专利名称：用于数字音频的d类功率放大器的调制器的制作方法
技术领域：
本发明属于集成电路设计领域和数字音频放大领域。特别涉及用于生成高信噪比的驱动D类功率放大器工作在BD模式的信号。
背景技术：
D类功率放大器是一种工作在开关模式的放大器，利用开关的导通和关断实现功率放大的功能。图I为典型的数字全桥式D类功率放大器的结构图。该放大器主要由插值滤波器、调制器和D类功率管依次串联而成；它的输入信号经过插值滤波器插值后输入到调制器，调制器产生两路I比特信号H+和H-来驱动D类功率管。典型的D类功率管如图2，该功率管由4个MOS管Ml、M2、M3、M4组成。它的输入信号H+和H-为调制器的输出信号。
全桥式D类功放的D类功率管可工作在AD模式和BD模式，图3为AD模式的原理图，图4为BD模式的原理图。AD模式的信号，H+为H-的取反，经过功率管放大后，扬声器上获得的为H+和H-的差值Diff，Diff等于2倍的H+的大小。如果H+和H-的上升或者下降沿没有对齐，容易在电路中引入额外的噪声。BD模式的信号H+和H-本身上升下降沿均不需要对齐，扬声器上获得的H+和H-的差值信号Diff不存在由于没有对齐引入的额外噪声，同时电路高频噪声减小。现有的调制器的结构及产生BD模式信号的方式如图5所示，该调制器主要由Delta-Sigma调制器和脉冲宽度调制(PWM)信号产生器串联而成。该调制器产生BD模式信号的方式为原始的音频信号位宽为N，采样率为fs，经过插值滤波器之后变为位宽为N，采样率为k倍的fs的信号，以此插值之后的高速信号作为调制器的输入。经过调制器中的Delta-Sigma调制器之后，输出采样率为k倍的fS，位宽为η比特的信号，其中η小于N。该信号在二分之一 fs带宽内能达到和原始输入的采样率为fs，位宽为N的信号同样的精度。Delta-Sigma调制器的输出信号作为脉冲宽度调制(PWM)信号产生器的输入信号。PWM信号产生模块将输入信号分成两路。一路直接和内部的三角波比较，产生H+信号。另一路，将输入信号取反，再和内部的三角波比较，产生H-信号。H+信号和H-信号共同构成驱动D类功率管的BD模式的信号。现有调制器结构的PWM信号产生位于Delta-Sigma调制器之外，该部分引入的噪声和谐波得不到抑制，信号-噪声谐波比(SNDR)无法满足高端器件的要求。目前已公开发表的论文中，“移动应用中的D类音频功率放大器，Berkhout, M Dooper, L, Ci rcuits andSystems I Regular Papers, IEEE Transactions on，，中获得了最好的 SNDR,且仅有 80dB。
发明内容
本发明的目的为克服已有技术的不足之处而提出的一种用于数字音频的D类功率放大器的调制器，该调制器能直接生成BD模式PWM信号。且具有对非理想因素不敏感，信噪比高的特点。
本发明提出的一种用于数字音频的D类功率放大器的调制器，其特征在于，该调制器主要由噪声整形模块、二个比较器、三角波生成模块、一个取反单元、一个除2单元和一个加法器构成；其中，噪声整形模块的输出端一路直接连接至第一比较器的输入端，另一路通过一个取反单元后连接至第二比较器的输入端；两个比较器的另一个输入端均连接到三角波生成模块；两个比较器的输出端连接到一个加法器的输入端，加法器的输出端经过一个除2单元后连接到噪声整形模块的一个输入端口而构成一个反馈环路，噪声整形模块的另一个输入端口为调制器的输入端。本发明的特点及有益效果本发明的特点在于使用调制器直接生成驱动D类功率管工作在BD模式的信号。相比于由脉冲密度调制(PDM)信号转成BD模式的脉冲宽度度调制(PWM)信号的结构来讲，本发明的所有引入噪声的部分全部在滤波环路之内，能得到更高的信噪比。本发明能直接生成BD模式的PWM信号，生成的PWM信号SNDR可以达到120dB，D 类功率管输出的信号的SNDR可以达到98dB。
