101采用单 电源供电模式，由电源VCC提供电源。功率放大器模块IOI的输出信号Vx—路通 过电阻R3、电容Cl和电阻R2反馈回放大器的反相输入端，另一路则通过隔直电容Cout后加载在扬声器109上，即连接点Vy。输入电阻Rl实现对装置增益的调节。在本实施例的音频功率放大器装置中，增加了一个阻容结构的电路，用于抵消低频增益衰减，该阻容电路由电阻R3和隔直电容C1并联而成。阻容电路的结构使得本实施例的音频功率放大装置在原来的传输函数基础上，额外增加一对零极点，传输函数的形式如公式(1)所示，其中k是用来调节音频功率放大器增益的比例因子，za和zb是系统零点，pa和pb是系统极点，公式(2)给出了它们的表达式。^L = kx(s —za)(s_zb) (1),其中s是拉普拉斯变换的符号V,n(s —pa)(s-pb)k = -^"， za = 0 ， zb = -(~~^+ ~~^~)， pa =--^——，pb =--^~ (2)通过合理的设置反馈通路中的阻容参数R3和CI,让由原始系统产生的第 一极点pa,和由新系统产生的第二零点zb相4氐消，而由新系统产生的第二极 点pb的值小于第一极点pa，那么就可以以更小的隔直电容Cout (例如33juF) 来达到原来需要220 大电容才能改善的低频抑制效果。图4示出了图1所示的传统音频功率放大器装置与图3所示的改善低频性能 的音频功率放大器装置的系统传输函数的零极点分布。请同时参见图4,符号41 即位于坐标原点的圓圈是传统音频功率放大器装置的零点，同时也是新的放大器装 置的第一零点；符号42代表传统音频功率放大器装置的极点，也是新的放大器装 置的第一极点；符号43是新的放大器装置的第二零点；符号"是新的放大器装置 的第二极点。由公式(2)可知，为了抵消第一极点42,必须满足lpalHzbl的要 求，同时lpbl〈lpal。举例来说，传统的音频功率放大器装置中的电路参数R1-10K 。，R2=10kCl， Cout=33juF, RL=32Q，新的音频功率放大器装置在继承这些参数 的基础上，增加了 R3=200kQ， C1=0. lnF。从图4中可以看出，新装置中的第一 极点42和第二零点43靠的非常近，对系统传输函数的影响基本上相互抵消。具体地说，当输入信号Vin的频率高于由公式(2)中原装置所决定的第一极 点pa的频率时，电容CI的容抗很小，电阻R3相当于被短路，新装置所表现出来 的幅频特性和原装置一致。而当输入信号Vin的频率低于极点pa的值却高于第二 极点pb的值时，电容C1开始起作用，与电阻R3并联后串接在功率放大器模块101 的反馈通路中，这相当于增加了反馈通路的阻抗，即通过提高音频功率放大器装置的输出电压幅度来维持扬声器109上的功率输出，使得它不至于因为电容Cout容 抗的增加而衰减。当输入信号Vin的频率低于第二极点pb后，扬声器109上的信 号幅度将不再维持，不过一般pb的值会被设定在20Hz以下的次声波端，人耳对此 并不能察觉。因为决定第二极点pb的电阻R3可以设置在kQ以上量级，所以电容C1并不 需要很大，而同时因为由pa决定的第 一极点可以被第二零点所抵消，所以电容Cout 也不需要取很大的值，新系统达到了以小电容实现无衰减低频性能的目的。图5进一步示出了图1所示的传统音频功率放大器装置与图3所示的改善低 频性能的音频功率放大器装置对低频信号的抑制情况的波特图。其中曲线51是采 用图l所示电路结构，Rl=10kQ， R2=10kD， Cout-33uF， RL=32Q，扬声器端系统 传递函数的波特图；曲线52也是采用图1所示的电路结构，除隔直电容Cout-220uF 之外，其余参数和曲线51—样，扬声器端传递函数的波特图；曲线53是采用图3 所示新结构，扬声器端传递函数的波特图。从图5中可以看到，采用了两个小电容 0. luF和33uF就达到了原来需要220uF才能实现的低频性能，甚至表现的更为出 色。除了采用图3所示的反相放大模式外，本发明还可以采用同相放大模式，图6 和图7分别示出了同相放大模式的电路结构。请参见图6，输入信号Vin通过去耦 电容Cin后，加载在功率放大器模块101的同相输入端，电阻Rn—端接在功率放 大器模块101的同相输入端，另一端接共模参考电压Vcm,用以提供音频功率放大 器共模参考电压Vcm。