放大器电路的制作方法

文档序号:7520566阅读:308来源:国知局
专利名称:放大器电路的制作方法
技术领域
本发明涉及一种放大器电路,尤其,本发明涉及用于便携式音频设备的放大器,但不排除其他。
背景技术
用于便携式音频设备的放大器通常由提供电源电压Vdd的电源供电。表示音频信息的模拟信号被输入到放大器。放大器输出偏置在电压电源Vdd和地电位的中间的放大信号,即,偏置在Vdd/2。以这种方式,放大信号可以扩展至全部的可用电压,或从电源电压Vdd 到地电位,而无失真。此外,这种方法还确保输入模拟信号的正反两方面的波动在放大信号中显现。放大信号被输出到扬声器,对于便携式音频设备而言,所述扬声器通常包含于耳机中。扬声器进而接地。因此,放大信号的偏置电压导致扬声器的平均电压为Vdd/2。因此, 在放大信号中具有不断流过扬声器的直流(DC)分量。这是不期望的,因为其可能会损坏扬声器。为了防止直流分量到达扬声器,已提出在放大器的输出端和扬声器之间的线路上连接电容器。电容器有效地用作高通滤波器,防止低于一定频率的信号被传播到扬声器。该滤波器的截止频率取决于电容器的电容量,且还取决于扬声器的阻抗。实际上,如果所有的声频要到达耳机,需要大容量电容器。在特定的示例中,该电容量为220yF。具有大约数百μ F电容量的电容器通常具有相对大的外形尺寸,且不能被集成到微芯片。相反,放大器可以被集成到微芯片且大容量电容器可设置在安装有微芯片的电路板上的微芯片的外部。在便携式音频设备的情况下,这限制了设备的小型化且增加了设备的复杂性。还提出给放大器提供两个大小相等,方向相反的电源电压Vdd和_Vdd。然后,由扬声器输出的信号可能会偏置在地电位。因此,输出信号中无直流分量。国际专利公布(international (PCT)patent publication)号 WO 2006/031304 的专利中描述了这种系统的示例。尤其是,该专利描述了使用直流电压/电压转换器(DC voltage-to-voltage converter),根据电源提供的初始正电源电压Vdd,提供负电源电压-Ι。然而,直流电压/电压转换器需要附加的电容器和/或电感器,而所述附加的电容器和/或电感器不能集成到微芯片。在特定的示例中,需要分别具有IyF电容量的两个电容器。尽管比上文所述的串联(in-line)电容器的电容量明显较低,该电容器依然不能很容易地集成到微芯片,因此必须如所述串联电容器一样被设置在微芯片的外部。具体地,增加这两个电容器需要微芯片上的三个额外的引脚,一个电容器连接在引脚和接地端之间, 而另一个电容器连接在两个独立的引脚之间。因此,这种方法占据额外的空间且没有将放大器小型化到期望的程度。此外,调节直流电压/电压转换器以提供正确的输出不是小事,必须谨慎管理。因此,这种方法的应用受成本影响,且如果调节不成功,放大器中还存在潜在的不稳定性。

发明内容
根据第一方面,提供了一种电路,包括输入端,其用于接收模拟输入信号;模数转换级,其可用于将模拟输入信号转换为包括多个符号的数字信号,所述多个符号分别具有多个不同值中的一个;及第一输出级,其连接成从所述模数转换级接收所述数字信号,所述第一输出级包括第一能源存储元件,且可用于使所述第一能源存储元件放电,以在输出信号中产生第一电荷脉冲,所述第一电荷脉冲的极性取决于从所述模数转换级接收的符号的值。根据第二方面,提供了一种方法,包括接收模拟输入信号;将所述模拟输入信号转换为包括多个符号的数字信号,所述多个符号分别具有多个不同值中的一个;及接收所述数字信号且使第一能量存储元件放电,以在输出信号中产生第一电荷脉冲,所述第一电荷脉冲的极性取决于所述数字信号中的符号的值。这样可以给扬声器提供基本不包括直流分量的输出信号。由此,不需要外部的电容器以去除直流分量。此外,防止输出信号中的直流分量并不依赖于提供两个制衡的电源电压。因此,不需要提供附加电路来产生这样制衡的驱动电压,或不需要起初就提供正负电源电压。较佳地,周期性地使第一能量存储元件放电。通常以符号速率输出数字信号,所述符号速率定义了每单位时间内数字信号中的符号的数量。然后,较佳地,以所述符号速率使第一能量存储元件放电。也就是说,对每个符号,使所述能量存储元件放电一次。在替代示例中,可以以比所述符号速率更高或更低的速率使所述能量存储元件放电。较佳地,符号速率至少为20MHz。更较佳地,符号速率近似为40MHz。需要具有相对大的符号速率来确保符号不会干扰由模拟输入信号携带的频率。例如,如果模拟输入信号表示音频信号,符号不干扰由所述模拟输入信号所表示的音频信息将会很有益。