专利名称：具双调变模块的单端输出型d类放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种D类放大器，尤指一种具双调变模块的单端输出型D类放大 器。
背景技术：
—般来说，输出级的放大电路大致包含有A类、B类、AB类及D类等放大器，早期较 常见的为AB类放大器，但随着半导体制程的成熟，具有较低消耗功率的D类放大器渐为常 见。 D类放大器与AB类放大器最大差异即是输出脉宽调变信号推动电感性负载，而非 以线性信号推动的；其中该脉宽调变信号是包含有声音信号以及脉宽调变开关信号和谐波 信号。由于D类放大器输出脉宽调变信号，使得输出级开关电路的各开关自高阻抗切换至 极低阻抗，且导通时间短，使得导通电流流经导通电阻时间相对縮短，而较AB类放大器更 有效率，且消耗功率更小。 请参阅图5所示，为一种现有开回路的单端输出型D类放大器70，该D类放大器70 包含有一增益放大器71、一 P丽调变器72、一振荡器73、一逻辑电路74及一半桥电路75。 其中该增益放大器71输入端Vi连接一外部模拟声音信号，并将该外部模拟声音信号予以 放大后，如图7所示，放大的声音信号。经对应的P丽调变器72依据振荡器输出的振荡信 号S2输出脉宽调变信号P， N，通过逻辑电路74依据脉宽调变信号控制半桥电路75启闭， 由于该半桥电路供外部电感性负载60连接，该电感性负载60即可还原出声音信号。 由于该振荡器输出的振荡信号频率高，以20Hz至20KHz的声音信号为例，其配合 采用的振荡信号为350KHz。请参阅图6所示，该P丽调变器72将放大后的声音信号加入高 频振荡信号进行脉宽调变信号D0的脉宽调变，故能将包含在放大后的声音信号Sl中的噪 声nl推至高频段，由于该噪声nl被移频至较高频段，而声音数据Sl则保留在低频段中，故 D类放大器70输出至电感性负载60之前可通过该低通滤波器80的特性81，将高频的噪声 nl滤除。 由于上述单端输出型D类放大器70虽能通过调变技术将噪声移频至高频段，但必 须再配合一高阶低通滤波器80才能将高频段的噪声加以滤除，造成使用单端输出端型D类 放大器电路的整体体积无法小型化。再者，由于增益放大器71及P丽调变器72均分别使 用放大器元件，而放大器本身的噪声基准(Noise Floor)又属于动态噪声的一种，因此当声 音信号输入至该增益放大器71时，该动态噪声会并入放大后的声音信号中，造成最后输出 信号的总谐波失真加噪讯比(THD+N)与信号失真噪声比(SDNR)不佳。 因此，目前已有一种闭反馈回路的单端输出型D类放大器70a推出，请配合参阅图 8所示，其包含有 —信号放大器71，是包含有一模拟输入端Vi，供模拟声音信号输入的； —比较器72，其一输入端连接至该信号放大器71的输出端，另一输入端则连接一
振荡器73，将放大的声音信号与振荡信号比对后，以输出脉宽调变信号；[0010] —逻辑电路74，是连接至该比较器72的输出端，依据脉宽调变信号输出驱动信 号； —半桥电路75，是由一上侧开关电路751及一下侧开关电路752组成，其中该上侧 及下侧开关电路751，752的控制端均连接至该逻辑电路74的输出端，以接受驱动信号而决 定上侧及下侧开关电路751， 752的启闭，又该半桥电路75的上侧开关电路751及下侧开关 电路752的串联节点为D类放大器的输出端Do，故可供一电感性负载60连接；及 —馈电路711，是连接该半桥电路75的串联节点与信号放大器71的模拟输入端 Vi。 上述D类放大器70a包含有一阶反馈电路71 ，可将增益放大器本身放大器噪声、参 考电压噪声、增益/频宽乘积限制以及含三角波生器的非线性值的反馈输出信号等非线性 项(non-linear terms)予以消除，然而，上述一阶反馈回路仅由单一信号放大器将声音信 号予以合成后作放大，因此整体的开回路增益相当有限。 然而，不论开回路或闭回路的D类放大器70， 70a电路设计，其半桥电路75是由一 上侧开关电路751及一下侧开关电路752串接而成，而上侧及下侧开关电路751,752分别 由多个电子开关并联而成，上侧开关电路751的所有电子开关的控制端连接至该逻辑电路 74的其中一输出端P，而下侧开关电路752的所有电子开关的控制端连接至该逻辑电路74 的另一输出端N，令上侧及下侧开关电路751,752分别受到逻辑电路74输出对应驱动信号 而启闭。因此，诚如图7所示，纵使无输出信号，由于该逻辑电路74是输出相同脉宽调变信 号予上侧及下侧开关电路751，752，此时，上侧及下侧开关电路751,752的所有电子开关受 驱动信号而启闭，使得D类放大器具有很高的电磁干扰值，有必进一步改良。