图7的实施例和图6类似，不同点在于电阻Rl原来接输入信号Vin的一端在 本实施例中通过去耦电容Cn接在地电平上。这样做的好处是共模参考电压Vcm可 以仅仅是一个参考电压，几乎不需要提供任何驱动负载的能力。去耦电容Cn采用 片外电容实现。图6和图7的实施例与图3的实施例一样，都是在传统结构的基础上增加了 用于抵消低频增益衰减的阻容结构电阻R3和电容Cl。它们的工作原理也相同， 因此在此不再赘述。图8示出了本发明的另一种改善低频性能的音频功率放大器装置的电路结构。 请参见图8，音频功率放大器装置包括功率放大器模块101和反馈通路模块。功率放大器模块101采用单电源VCC供电，其反相输入端通过电阻Rl接收输入信号Vin,同相输入端接收共模参考电压Vcm,输出端通过隔直电容Cout连接扬声器109。反馈通路模块连接在功率放大器模块101的输出端和反相输入端之间，是一个并联电路，第一支路由电阻R3构成，第二支路由电阻R2和隔直电容C1组成。实际上，图8所示的电路结构与传统的音频功率放大器装置的电路相比，在功率放大器模块101的反相输入端和输出端Vx之间增加了电阻R3和电容C1。这种电路结构使得本实施例的音频功率放大装置在原来的传输函数基础上，额外增加一对零极点，传输函数的形式如公式(3)所示，其中k是用来调节音频功率放大器增益的比例因子，za和zb是系统零点，pa和pb是系统极点，公式(4 )给出了它们的表达式。US — Za)(S-!(3)，其中s是拉普拉斯变换的符号 Vm(s-pa)(s-pb)k =——_， za = 0， zb = -~pa = -~^~， pb =--^- (4)R,(R2+R3) R2C,P RLCout (R2+R3)C,通过合理的设置反馈通路中的阻容参数R3和CI,让由原始系统产生的第 一极点pa,和由新系统产生的第二零点zb相抵消，而由新系统产生的第二极 点pb的值小于第一极点pa，那么就可以以更小的隔直电容Cout (例如33juF) 来达到原来需要220 y F大电容才能改善的低频抑制效果。当输入信号Vin是低频的时候，电容C1的容抗很大，第一反馈通路(电阻R2 和电容CI)相当于被断路，所以系统的增益主要由第二反馈通路U3)所决定， 即等于R3/R1。当输入信号Vin的频率增加时，电容C1的容抗逐渐减小，最后第 一反馈通路的阻抗趋近于电阻R2,此时装置的增益下降为低频时的R2/ (R2+R3)倍， 即当输入信号Vin为低频时增加音频功率放大器的输出电压Vx来抵消由于隔直电 容Cout在输入信号Vin低频时容抗的增加而减小的加载在扬声器109上的功率分 量。对于这一种改善低频性能的音频功率放大器装置，也可以采用类似于图6和 图7的同相放大模式。在一种同相放大模式中，与图6实施例类似，功率放大器模 块的反相输入端通过电阻接收共模参考电压Vcm，同相输入端通过去耦电容接收前 级提供的输入信号Vin，功率放大器模块的同相输入端上还连接一个电阻，这个电 阻的另一端接收共模参考电压Vcm。在另一种同相放大模式中，与图7实施例类似，功率放大器模块的反相输入端通过电阻和去耦电容接地，同相输入端通过另一个去耦电容接收前级提供的输入信号Vin，功率放大器模块的同相输入端上还连有电 阻，该电阻的另 一端接收共模参考电压Vcm。上述图3以及图6~图8所示的实施例只给出了一个通道时的工作情况，如果 装置是双通道的立体声，则只要将两个同样的如图3、图6、图7或图8所杀的电 路并联起来就能实现。上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普 通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或 变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提 到的创新性特征的最大范围。
权利要求
1一种改善低频性能的音频功率放大器装置，接收由前级提供的输入信号，对其进行放大或衰减所得到的输出信号加载在与该音频功率放大器装置相连的扬声器上，该音频功率放大器装置包括功率放大器模块，通过单电源供电，包括同相输入端、反相输入端和输出端，其中该反相输入端连接第一电阻(R1)，该输出端通过隔直电容(Cout)与该扬声器连接；反馈通路模块，连接在该功率放大器模块的输出端与反相输入端之间，包括第二电阻(R2)；与该第二电阻(R2)连接的阻容电路，该阻容电路由第三电阻(R3)和隔直电容(C1)并联而成，以抵消该功率放大器模块的低频增益衰减。