在较佳的示例中,第一能量存储元件是电容元件。然而,可以使用诸如电感元件的替代元件。高符号速率使作为第一能量存储元件来使用的电容元件高效,即使所述电容元件仅具有相对低的电容量。这有助于电容元件的小型化,进而有助于整个电路的小型化。在较佳的示例中,所述电容元件具有小于IOnF的电容量。更较佳地,所述电容元件具有近似 InF的电容量。较佳地,所述电路进一步包括第二输出级,所述第二输出级连接成从模数转换级接收数字信号,所述第二输出级包括第二附加能源存储元件,且可用于使所述第二能源存储元件放电,以在输出信号中产生第二电荷脉冲,所述第二电荷脉冲的极性取决于从模数转换级接收的符号的值。同样,较佳地,所述方法进一步包括使第二能源存储元件放电,以在输出信号中产生第二电荷脉冲,所述第二电荷脉冲的极性取决于数字信号中的符号的值。因此,除了第一电荷脉冲,还可以提供第二电荷脉冲。第二输出级可以具有与第一输出级相同的特性。同样,可以以与产生第一电荷脉冲相同的方式产生第二电荷脉冲。然而,交替地且顺序地产生第一电荷脉冲和第二电荷脉冲为较佳。以这种方式,第一电荷脉冲和第二电荷脉冲相互补充,且可以提供具有较高密度的电荷脉冲的输出信号。此外,这允许在使第二能量存储元件放电的同时使第一能量存储元件充电,且允许在使第一能量存储元件放电的同时使第二能量存储元件充电。例如,可以在包括第一部分和第二部分的一段时间内接收各符号,并且可以在第一部分期间使第一能量存储元件充电且在第二部分期间使第一能量存储元件放电,以产生一个第一电荷脉冲。同样地,可以在第二部分期间使第二能量存储元件充电且在第一部分期间使第二能量存储元件放电,以产生一个第二电荷脉冲。第一部分先于第二部分为较佳。较佳地,对于紧接着数字信号的第一符号的第二符号,在接收第一符号的一段时间内使第二能量存储元件充电,且在接收第二符号的一段时间内使第二能量存储元件放电,以产生一个第二电荷脉冲,所述第二电荷脉冲的极性取决于第一符号的值。以这种方式,可以在接收第二符号的时间段之前使第二能量存储元件充电。这允许所述时间段一开始就可以使第二能量存储元件放电。较佳地,在接收第一符号的一段时间的第二部分期间使第二能量存储元件充电, 且在接收第二符号的一段时间的第一部分期间使第二能量存储元件放电,以产生一个第二电荷脉冲,所述第二电荷脉冲的极性取决于第一符号的值。较佳地,在接收第二符号的一段时间的第一部分期间使第一能量存储元件充电, 且在接收第二符号的一段时间的第二部分期间使第一能量存储元件放电,以产生一个第一电荷脉冲,所述第一电荷脉冲的极性取决于第一符号的值。较佳地,数字信号的第一符号紧位于数字信号的第二符号之前。较佳地,模数转换级包括模数转换器,其可用于将模拟输入信号转换为由第一输出级和第二输出级两者接收的数字信号。以这种方式,单一模数转换器用于控制第一输出级和第二输出级。或者,模数转换级可以包括第一模数转换器和第二模数转换器,所述第一模数转换器可用于将模拟信号转换为由第一输出级接收的数字信号,所述第二模数转换器可用于将模拟信号转换为由第二输出级接收的数字信号。模数转换器可以为1位。例如,数字信号的符号可以具有选自两个不同值中的一个值,并且当所述符号具有所述值中的一个值时,电荷脉冲可以具有取决于所述符号的值的一个极性,且当所述符号具有所述值中的另一个值时,电荷脉冲具有相反的极性。这对应于包括单一位数的每一个符号,以及等同于比特速率的符号速率。在其他的示例中,模数转换器可以为η位,其中η为1. 5或大于1的整数。更一般地说,模数转换器可以提供具有选自任何数量的不同值中一个值的符号。在这些示例中,较佳地,各电荷脉冲的电平取决于符号的值,所述电荷脉冲的极性取决于所述符号的值。例如,数字信号的符号可以具有选自包括零的三个不同值中的一个值,并且当所述符号具有一个非零值时,所述电荷脉冲可以具有取决于所述符号的值的一个极性,且当所述符号具有另一个非零值时,所述电荷脉冲可以具有相反的极性。或者,数字信号的符号可以具有选自四个不同值中的一个值,并且当所述符号具有所述值中的第一个值时,所述电荷脉冲可以具有取决于所述符号的一个极性和第一电平,当所述符号具有所述值中的第二个值时, 所述电荷脉冲可以具有取决于所述符号的所述极性和第二电平,当所述符号具有所述值中的第三个值时,所述电荷脉冲可以具有相反的极性和所述第一电平,及当所述符号具有所述值中的第四个值时,所述电荷脉冲可以具有所述相反的极性和所述第二电平。较佳地,所述电路进一步包括前置放大器,其连接于输入端和模数转换器之间。同样较佳地,所述方法进一步包括将模拟输入信号转换为数字信号之前,放大该模拟输入信号。