用以减轻D类放大器中的总谐波失真的边缘校正的制作方法

本发明一般来说涉及放大器电路，且更特定来说涉及调整脉冲宽度调制(PWM)输入信号时序以减轻D类放大器输出级中的总谐波失真的边缘校正器。

背景技术：

D类放大器通过产生可变工作循环方波而操作，所述可变工作循环方波的低频率部分基本上是想要输出信号，且所述可变工作循环方波的高频率部分仅用于以下目的：使波形为二进制的，因此所述波形可由放大器的输出级中的切换电力装置放大。无源低通滤波器移除不想要高频率分量且恢复所要低频率信号。为了维持高效率，通常将滤波器制作为具有电抗组件，所述电抗组件存储多余能量直到替代地需要将所述多余能量中的一些转换成热量为止。

D类放大器的理论电力效率是100％。因此，供应到D类放大器的所有电力均被递送到负载，且无电力变成热量。这是因为理想开关在处于其接通状态时将传导所有电流，但无电压跨越其，且因此无热量将被耗散。且当所述理想开关关断时，全供应电压将跨越其，但无电流流动通过其。同样地，无热量将被耗散。然而，现实世界电力MOSFET并非理想开关，且大大超过90％的实际效率是常见的。还必须控制开关之间的时序，使得两个开关不会同时接通(两个开关同时接通可损坏输出级)。一个开关在另一开关接通之前关断的时间称为空载时间。

关于D类放大器的操作的一个问题涉及负载电流的方向对放大器的PWM输出信号的影响。因此，输出电流的一个方向(例如，高到低)可导致PWM输出信号时序的差异，其不同于在输出电流改变为沿相反方向(例如，低到高)时导致的PWM输出信号时序的差异。此类时序差异导致放大器的输出信号质量的失真且称为总谐波失真(THD)。

技术实现要素：

在所描述实例中，边缘校正器调整脉冲宽度调制(PWM)输入信号时序以减轻D类放大器输出级中的总谐波失真。在一个方面中，一种电路包含放大器输出级，所述放大器输出级：包含高开关及低开关，响应于脉冲宽度调制(PWM)输入信号而产生PWM输出信号以将负载电流提供到负载。所述电路包含高栅极驱动器，所述高栅极驱动器以从所述PWM输入信号导出的PWM高驱动信号驱动所述高开关。此电路包含低栅极驱动器，所述低栅极驱动器以从所述PWM输入信号导出的PWM低驱动信号驱动所述低开关。所述电路包含边缘校正器，所述边缘校正器调整所述PWM输入信号的前边缘及尾边缘中的至少一者以补偿关于到所述负载的所述负载电流的方向的响应时间差异。

在另一方面中，一种电路包含放大器输出级，所述放大器输出级：包含高开关及低开关，响应于脉冲宽度调制(PWM)输入信号而产生PWM输出信号以将负载电流提供到负载。所述电路包含高栅极驱动器，所述高栅极驱动器以从所述PWM输入信号导出的PWM高驱动信号驱动所述高开关。所述电路包含低栅极驱动器，所述低栅极驱动器以从所述PWM输入信号导出的PWM低驱动信号驱动所述低开关。所述电路包含时序控制器，所述时序控制器控制所述PWM高驱动信号及所述PWM低驱动信号的时序。所述时序控制器测量在所述PWM低驱动信号相对于所述PWM输出信号变为第一状态而转变时的第一时间且测量在所述PWM高驱动信号相对于所述PWM输出信号变为第二状态而转变时的第二时间。边缘校正器给所述PWM输入信号的前边缘加上所述所测量第一时间且从所述PWM输入信号的下降边缘减去所述所测量第二时间以补偿关于到所述负载的所述负载电流的方向的响应时间差异。

在又一方面中，一种方法包含以从脉冲宽度调制(PWM)输入信号导出的PWM高驱动信号驱动高开关。此方法包含相对于从所述PWM输入信号导出的PWM低驱动信号驱动低开关。所述方法包含测量在所述PWM低驱动信号相对于所述PWM输出信号变为第一状态而转变时的第一时间。此方法包含测量在所述PWM高驱动信号相对于所述PWM输出信号变为第二状态而转变时的第二时间。所述方法包含给所述PWM输入信号的尾边缘加上所述所测量第一时间及从下一PWM输入信号的前边缘减去所述所测量第二时间。