发明内容有鉴上述问题，本实用新型的主要目的是提供一种具双驱动调变模块的单输出端 型D类放大器，能有效降低单输出端型D类放大器的电磁干扰值。 欲达上述目的，本实用新型提供一种具双调变模块的单端输出型D类放大器，其 包含 —增益调整及比较电路，是用以与外部模拟声音信号连接，将模拟声音信号经过
增益调整后，再与一三角波信号进行比对，以输出脉宽调变型的第一比较信号； —比较电路，是用以与外部模拟声音信号的反向信号连接，并与该增益调整及比
较电路的三角波信号连接，将反向信号与该三角波信号进行比对后输出脉宽调变型的第二
比较信号； —逻辑电路，是连接至该增益调整及比较电路及该比较电路的输出端，以接收该 第一及第二比较信号；又该逻辑电路包含有四组输出端，其中两输出端是输出第一脉宽调 变信号，另两输出端则输出第二组脉宽调变信号；及 —半桥电路，是包含有一第一子半桥电路及一第二子半桥电路，其中该第一及第 二半桥电路的串接节点是共同连接至一单输出端，又该第一子半桥电路的上侧及下侧开关 电路的开关数量多于该第二子半桥电路的上侧及下侧开关电路的开关数量，又该第二子半 桥电路的上侧及下侧开关电路分别连接至该逻辑电路输出第一脉宽调变信号的二输出端， 而该第一子半桥电路的上侧及下侧开关电路则分别连接至该逻辑电路输出第二脉宽调变
4信号的二输出端。 其中，该第一子半桥开关电路上侧及下侧开关电路的开关数量为该第二子半桥开
关电路上侧及下侧开关电路的开关数量的3至5倍。 其中，该比较电路是整合至该增益调整及比较电路中。 其中，该增益调整及比较电路为一差分增益调整及比较电路。 上述逻辑电路同时将第一比较信号作为该第二子半桥电路的两组驱动信号，再将 第二比较信号与第一比较信号相减后取其反向值后，再输出至第一子半桥电路的上侧开关 电路，作为上侧开关电路的驱动信号，而逻辑电路将第一比较信号减去第二比较信号后输 出至第一子半桥电路的下侧开关电路，作为下侧开关电路的驱动信号；因此，当D类放大器 的差分输出端无输出时，第一比较信号与第二比较信号会完全相同，因此开关数量较多的 第一子半桥电路在无信号输出时将完全动作；而在D类放大器有信号输出时，第一子半桥
电路对应输入信号的各周期中，又仅上侧及下侧开关电路的其中一组有动作；因此，能有效 降低整体半桥电路的切换损失及输出切换回转率(output switch slewrate)，进而降低整 体D类放大器的EMI值。
图1是本实用新型一较佳实施例的电路方块图； 图2A是图1在D类放大器无信号输出时的波形图； 图2B是图1在D类放大器有信号输出时的波形图； 图3是图1的详细电路方块图； 图4是二阶及单阶反馈回路下的放大声音信号的频域图； 图5是一种开回路的D类放大器电路方块图； 图6是图5输出放大声音信号的频域图； 图7是图5的波形图； 图8 —种闭回路的D类放大器电路方块图。 附图标记说明10-增益调整及比较电路；10'-差分增益调整及比较电路；ll-增 益调整电路；20-第一差分放大器；21-第一RC电路；22-第二差分放大器比较器；23-第
二RC电路；30-比较器；31-比较电路；31' _比较器；32_三角波信号；32'-三角波产生 器；40-逻辑电路；50-半桥电路；51-第一子半桥电路；511-上侧开关电路；512_下侧开关 电路；52-第二子半桥电路；521-上侧开关电路；522-下侧开关电路；60-电感性负载；70、