所述前置放大器有效地改善所述电路和所述方法的增益特性。例如,所述前置放大器可以用于平缓频率响应且改善所述电路的线性度。较佳地,所述电路进一步包括反馈路径,其连接于第一输出级的输出端和所述电路的输入端之间。同样较佳地,所述方法进一步包括从输出信号提供反馈信号,用于与模拟输入信号相加。这允许控制所述电路和所述方法的增益。较佳地,所述反馈路径包括电阻元件。同样,提供反馈信号可以包括将所述反馈信号通过电阻元件。所述电阻元件可以包括可变电阻。还提供了一种放大器,包括上文所述的电路。换句话说,所述电路可以设置于放大器中。所述放大器可以提供无直流分量的输出信号。这尤其对所述放大器为音频放大器的较佳的示例很有益。较佳地,所述放大器被集成到单一微芯片中。进一步提供了一种便携式音频设备,其包括上文所述的音频放大器。换句话说,所述放大器可以设置于便携式音频设备中。所述便携式音频设备得益于,在不需要相对大的电容器的情况下,提供了无直流分量的输出信号,因为这有助于播放器的小型化。


现在参照附图,仅以示例的方式描述较佳的实施方式,其中,图1为放大器的示意图;图2A为用于1位ADC的图1所示放大器的开关电容器输出级的示意图;图2B为用于1. 5位ADC的图1所示放大器的开关电容器输出级的示意图;图2C为用于2位ADC的图1所示放大器的开关电容器输出级的示意图;图3A说明在图2A所示的开关电容器输出级中电容器的充电步骤;图;3B说明在图2A所示的开关电容器输出级中电容器的放电步骤;图3C说明在图2A所示的开关电容器输出级中电容器的另一种放电步骤;图4A为包含图1所示放大器的集成电路的示意图;图4B说明由图1所示放大器输出的信号;图5为图1所示放大器的电路的示意图;图6为包含图1所示放大器的便携式音频设备的示意图;图7A为包括附加开关电容器输出级的放大器的示意图;图7B为包括附加开关电容器输出级和附加ADC的放大器的示意具体实施例方式参照图1,一种放大器1,包括输入端2和输出端3。通过第一电阻元件5所述输入端2被连接到加法级4。所述加法级4的输出端连接到前置放大器6的输入端;所述前置放大器6的输出端连接到模数转换器(ADC)7的输入端;所述ADC 7的输出端连接到开关电容器输出级8的输入端;及所述开关电容器输出级8的输出端连接到所述放大器的所述输出端3。反馈路径9从所述开关电容器输出级8的输出端连接到所述加法级4的另一输入端,且包括第二电阻元件10。放大器1设有时钟信号11。更具体地,时钟信号11被提供给ADC 7和开关电容器输出级8。若需要,时钟信号11还可以提供给前置放大器6。时钟信号11用于控制ADC 7 的符号速率。即,时钟信号11用于控制每单位时间由ADC7产生的符号的数量。在下文中, 术语“时钟周期”指的是由ADC 7产生符号的一段时间。符号可以包括若干元素,如位数。 因此,在一些实施方式中,ADC7可用于每超过一个时钟周期产生一个信号,及每时钟周期产生一个元素。或者,各时钟周期可以被分为多个不同的部分,在此期间产生符号的各元素。ADC 7给开关电容器输出级8提供数字信号。在ADC 7的输出端和开关电容器输出级8的输入端之间由ADC 7提供的数字信号可能有或可能没有延迟。数字信号和时钟信号11用于驱动开关电容器输出级8中的开关,以适当地使能量存储元件充电和放电,从而在输出信号中提供电荷脉冲。根据是否有延迟,在时钟周期内产生的电荷脉冲可以对应于在所述时钟周期内产生的符号或对应于在更早的时钟周期内产生的符号。在一个较佳的实施方式中,所述ADC 7为1位ADC。参照图2A,在该实施方式中, 开关电容器输出级8包括电压电源18 ;电容器19形式的能量存储单元;用于控制所述电容器19充电的充电周期开关Φ1;用于控制所述电容器19放电的放电周期开关Φ2+、Φ2_。提供了两个充电周期开关Φ工,分别在所述电容器19和所述电压电源18之间所述电容器19 的每一侧。当两个充电周期开关小工中的任何一个打开(或断开)时,电容器19不与电压电源18连接且不进行充电。当两个充电周期开关Ct1都关闭(或接通)时,电压电源18连接到电容器19且该电容器19进行充电。如图2A所示,放电周期开关Φ2+、Φ2_设置成选择性地将电容器19连接到输出端 3 ;电容器19可以考虑由彼此分离小距离的第一板和第二板组成;当第一放电周期开关Φ2+ 闭合且第二放电周期开关Φ2-打开时,电容器19的第一板连接到输出端3。相反,当第二放电周期开关Φ2-闭合且第一放电周期开关Φ2+打开时,电容器19的第二板连接到输出端 3。