图I为已有全桥式D类功率放大器的结构及原理框图；图2为典型的D类功率管的电路图；图3为全桥式D类功放的D类功率管的AD模式信号的产生和工作原理示意图；图4为全桥式D类功放的D类功率管的BD模式信号的产生和工作原理示意图；图5为现有调制器的结构及原理框图；图6为本发明的用于数字音频的D类功率放大器的调制器结构及原理框图；图7为本发明的一种实现方案的结构框图。
具体实施例方式本发明提出的用于数字音频的D类功率放大器的调制器结合附图及实施例详细说明如下本发明的调制器结构及原理如图6所示。本发明提出一个全新的调制器结构。该调制器主要由噪声整形模块、二个比较器、三角波生成模块、一个取反单元、一个除2单元和一个加法器构成；其中，噪声整形模块的输出端一路直接连接至第一比较器的输入端，另一路通过一个取反单元(图4中标示-I的三角)后连接至第二比较器的输入端；两个比较器的另一个输入端均连接到三角波生成模块；两个比较器的输出端连接到一个加法器的输入端，加法器的输出端经过一个除2单元(图4中标示为O. 5的三角)后连接到噪声整形模块的一个输入端口而构成一个反馈环路，噪声整形模块的另一个输入端口为调制器的输入端。本发明的工作原理为噪声整形模块输出η比特，速率为Fs的高速码流。比较器的一端输入速率为Fs,峰峰值大小为2η的三角波。将噪声整形模块的输出分为两路。一路直接送入第一比较器，在该第一比较器中，信号与三角波生成模块的三角波相减，若大于O,则输出1，小于O则输出0，输出信号为H+。另一路经过取反单元取反后送入第二比较器，在该第二比较器中和三角波相减，同样如果大于O则输出1，小于O则输出O,输出信号为H-。从两个比较器出来的I比特的信号H+和H-经过加法器相减后得到信号V，信号V得值等于扬声器两端所获得的信号的值。V经过除2单元乘以O. 5后反馈回噪声整形模块。设两个比较器引入的噪声分别为E1和E2,H+=U X L0+V X0. 5 X LjE1H-=U X L0+V X0. 5 X LjE权利要求
1.一种用于数字音频的D类功率放大器的调制器，其特征在于，该调制器主要由噪声整形模块、二个比较器、三角波生成模块、一个取反单元、一个除2单元和一个加法器构成；其中，噪声整形模块的输出端一路直接连接至第一比较器的输入端，另一路通过一个取反单元后连接至第二比较器的输入端；两个比较器的另一个输入端均连接到三角波生成模块；两个比较器的输出端连接到一个加法器的输入端，加法器的输出端经过一个除2单元后连接到噪声整形模块的一个输入端口而构成一个反馈环路，噪声整形模块的另一个输入端口为调制器的输入端。
2.如权利要求I所述的调制器，其特征在于，所述噪声整形模块由四个积分器，两个gl放大模块和四个加法器构成；所述四个加法器和四个积分器间隔地相互依次串联，第一个gl放大模块连接在第一加法器和第二积分器的输出端，第二个gl放大模块连接在第三加法器和第四积分器的输出端。
全文摘要
本发明涉及用于数字音频的D类功率放大器的调制器。属于集成电路设计领域和数字音频放大领域。该调制器主要由噪声整形模块、二个比较器、三角波生成模块、一个取反单元、一个除2单元和一个加法器构成；其中，噪声整形模块的输出端一路直接连接至第一比较器的输入端，另一路通过一个取反单元后连接至第二比较器的输入端；两个比较器的另一个输入端均连接到三角波生成模块；两个比较器的输出端连接到一个加法器的输入端，加法器的输出端经过一个除2单元后连接到噪声整形模块的一个输入端口而构成一个反馈环路，噪声整形模块的另一个输入端口为调制器的输入端。该调制器能直接生成BD模式PWM信号。且具有对非理想因素不敏感，信噪比高的特点。
文档编号H03F1/26GK102857176SQ20121023846
公开日2013年1月2日 申请日期2012年7月10日 优先权日2012年7月10日
发明者骆树萌, 刘力源, 李冬梅 申请人:清华大学