差动式内插脉冲宽度调变数字模拟转换装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于差动式内插脉冲宽度调变(interpolation?pulsewidth?modulation，iPWM)数字模拟转换装置及方法，该装置包含：iPWM模块，用以从输入数字音频文件串流产生差动脉冲；电源驱动器，用以提供能量至终端负载；以及滤波器来移除不要的谐波信号而重新建构一模拟信号，其中该iPWM模块进一步包含：一PWM脉冲产生器，用以转换数字输入的数值编码为时域脉冲宽度的一级数；以及一内插解析度单元，用以增加脉冲宽度的时域解析度；一自校正单元，维持该内插解析度单元的脉冲宽度的精度；以及一差动脉冲宽度产生器，以转换PWM脉冲的级数为电压域及时域定义的差动形式。
【专利说明】差动式内插脉冲宽度调变数字模拟转换装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于差动式内插脉冲宽度调变(interpolation pulsewidthmodulation, iPWM)数字模拟转换(digital to anaolog，DAC)的装置及输出信号的编码方法，尤其涉及一种产生高信噪比(signal to noiseratio，SNR)的iPWM_DAC装置，以及对于该iPWM-DAC的输出编码形成基于电压域及时域定义的差动信号。
【背景技术】
[0002]D类(Class-D)音频放大器是一种切换放大器，或是脉冲宽度调变(pulsewidthmodulation, PWM)放大器。相较于传统的线性放大器所提供的50%的输出功率，D类放大器通常提供高于90%的输出功率。为了要获得高信噪比的D类放大器，通常包含一反馈回路。图1显示了传统D类放大器的示意图。如图1所示，D类放大器是由一脉冲宽度调变(PWM)产生器102及一噪声塑形三角积分调变器101来实现，其中该PWM产生器102输出互补信号至一电源驱动器103，并经过一滤波器104以驱动一负载。上述实施例的缺点在于，三角积分调变有稳定性的问题，且该调变器的输出信号增益小于I。
[0003]图2及图3分别显示了传统PWM产生器的示意图及对应于传统PWM产生器的波形的示意图。如图2所示，调变数字音频信号的输入为S ( Θ ) =Bsin ( Θ )，其中0 g B = I，其被通过一差动PWM产生器调变。该PWM的取样率被定义为oc=Mcos，其中M为大于二的整数。图3显示了数字差动PWM的数字音频输入及输出信号Vo的波形的示意图，其中Vo=DP-DN,且输出信号Vo可以表示为傅立叶级数:
[0004]
【权利要求】
1.一种差动式内插脉冲宽度调变数字模拟转换装置，连接至一输入数字音频文件串流，该差动式内插脉冲宽度调变数字模拟转换装置包含: 一内插脉冲宽度调变模块，从该输入数字音频文件串流产生差动脉冲； 一电源驱动器，连接至该内插脉冲宽度调变模块，用以提供能量至一终端负载；以及一滤波器，连接至该电源驱动器，用以移除不要的谐波信号而在输出至该终端负载之前重新建构模拟信号， 其中该内插脉冲宽度调变模块进一步包含一 PWM脉冲产生器、一内插解析度单元、一自校正单元以及一差动脉冲宽度产生器，该PWM脉冲产生器连接至该输入数字音频文件串流，并将该输入数字音频文件串流转换为时域脉冲宽度的一级数；该内插解析度单元连接至该PWM脉冲产生器，用以增加脉冲宽度的时域解析度；该自校正单元连接至该内插解析度单元，用以维持该内插单元的脉冲宽度的精度；以及该差动脉冲宽度产生器，连接至该PWM脉冲产生器以及该内插解析度单元，用以转换该PWM脉冲产生器的该级数为电压域及时域定义的差动形式。