放电周期开关Φ2+,Φ2-设置成将电容器19的未连接到输出端和接地端的板连接到所述输出端和接地端,以允许其进行放电。开关电容器输出级8由ADC 7提供的数字信号和时钟信号11两者控制。为了操作开关电容输出级8,各时钟周期(在该时钟周期内,开关电容器输出级8从ADC 7接收符号)被视为包括第一和第二部分,分别称为小工和Φ2,因为该第一和第二部分以下文所述的方式对应于开关ΦρΦ2+、Φ2_。开关电容器输出级8的输出取决于从ADC 7接收的数字信号中的符号的值。开关电容器输出级8设置成周期性地提供电荷脉冲。在所述特定的实施方式中, 开关电容器输出级8在各时钟周期内提供一个电荷脉冲(S卩,开关电容器输出级8在从ADC 7接收一个符号的各周期内提供一个电荷脉冲)。然而,在替代的实施方式中,开关电容器输出级8在各时钟周期内可能产生多于或少于一个电荷脉冲。在第一部分时钟周期Ct1内,充电周期开关小工关闭而放电周期开关Φ2+、Φ2_打开。这允许电容器19从电压电源18充电。相反,在第二部分时钟周期Φ2内,充电周期开关小工打开。此外,根据由ADC 7提供的数字信号中符号的值,在第二部分时钟周期Φ2内, 第一放电周期开关Φ2+或第二放电周期开关Φ2-是闭合的。在第二部分时钟周期Φ2内,电容器19进行放电,但是,在此放电期间电流的流动方向取决于从ADC 7接收的数字信号中符号的值。这是因为,如上所述,放电周期开关Φ2+、 Φ2-控制电容器19到输出端3的连接。由ADC 7提供的数字信号控制闭合第一放电周期开关Φ2+还是第二放电周期开关Φ2_,进而控制是将电容器19的第一板还是将第二板连接到输出端3。因为已充电的电容器的板具有相反的极性,因此,在第二部分时钟周期Φ2内, 从ADC 7接收的数字信号将控制输出信号中产生的电荷脉冲的极性。图2Α示出用于1位ADC 7的开关电容器输出级8。这意味着ADC 7提供包括符号的数字信号,所述符号分别具有两个可能的值中的一个值,通常为1和0,根据所述符号的值,开关电容器输出级8输出具有一个极性或相反的极性的信号。然而,可使用具有可选位数的ADC。例如,可以使用任何η位ADC,其中η为整数或1.5。更一般的来讲,可以使用提供具有选自任何数量的不同值中的一个值的符号的ADC。图2Β示出用于1.5位ADC 7的开关电容器输出级8。由1. 5位ADC输出的数字信号中的符号具有三个可能的值,通常为1、0和-1。这样,在第二部分时钟周期Φ2内,图2Β 所示的开关电容器输出级8设置成输出具有三个可能的值的信号。与图2Α所示的开关电容器输出级8相比,图2Β所示的开关电容器输出级8具有附加放电周期开关Φ2(ι。所述附加放电周期开关Φ2(ι并联连接到电容器19。在使用中,在第二部分时钟周期Φ2内,第一放电周期开关Φ2+或第二放电周期开关Φ2_或附加放电周期开关Φ2(ι是闭合的。这由1.5位ADC 7提供的数字信号所控制。在第二部分时钟周期Φ2内,如果第一放电周期开关Φ2+或第二放电周期开关 Φ2_是闭合的,以关于图2Α上文所述的方式产生电荷脉冲。然而,当附加放电周期开关Φ2(ι 闭合时,第一放电周期开关Φ2+和第二放电周期开关Φ2-都打开且电容器19不放电,这意味着提供给输出端3的信号为0。因此,根据由1.5位ADC7提供的数字信号中符号的三个可能的值,开关电容器输出级8提供具有三个可选值(一个极性,其相反的极性和0)的信号。如前所述,在其他较佳的实施方式中,ADC 7可以具有2位或更多位。在这种情况下,开关电容器输出级8设置成响应各种输出值,该输出值可以以由ADC 7提供的数字信号表示。一般,由η位ADC 7输出的数字信号中的符号具有2η个可能的值,其中η为整数。例如,由2位ADC提供的数字信号中的符号具有4个可能的值,通常为0、1、2和3。图2C示出用于2位ADC 7的开关电容器输出级8。图2C所示的开关电容器输出级8与图2Α所示的开关电容器输出级8类似,但其包括附加电压电源26。所述附加电压电源26与第一电压电源18以串联方式连接。在图2C所示的实施方式中,第一电压电源18 提供第一电压Vref且第二电压电源沈提供第二电压2Vref,该第二电压电源2Vref为由第一电压电源18提供的第一电压的两倍。图2C所示的开关电容器输出级8的充电周期开关Ct1不同于图2A所示的开关电容器输出级8的充电周期开关Φ1Ι5尤其是,图2C中提供了三个充电周期开关ΦρΦ^^ρ Φ〔3V,ef。在第一部分时钟周期小工内,充电周期开关Φ^ Φ^ ^ Φ ^ef中的两个是闭合的而第三个是打开的。根据从ADC 7接收的数字信号的值,决定充电周期开关ch、ch ltef、 Φ Uref中哪些是闭合的。