70a-D类放大器；71-增益放大器；711-反馈电路；72-P丽调变器；73-振荡器；74-逻辑电 路；75-半桥电路；751-上侧开关电路；752-下侧开关电路；80-低通滤波器。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。 请参阅图1所示，为本实用新型具双驱动调变模块的单输出端型D类放大器的电 路方块图，其包含有 —增益调整及比较电路10，是用以与外部模拟声音信号Vi+连接，将模拟声音信 号Vi+经过增益调整后，再与一三角波信号32进行比对，以输出脉宽调变型的第一比较信号N2 ; —比较电路31，是用以与外部模拟声音信号的反向信号Vi-连接，并与该增益调 整及比较电路10的三角波信号32连接，将反向信号与该三角波信号32进行比对后输出脉 宽调变型的第二比较信号X; —逻辑电路40，是连接至该增益调整及比较电路10及比较电路31的输出端，以接 收第一及第二比较信号N2， X ;又该逻辑电路40包含有四组输出端Pl， Nl， P2， N2'，其中二 输出端P2，N2'是输出第一脉宽调变信号，另二输出端P1，N1则输出第二组脉宽调信号；及 —半桥电路50，是包含有一第一子半桥电路51及一第二子半桥电路52，其中第一 及第二半桥电路51， 52的串接节点是共同连接至单端输出端型D类放大器的单输出端Do， 又第一子半桥电路51的上侧及下侧开关电路511,512的开关数量多于第二子半桥电路52 的上侧及下侧开关电路521,522的开关数量(约3-5倍)，又第二子半桥电路52的上侧及 下侧开关电路521，522分别连接至逻辑电路40输出第一脉宽调变信号的二输出端P2，N2'， 而第一子半桥电路51的上侧及下侧开关电路511,512则分别连接至该逻辑电路40输出第 二脉宽调变信号的二输出端Pl， Nl。 请配合参阅图2A及2B所示，上述逻辑电路40是同时将第一比较信号N2作为该 第二子半桥电路52的上侧及下侧开关电路521， 522 二组驱动信号，并自其中二输出端P2，
N2'输出，再将第二比较信号X与第一比较信号N2相减后取其反向值后(in:F^)，再 输出至第一子半桥电路51的上侧开关电路511，作为其上侧开关电路511的驱动信号，而逻 辑电路40将第一比较信号N2减去第二比较信号X后(Nl 二N2-X)，输出至第一子半桥电路 51的下侧开关电路512，作为其下侧开关电路512的驱动信号。 诚如图2B所示，当D类放大器的单输出端Do无信号输出时，第一 比较信号N2与 第二比较信号X会完全相同，即输出高电位的驱动信号予第一子半桥电路51的上侧开关电 路511，输出低电位驱动信号予第一子半桥电路51的下侧开关电路512，因此开关数量较多 的第一子半桥电路51在无信号输出时将完全动作。 再如图2A所示，当D类放大器的单输出端Do有信号输出时，第一子半桥电路51 对应输入信号Vi+的各周期中，又仅上侧及下侧开关电路511， 512的其中一组有动作，即在 输入信号Vi+的负周期时，其上侧开关电路511关闭不动作，仅下侧开关电路512依据其驱 动信号Nl启闭；而在输入信号Vi+的正半周期时，其下侧开关电路512关闭不动作，仅上侧 开关电路511依据其驱动信号启闭。因此，能有效降低整体半桥电路50的切换损失及输出 切换回转率(outputswitch slew rate)，进而降低整体D类放大器的EMI值。 至于本实用新型的增益调整及比较电路另一较实施例诚如图3所示，其是为一差 分增益调整及比较电路10'，即整合有上述比较电路及三角波信号在其中，故该差分增益调 整及比较电路10'包含有一增益调整电路11、二阶积分器、二比较器30，31'、一逻辑电路 40、一半桥电路50及一反向器24，其中该D类放大器的单端输出端Do连接该反向器24，以 提供一组差分输出信号端Do+， Do-。其中该二阶积分器包含有 —第一差分放大器20，是包含有一正向输入端(+)、一反向输入端(-)、一反向差 分输出端(+)及一正向差分输出端(-)，其中该正向输入端(+)连接至该增益调整电路ll， 以调整该第一差分放大器20的增益； 二第一RC电路21，是分别连接至差分输出信号端Do+， Do-与该第一差分放大器20的正向及反向输入端(+， _)之间，构成二组第一阶积分电路； —第二差分放大器22，是包含有一正向输入端(+)、一反向输入端(-)，其中该正向输入端(+)连接至该第一差分放大器20的正向差分输出端(+)，而该反向输入端(_)则连接至该第一差分放大器20的反向差分输出端(_);及 二第二 RC电路23，是分别连接于差分输出信号端Do+， Do-与该第二差分放大器22的正向及反向输入端之间，构成二组第二阶积分电路。 