2.如权利要求1所述的差动式内插脉冲宽度调变数字模拟转换装置，其中该差动脉冲宽度产生器输出一脉冲DP及一脉冲DN，而该脉冲DP及该脉冲DN的宽度由该内插脉冲宽度调变模块决定。
3.如权利要求1所述的差动式内插脉冲宽度调变数字模拟转换装置，其中该内插脉冲宽度调变模块使用一 PWM信号编码方案来决定一被量化为N位元呈现的输入信号的内插解析度的位元数值K，该被量化为N位元呈现的输入信号包含一位元的符号，J位元的一最大有效位元部分，以及K位元的一最小有效位元部分，該N、J和K为正整数，其中
4.一种脉冲宽度内插方法，应用于包含一脉冲宽度调变脉冲产生器、一内插解析度单元、一自校正单元以及一差动脉冲宽度产生器的一内插脉冲宽度调变模块，该方法包含以下步骤: 选择一脉冲宽度调变取样率，以决定所需的N位元的数目； 选择能够通过一电源驱动器而不会减小的一最小脉冲宽度； 决定一最小时间解析度； 决定一被量化为N位元呈现的输入信号内插解析度位元数K,该被量化为N位元呈现的输入信号包含一位兀的符号，J位兀的一最大有效位兀部分，以及K位兀的一最小有效位兀部分，其中N
5.一种单一侧展开的内插脉冲宽度调变编码方法，应用以呈现通过一内插脉冲宽度调变模块所产生的一编码，该内插脉冲宽度调变模块接收一输入信号，并输出一第一脉冲及一第二脉冲，该输入信号的数值的范围是-(2N-l)to(2N-l)，该第一脉冲及该第二脉冲的宽度是可变的，而该第一脉冲的脉冲前缘与该第二脉冲的脉冲前缘发生在相同时间，该编码被定义为该第一脉冲与该第二脉冲的差值，该单一侧展开的内插脉冲宽度调变编码方法包含: 一最小脉冲宽度Tp ； 一最小时间解析度Tk ； 当该输入信号的数值S为零时，该第一脉冲的宽度及该第二脉冲的宽度为TP，或是该第一脉冲的宽度及该第二脉冲的宽度为零； 对于当该输入信号的数值S为±1时,该第一脉冲的宽度为ΤΡ+ΤΚ,而该第二脉冲的宽度为Tp; 对于当该输入信号的数值S为±2时,该第一脉冲的宽度为ΤΡ+2ΤΚ,而该第二脉冲的宽度为Tp;以及 对于当该输入信号的任意数值S,该第一脉冲的宽度为TP+S*TK,而该第二脉冲的宽度为'。
6.一种双侧展开的内插脉冲宽度调变编码方法，应用以呈现通过一内插脉冲宽度调变模块所产生的一编码，该内插脉冲宽度调变模块接收一输入信号，并输出一第一脉冲及一第二脉冲，该输入信号的数值的范围是-(2N-1) to (2N-1)，该第一脉冲及该第二脉冲的宽度是可变的，而该第一脉冲的中点与该第二脉冲的中点重合，该编码被定义为该第一脉冲与该第二脉冲的差值，该双侧展开的内插脉冲宽度调变编码方法包含: 一最小脉冲宽度Tp ； 一最小时间解析度Tk ； 当该输入信号的数值S为零时，该第一脉冲的宽度及该第二脉冲的宽度为2TP，或是该第一脉冲的宽度及该第二脉冲的宽度为零； 对于当该输入信号的数值S为±1时,该第一脉冲的宽度为ΤΡ+2ΤΚ,而该第二脉冲的宽度为Tp; 对于当该输入信号的数值S为±2时,该第一脉冲的宽度为ΤΡ+4ΤΚ,而该第二脉冲的宽度为Tp;以及 对于当该输入信号的任意数值S,该第一脉冲的宽度为TP+2*S*TK,而该第二脉冲的宽度为TP。
【文档编号】H03M1/66GK103780262SQ201210417255
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月26日 优先权日:2012年10月26日
【发明者】曾景宏, 彭胜铕 申请人:硕呈科技股份有限公司