在图2C所示的开关电容器输出级8中提供了三种类型的充电周期开关Φρ Φ L1Vref > 3Vref。这三个充电周期开关Φ:、Φ uvref > Φ ff被连接到电压电源18、26和电容器19之间。第一充电周期开关小工从接地端和第一电压电源18之间连接到电容器19的第一板。第二充电周期开关Φ ^^从第一电压电源18和附加电压电源沈之间连接到电容器19的第二板。第三充电周期开关3V,ef从附加电压电源沈的另一端连接到电容器 19的第二板。在第一部分时钟周期Ct1内,第一充电周期开关小工与第二充电周期开关Φ utef 和第三充电周期开关Φ^μ中的一个是闭合的。根据从ADC 7接收的数字信号,选择第二充电周期开关Φ^μ和第三充电周期开关Φum中哪个是闭合的。如果第二充电周期开关Φ^υμ是闭合的,那么,在第一部分时钟周期内,仅自第一电压电源18的电压施加于电容器19。或者,如果闭合的是第三充电周期开关Φ^μ而不是第二充电周期开关 Φυν&,那么,自第一电压电源18和附加电压电源沈两者的电压施加于电容器19。总之, 当第二充电周期开关闭合时,施加于电容器19的电压为第一电压Vref,而当第三充电周期开关Φ ^ef闭合时,施加于电容器19的电压为第一电压VMf与第二电压2V&相加得到的第三电压3V,ef,该第三电压3V,ef为第一电压Vref的三倍。因此,在第一部分时钟周期小工内存储于电容器19中的能量取决于在第一部分时钟周期Ct1内第二充电周期开关小Ukf和第三充电周期开关小^ef中哪个是闭合的。在第二部分时钟周期Φ2内,图2C所示的开关电容器输出级8与图2Α所示的开关电容器输出级8类似地运作。如前所述,放电周期开关Φ2被从ADC 7接收的数字信号所控制,以确定提供的电荷脉冲的极性。然而,在第一部分时钟周期小工内可能施加于电容器19 的不同的电压影响在第二部分时钟周期Φ2内提供的电荷脉冲的电平。具有两个可能的极性和两个可能的电荷脉冲电平。因此,具有开关电容器输出级8的四个可能的输出。因此, 开关电容器输出级8可以反映从2位ADC 7接收的数字信号的所有可能的值。例如,如果从ADC 7输出的符号的值表示为0、1、2和3,那么当电容器19由第一电压电源18和第二电压电源沈两者充电时,0可以以负极性的脉冲表示;当电容器19仅由第一电压电源18充电时,1可以以负极性的脉冲表示;当电容器19仅由第一电压电源18充电时,2可以以正极性的脉冲表示;及当电容器19由第一电压电源18和第二电压电源沈两者充电时,3可以以正极性的脉冲表示。本领域的技术人员将认识到,可以使用从ADC 7接收的数字信号中的符号的值和由开关电容器输出级8提供的电荷脉冲之间的任意的关系。本领域的技术人员将认识到,对电容器19施加多个不同的电压以反映2位ADC 7 输出的多个值的原理可以扩展到更高位的ADC。例如,在替代设置中,开关电容器输出级可以包括多个电容器19,该电容器19可以由单一电压电源选择性地充电,以提供输出电荷脉冲的范围。在一些实施方式中,不同的电压电源和不同的电容器的组合可用于提供反映多位ADC的不同的输出的不同的电荷脉冲。参照图3Α至图3C,更详细地说明图2Α所示的开关电容器输出级8的电容器19的充电和放电过程。图3Α示出在第一部分时钟周期Ct1内电容器19的充电过程。如上所述, 在所述第一部分时钟周期内,充电周期开关是闭合的且放电周期开关Φ2+、Φ2-是打开的。因此,开关电容器输出级8的有效电路如图3Α所示。在此期间电容器19被充电。在第二部分时钟周期Φ2内,正或负电荷脉冲可能被传送到扬声器20,并且图;3Β 和图3C示出由此产生的有效电路和所述正或负电荷脉冲如何与扬声器20相互作用。图:3Β 示出在响应于从ADC 7接收的数字信号的第一放电周期开关Φ2+关闭而第二放电周期开关Φ2-保持打开时的第二部分时钟周期62内的有效电路。如前所述,在这部分时钟周期内, 充电周期开关Φ工是打开的。相反,图3C示出在响应于具有第二值的数字信号的第二放电周期开关Φ2-关闭而第一放电周期开关Φ2+打开时的第二部分时钟周期62内的有效电路。 因此,从ADC 7接收的数字信号的作用为,在第二部分时钟周期Φ2内确定施加于扬声器20 的电荷脉冲的极性。因此,图1至图3所示的电路给扬声器20提供了输出信号,其包括正和负电荷脉冲。扬声器20在零偏压点左右被驱动,且用于驱动扬声器20的输出信号中无直流分量。此夕卜,在高时钟频率,电压器19可以具有可直接集成于微芯片的足够低的电容量。例如,可以使用诸如近似40MHz的至少20MHz的时钟频率。