2.根据权利要求1所述的改善低频性能的音频功率放大器装置，其特征在于，该阻容电路的阻容参数R3和Cl的值满足如下条件<formula>formula see original document page 2</formula>, 其中i^是该扬声器的电阻值。
3.根据权利要求1或2所述的改善低频性能的音频功率放大器装置，其特征 在于，该功率放大器模块的反相输入端通过该第一电阻(Rl)接收前级提供的输 入信号(Vin)，同相输入端接收共模参考电压(Vcm)。
4.根据权利要求1或2所述的改善低频性能的音频功率放大器装置，其特征 在于，该功率放大器模块的反相输入端通过该第一电阻(Rl)接收共模参考电压 (Vcm),同相输入端通过去耦电容(Cin)接收前级提供的输入信号(Vin ),该 放大器模块的同相输入端上还连有电阻(Rn),该电阻(Rn)的另一端接收共模 参考电压(Vcm)。
5 根据权利要求1或2所述的改善低频性能的音频功率放大器装置，其特征 在于，该功率放大器的反相输入端通过该第一电阻(Rl )和去耦电容(Cn)接地， 同相输入端通过去耦电容(Cin)接收前级提供的输入信号(Vin)，该放大器模块 的同相输入端上还连有电阻(Rn),该电阻(Rn )的另 一端接收共模参考电压(Vcm )。
6 —种改善低频性能的音频功率放大器装置，接收由前级提供的输入信号， 对其进行放大或衰减所得到的输出信号加载在与该音频功率放大器装置相连的扬 声器上，该音频功率放大器装置包括功率放大器模块，通过单电源供电，包括同相输入端、反相输入端和输出端， 其中该反相输入端连接第一电阻(Rl)，该输出端通过隔直电容(Cout)与该扬 声器连接；反馈通路模块，连接在该功率放大器模块的输出端与反相输入端之间，包括 第二电阻(R2)和隔直电容(Cl)串联而成的支路； 第三电阻(R3),与该第二电阻(R2)和隔直电容(Cl)组成的支路并联。
7 根据权利要求6所述的改善低频性能的音频功率放大器装置，其特征在于，该第三电阻(R3)和该隔直电容(Cl)的值满足如下条件 1— 1 1 1其中R^是扬声器的电阻值。
8 根据权利要求6所述的改善低频性能的音频功率放大器装置，其特征在于， 该功率放大器模块的反相输入端通过该第一电阻(Rl)接收前级提供的输入信号 (Vin),同相输入端接收共模参考电压(Vcm)。
9 根据权利要求6所述的改善低频性能的音频功率放大器装置，其特征在于， 该功率放大器模块的反相输入端通过该第一电阻(R1 )接收共模参考电压(Vcm), 同相输入端通过去耦电容(Cin)接收前级提供的输入信号(Vin)，该放大器模块 的同相输入端上还连有电阻(Rn),该电阻(Rn )的另 一端接收共模参考电压(Vcm )。
10 根据权利要求6所述的改善低频性能的音频功率放大器装置，其特征在 于，该功率放大器的反相输入端通过该第一电阻(Rl)和去耦电容(Cn)接地， 同相输入端通过去耦电容(Cin)接收前级提供的输入信号(Vin)，该放大器模块 的同相输入端上还连有电阻(Rn ),该电阻(Rn )的另 一端接收共模参考电压(Vcm )。
全文摘要
本发明公开了一种改善低频性能的音频功率放大器装置，既降低音频功率放大器对低频信号的抑制，又减小了隔直电容的值，同时不明显增加系统复杂度。其技术方案为该音频功率放大器装置包括功率放大器模块，通过单电源供电，包括同相输入端、反相输入端和输出端，其中该反相输入端连接第一电阻，该输出端通过隔直电容与该扬声器连接；反馈通路模块，连接在该功率放大器模块的输出端与反相输入端之间，包括第二电阻；与该第二电阻连接的阻容电路，该阻容电路由第三电阻和隔直电容并联而成，以抵消该功率放大器模块的低频增益衰减。
文档编号H03F3/181GK101325402SQ200710042050
公开日2008年12月17日 申请日期2007年6月15日 优先权日2007年6月15日
发明者傅志军, 洵 张 申请人:展讯通信(上海)有限公司