上述差分增益调整及比较电路10'是将该反向器24连接至该单一输出端Do，使单端输出型D类放大器提供一组差分输出信号端Do+， Do-，而构成一个全差分电路，并配合二阶积分器构成二阶回馈电路，帮助第一及第二差分放大器20，22本身的噪声等非线性元件能更快速衰减，如图4所示，并且能提供更高的高频衰减值，提高整体的噪声失真噪声比(SDNR);再者，本发明D类放大器差分输出信号Do+， D0-经过二级增益处理后可以得更精细的修正；因此，本发明除了将全差分电路设计在单端输出型D类放大器外，亦将第一及第二差分放大器20，22纳入二阶回馈系统中，而能有效消除非线性元件消除，而令整个D类放大器全线性化，而相对得到更好的总谐波失真加噪声比(THD+N)效能。再者，全差分电路架构的单端输出型D类放大器能提高电源纹波抑制比(powersu卯ly rejectionration ;PSRR)、共模抑制比(common mode rejection)及抗噪声串音(crosstalk noiserejection)。 以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，
或等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。
权利要求一种具双调变模块的单端输出型D类放大器，其特征在于，其包含一增益调整及比较电路，是用以与外部模拟声音信号连接，将模拟声音信号经过增益调整后，再与一三角波信号进行比对，以输出脉宽调变型的第一比较信号；一比较电路，是用以与外部模拟声音信号的反向信号连接，并与该增益调整及比较电路的三角波信号连接，将反向信号与该三角波信号进行比对后输出脉宽调变型的第二比较信号；一逻辑电路，是连接至该增益调整及比较电路及该比较电路的输出端，以接收该第一及第二比较信号；又该逻辑电路包含有四组输出端，其中两输出端是输出第一脉宽调变信号，另两输出端则输出第二组脉宽调变信号；及一半桥电路，是包含有一第一子半桥电路及一第二子半桥电路，其中该第一及第二半桥电路的串接节点是共同连接至一单输出端，又该第一子半桥电路的上侧及下侧开关电路的开关数量多于该第二子半桥电路的上侧及下侧开关电路的开关数量，又该第二子半桥电路的上侧及下侧开关电路分别连接至该逻辑电路输出第一脉宽调变信号的二输出端，而该第一子半桥电路的上侧及下侧开关电路则分别连接至该逻辑电路输出第二脉宽调变信号的二输出端。
2. 根据权利要求1所述的具双调变模块的单端输出型D类放大器，其特征在于，该第一子半桥开关电路上侧及下侧开关电路的开关数量为该第二子半桥开关电路上侧及下侧开 关电路的开关数量的3至5倍。
3. 根据权利要求2所述的具双调变模块的单端输出型D类放大器，其特征在于，该比较 电路是整合至该增益调整及比较电路中。
4. 根据权利要求3所述的具双调变模块的单端输出型D类放大器，其特征在于，该增益 调整及比较电路为一差分增益调整及比较电路。
专利摘要本实用新型是关于一种具双调变模块的单端输出型D类放大器，其包括，一增益调整及比较电路，是用以与外部模拟声音信号连接，用以输出脉宽调变型的第一比较信号；一比较电路，是用以与外部模拟声音信号的反向信号连接，并与增益调整及比较电路的三角波信号连接，输出脉宽调变型的第二比较信号；一逻辑电路，是连接至增益调整及比较电路及该比较电路的输出端，以接收第一及第二比较信号；又逻辑电路包含有四组输出端；及一半桥电路，是包含有一第一子半桥电路及一第二子半桥电路，其中该第一及第二半桥电路的串接节点是共同连接至一单输出端，能有效改善单端输出型D类放大器的高切换损失及输出切换回转率，以降低整体D类放大器的电磁干扰值。
文档编号H03F1/26GK201533287SQ20092016622
公开日2010年7月21日 申请日期2009年7月22日 优先权日2009年7月22日
发明者赵尧主 申请人:德信科技股份有限公司