电容器19的较佳的电容量取决于诸如期望的输出电平、扬声器20的电感量及时钟频率等因素。在较佳的实施方式中,电容器19的电容量为IOnF或更低,并且在特定的较佳实施方式中,电容器19的电容量近似为InF。因此,所采用的技术可以消除微芯片上任何附加引脚的需求,同时提供无直流分量的输出。图4A为包含放大器1的集成电路21或微芯片的示意图。尽管可以使用替代放大器,放大器1为参照图1至图3C上文所述的类型。图4A示出包含于微芯片21的三个输入 /输出端(引脚)22、23、24。第一引脚22用于给放大器1提供电源电压Vdd,第二引脚23用于提供到接地端的连接,及第三引脚M用于从放大器1提供输出信号给扬声器20。电压电源18和附加电压电源沈可以由电源电压Vdd供电或可以由替代电压源或由利用一个附加引脚或多个引脚(未示出)连接到微芯片的电源供电。微芯片21还可以包括用于提供模拟输入信号的第四引脚(未示出)。图4B示出由图2A所示的开关电容器输出级8输出的信号的波形的示例。正电荷脉冲33和负电荷脉冲34被等同于第一部分时钟周期Ct1的时间跨度所分离,并且以0电压轴线为中心。在所述示例中,尽管本领域的技术人员将认识到在实际实施中未必如此,正脉冲33和负脉冲34具有相等的振幅。如上所述,由开关电容器输出级8输出的信号无直流分量。图4B所示的电荷脉冲33、34具有方形的波形轮廊。这仅用于参考性目的,并且本领域的技术人员将认识到在实践中电荷脉冲33、34的轮廊可能与所示的不同。例如,电荷脉冲的轮廊可能取决于系统的很多特性,包括但不限于输出信号的电流、电容器的电容量、及时钟频率。脉冲的轮廊还受扬声器中的电感线圈影响,该电感线圈起阻止电流的变化的作用。在某些情况下,电荷脉冲可能具有这样的轮廊在电荷脉冲期间(即,在第二部分时钟周期Φ2内)输出电压是相反的。本领域的技术人员将理解本发明中参考的电荷脉冲的极性指的是电荷脉冲的原始极性。图5为可以用于实现图1所示放大器1的特定电路的示意图。本领域的技术人员将认识到可以使用替代的实现方式。在图5所示的电路中,运算放大器沈与电容元件27并联地连接,用于实现前置放大器6。以比较器四实现的ADC 7为1位ADC。所述比较器四由运算放大器沈的输出和时钟信号11驱动。本领域的技术人员将认识到前置放大器6和ADC 7可以以根据需求的各种替代技术实现。图5所示的开关电容器输出级8采用图2Α所示的形式。开关电容器输出级8由时钟信号11和比较器四输出的数字信号驱动,以操作上文所述的充电周期开关和放电周期开关Φ2+、Φ2_,从而产生在用于驱动扬声器20的输出信号中的电荷脉冲。图6示出一种包括如图5所示电路的便携式音频设备30。通过电线31,所述电路的输出被传送到扬声器20,该扬声器20包含于一副耳机32中。在替代实施方式中,所述电路可以集成于所述耳机32中而不是所述便携式音频设备30中。上文所述的实施方式利用单一开关电容器输出级8。然而,在替代实施方式中,可以包括一个或更多的附加开关电容器输出级。图7Α和图7Β示出包括附加开关电容器输出级38的替代实施方式。参照图7Α描述的实施方式,所述附加开关电容器输出级38与上文所述的开关电容器输出级8并联的方式从ADC 7连接到输出端3。类似地,所述附加开关电容器输出级38还连接到时钟信号11。附加开关电容器输出级38具有与已描述的开关电容器输出级8近似相同的结构, 但其设置成在第二部分时钟周期Φ2内使附加能量存储元件(未示出)充电,并且在第一部分时钟周期内使所述附加能量存储元件放电。因此,在第一部分时钟周期小工内附加开关电容器输出级38提供电荷脉冲,以补充在第二部分时钟周期Φ2内由开关电容器输出级8产生的电荷脉冲。以如上所述的用于开关电容器输出级8的方式,由附加开关电容器输出级38提供的电荷脉冲的极性取决于由ADC 7提供的数字信号中的符号的值。尽管由开关电容器输出级8和附加开关电容器输出级38提供的脉冲发生在所述时钟周期的不同部分,其可以被从ADC 7接收的数字信号中的同一符号所控制。在一些较佳的实施方式中,从ADC 7接收的符号包括紧位于第二符号之前的第一符号。开关电容器输出级8和附加开关电容器输出级38都可以设置成,在接收第二符号期间产生电荷脉冲,该电荷脉冲的极性取决于所述第一符号。从ADC 7接收第一和第二符号的时间为被分成如上所述的两部分时钟周期的时钟周期。在下文中,在从ADC 7接收第一符号的第一时钟周期中,第一和第二部分时钟周期分别称为、和α2,而在从ADC 7接收第二符号的第二时钟周期中,第一和第二部分时钟周期分别称为^和β2。这些部分时钟周期αι、α2、 ^、β 2等同于上文所述的部分时钟周期Φρ Φ2。开关电容器输出级8设置成,在第二时钟周期的第一部分时钟周期β !内使能量存储元件19充电,且在第二时钟周期的第二部分时钟周期β 2内使能量存储元件19放电。 相反,附加开关电容器输出级38设置成,在第一时钟周期的第二部分时钟周期α 2中使附加能量存储元件充电,且在第二时钟周期的第一部分时钟周期中使附加能量存储元件放电。因此,在第二时钟周期内,在输出信号中产生两个电荷脉冲,即,在第一部分时钟周期
内由附加开关电容器输出级38产生第一电荷脉冲,其次,在第二部分时钟周期β2内由开关电容器输出级8产生第二电荷脉冲。所述第一电荷脉冲和第二电荷脉冲都具有极性, 该极性取决于在第一时钟周期内从ADC 7接收的第一符号的值。然后,使用第二符号代替所述第一符号重复所述过程,并且使用随后的符号代替所述第二符号重复所述过程。图7Β示出包括附加ADC 37的另一个替代实施方式。所述附加ADC 37与上文所述的ADC 7并联的方式从前置放大器连接到附加开关电容器输出级38。在图7Β所示的实施方式中,附加ADC 37的输出用于确定附加开关电容器输出级38的输出。本领域的技术人员将认识到,可以包括更多的开关电容器输出级,甚至超过图7Α 和图7Β所示的开关电容器输出级。例如,时钟周期可以被分为3个或更多独立的部分(而不是上文所述的两部分),并且在各所述部分时钟周期中,提供独立的开关电容器输出级以产生电荷脉冲。可以提供另外的附加ADC以控制另外的附加开关电容器输出级。本领域的技术人员将明白其他的变型和修改。这种变型和修改可以包括除本发明所描述的特征之外的已知的且可替代的等同的和其他的特征。在独立的实施方式中描述的特征可以提供于单一实施方式的组合中。相反,在单一实施方式中描述的特征也可以提供于独立的实施方式或任何合适的子组合中。应该注意的是,单词“包括”并不排除其他元件或步骤,单词“一个”不排除多个, 单一特性可以实现权力要求中所述的多个特性的功能,且权力要求中的参考标号不应理解为对权力要求范围的限制。还应该注意的是,附图不需要代替通常着重于说明本发明的原理被缩放、强调。
权利要求
1.一种电路,包括输入端,所述输入端用于接收模拟输入信号;模数转换级,所述模数转换级可用于将所述模拟输入信号转换为包括多个符号的数字信号,所述多个符号分别具有多个不同值中的一个;及第一输出级,所述第一输出级连接成从所述模数转换级接收所述数字信号,所述第一输出级包括第一能源存储元件,且可用于使所述第一能源存储元件放电,以在输出信号中产生第一电荷脉冲,所述第一电荷脉冲的极性取决于从所述模数转换级接收的符号的值。
2.如权利要求1所述的电路,其中,所述第一输出级用于周期性地使所述第一能源存储元件放电。
3.如权利要求1或2所述的电路,其中,所述模数转换级可用于以符号速率输出所述数字信号,所述符号速率定义每单位时间内所述数字信号中的符号的数量。
4.如权利要求3所述的电路,其中,所述第一输出级可用于以所述符号速率使所述第一能量存储元件放电。
5.如权利要求3或4所述的电路,其中,所述符号速率至少为20MHz。
6.如权利要求3至5中任一项所述的电路,其中,所述符号速率近似为40MHz。
7.如前述任一项权利要求所述的电路,其中,所述第一能量存储元件是电容元件。
8.如权利要求7所述的电路,其中,所述电容元件具有小于IOnF的电容量。
9.如权利要求7或8所述的电路,其中,所述电容元件具有近似InF的电容量。
10.如前述任一项权利要求所述的电路,其中,可以在包括第一部分和第二部分的一段时间内从所述模数转换级接收各所述符号,并且所述第一输出级可用于在所述第一部分期间使所述第一能量存储元件充电且在所述第二部分期间使所述第一能量存储元件放电,以产生一个所述第一电荷脉冲。
11.如权利要求10所述的电路,其中,所述第一部分先于所述第二部分。
12.如前述任一项权利要求所述的电路,进一步包括第二输出级,所述第二输出级连接成从所述模数转换级接收所述数字信号,所述第二输出级包括第二能源存储元件,且可用于使所述第二能源存储元件放电,以在所述输出信号中产生第二电荷脉冲,所述第二电荷脉冲的极性取决于从所述模数转换级接收的符号的值
13.如权利要求12所述的电路,其中,交替地且顺序地产生所述第一电荷脉冲和所述第二电荷脉冲。
14.如权利要求12或13所述的电路,其中,可以在包括第一部分和第二部分的一段时间内从所述模数转换级接收各所述符号,并且所述第二输出级可用于在所述第二部分期间使所述第二能量存储元件充电且在所述第一部分期间使所述第二能量存储元件放电,以产生一个所述第二电荷脉冲。
15.如权利要求12至14中任一项所述的电路,其中,对于紧随所述数字信号的第一符号的第二符号,所述第二输出级可用于在从所述模数转换级接收所述第一符号的一段时间内使所述第二能量存储元件充电,且在从所述模数转换级接收所述第二符号的一段时间内使所述第二能量存储元件放电,以产生一个所述第二电荷脉冲,所述第二电荷脉冲的极性取决于所述第一符号的值。
16.如权利要求15所述的电路,其中,所述第二输出级可用于在从所述模数转换级接收所述第一符号的一段时间的第二部分期间使所述第二能量存储元件充电,且在从所述模数转换级接收所述第二符号的一段时间的第一部分期间使所述第二能量存储元件放电,以产生一个所述第二电荷脉冲,所述第二电荷脉冲的极性取决于所述第一符号的值。
17.如权利要求16所述的电路,其中,所述第一输出级可用于在从所述模数转换级接收所述第二符号的一段时间的第一部分期间使所述第一能量存储元件充电,且在从所述模数转换级接收所述第二符号的一段时间的第二部分期间使所述第一能量存储元件放电,以产生一个所述第一电荷脉冲,所述第一电荷脉冲的极性取决于所述第一符号的值。
18.如权利要求15至17中任一项所述的电路,其中,所述数字信号的所述第一符号紧位于所述数字信号的所述第二符号之前。
19.如权利要求12至18中任一项所述的电路,其中,所述模数转换级包括模数转换器, 所述模数转换器可用于将所述模拟输入信号转换为由所述第一输出级和所述第二输出级两者接收的所述数字信号
20.如前述任一项权利要求所述的电路,其中,各电荷脉冲的电平取决于所述符号的值,所述电荷脉冲的极性取决于所述符号的值。
21.如前述任一项权利要求所述的电路,其中,所述数字信号的符号可以具有选自包括零的三个不同值中的一个值,并且当所述符号具有一个非零值时,所述电荷脉冲具有取决于所述符号的一个极性,且当所述符号具有另一个非零值时,所述电荷脉冲具有相反的极性。
22.如权利要求1至20中任一项所述的电路,其中,所述数字信号的符号可以具有选自四个不同值中的一个值,并且当所述符号具有所述值中的第一个值时,所述电荷脉冲具有取决于所述符号的一个极性和第一电平,当所述符号具有所述值中的第二个值时,所述电荷脉冲具有取决于所述符号的所述极性和第二电平,当所述符号具有所述值中的第三个值时,所述电荷脉冲具有相反的极性和所述第一电平,及当所述符号具有所述值中的第四个值时,所述电荷脉冲具有所述相反的极性和所述第二电平。
23.如权利要求1至19中任一项所述的电路,其中,所述数字信号的符号具有选自两个不同值中的一个值,并且当所述符号具有所述值中的一个值时,所述电荷脉冲具有取决于所述符号的一个极性,且当所述符号具有所述值中的另一个值时,所述电荷脉冲具有相反的极性。
24.如前述任一项权利要求所述的电路,进一步包括前置放大器,所述前置放大器连接于所述输入端和所述模数转换级之间。
25.如前述任一项权利要求所述的电路,进一步包括反馈路径,所述反馈路径连接于所述输出级的输出端和所述电路的输入端之间。
26.一种放大器,包括如前述任一项权利要求所述的电路。
27.如权利要求沈所述的放大器,其中,所述放大器被集成到单一微芯片中。
28.如权利要求沈或27所述的放大器,其中,所述放大器是音频放大器。
29.一种便携式音频设备,包括如权利要求观所述的放大器。
30.一种方法,包括接收模拟输入信号;将所述模拟输入信号转换为包括多个符号的数字信号,所述多个符号分别具有多个不同值中的一个;及接收所述数字信号且使第一能量存储元件放电,以在输出信号中产生第一电荷脉冲, 所述第一电荷脉冲的极性取决于所述数字信号中的符号的值。
全文摘要
一种放大器(1),包括模数转换器(ADC)(7)及开关电容器输出级(8)。所述ADC(7)将模拟信号转换为包括一系列符号的数字信号。所述开关电容器输出级(8)使电容器充放电,以在输出端(3)产生电荷脉冲。在放电期间,开关选择性地将所述电容器以相反的方向连接到所述输出端(3),以产生相反极性的电荷脉冲。所述数字信号中符号的值用于决定电荷脉冲的极性。以这种方式,可以实现放大而未将直流(DC)分量引入所述输出端(3)的信号中。
文档编号H03H19/00GK102484457SQ201080035759
公开日2012年5月30日 申请日期2010年6月11日 优先权日2009年6月12日
发明者巴斯·普特尔 申请人:意法爱立信有限公司
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