附图说明

图1是调整脉冲宽度调制(PWM)输入信号时序以减轻D类放大器输出级中的总谐波失真的电路的实例性示意性框图。

图2图解说明用于测量边缘校正时间周期以减轻D类放大器输出级中的总谐波失真的实例性测量信号图。

图3图解说明描绘信号边缘校正以减轻D类放大器输出级中的总谐波失真的实例性调整信号图。

图4图解说明调整脉冲宽度调制(PWM)输入信号时序以减轻D类放大器输出级中的总谐波失真的实例性开环电路。

图5图解说明调整脉冲宽度调制(PWM)输入信号时序以减轻D类放大器输出级中的总谐波失真的实例性闭环电路。

图6图解说明调整脉冲宽度调制(PWM)输入信号时序以减轻D类放大器输出级中的总谐波失真的实例性方法。

具体实施方式

本发明涉及一种调整脉冲宽度调制(PWM)输入信号时序以减轻D类放大器输出级中的总谐波失真的边缘校正器。当切换脉冲宽度调制(PWM)输出级改变状态(例如，高到低或低到高)时，可发生PWM输出信号的时序失真，其中输出信号的调制可基于负载电流的方向而改变。时序失真影响输出信号的质量且称为总谐波失真(THD)。边缘校正器通过调整PWM输入信号的前边缘及尾边缘以减轻PWM输出信号的总谐波失真(THD)而补偿时序失真。

当PWM输出信号被命令为第一状态(例如，低到高)时，命令与到第一状态的输出转变之间的响应时间可测量为第一时间T1。当PWM输出信号被命令为第二状态(例如，高到低)时，命令与到第二状态的输出转变之间的响应时间可测量为第二时间T2。在无如本文中所揭示的边缘校正的情况下，T1与T2之间的响应时间可不同，这可因此增加PWM输出信号中的THD。通过经由边缘校正器调整PWM输入信号的边缘，可减小T1与T2之间的响应时间差异且因此减小PWM输出信号中的THD。

可通过相对于命令输出信号转变的驱动信号测量所述转变而确定响应时间补偿。举例来说，此可包含测量在PWM低驱动信号(例如，用以驱动输出级晶体管的栅极的信号)相对于PWM输出信号变为第一状态(例如，高)而转变时的第一时间周期。可测量在PWM高驱动信号相对于PWM输出信号变为第二状态(例如，低)而转变时的第二时间周期。在测量之后，可给含有待放大的信息(例如，音频数据)的PWM输入信号的尾边缘加上所测量第一时间周期。可从下一PWM输入信号的前边缘减去所测量第二时间周期以导致对放大器PWM输入信号的时序调整。边缘校正通过校正由负载电流方向的改变导致的响应时间差异而减轻PWM输出信号中的总谐波失真(THD)。

图1是调整脉冲宽度调制(PWM)输入信号时序以减轻D类放大器输出级中的总谐波失真的电路100的实例性示意性框图。如本文中所用，术语电路可包含执行电路功能(例如放大器或控制器)的有源及/或无源元件的集合。术语电路还可包含例如其中所有电路元件均制作于共同衬底上的集成电路。

电路100可包含用于放大脉冲宽度调制(PWM)输入信号的两个路径。路径A放大PWM输入A且路径B放大PWM输入信号B。虽然两个路径A及B展示为支持全桥放大器配置，但单个路径(A或B)可用于支持半桥放大器配置。关于路径A，PWM接收器110接收输入信号PWM输入A且将所述信号传递到时序控制器114。来自时序控制器114的输出驱动高栅极驱动器118及低栅极驱动器120。来自高栅极驱动器118及低栅极驱动器120的输出馈送到放大器输出级124，放大器输出级124产生馈送到滤波器130的经放大输出信号PWM输出A。

放大器输出级124包含高开关134及低开关136以针对放大器输出级124产生经放大脉冲宽度调制输出信号PWM输出A。高栅极驱动器118及低栅极驱动器120分别相对于高栅极驱动器118的PWM高驱动信号(PWM HA)及低栅极驱动器120的PWM低驱动信号(PWM LA)驱动高开关134及低开关136。时序控制器114(例如，模拟及/或数字控制器)相对于高开关134的接通时间与低开关136的接通时间之间的空载时间而控制高栅极驱动器118及低栅极驱动器120的时序。因此，时序控制器114包含空载时间逻辑或指令以确保所述高或低开关中的至少一者在将另一者接通之前是关断的。通常，适用于输入信号PWM输入A的本文中所论述的时序调整在空载时间逻辑计算出下一切换循环之前发生。

在一个实例中，时序控制器114测量在PWM低驱动信号PWM LA相对于PWM输出信号PWM输出A变为第一状态(例如，高)而转变(例如，变低)时的第一时间。如所展示，时序反馈A通过将输出往回馈送到时序控制器114而被供应。时序控制器114还测量在PWM高驱动信号PWM HA相对于PWM输出信号PWM输出A变为第二状态(例如，低)而转变(例如，变低)时的第二时间。时序控制器114中的边缘校正器140通过调整PWM输入信号的至少一个边缘而减轻PWM输出信号PWM输出A的总谐波失真(THD)。此包含给PWM输入信号PWM输入A的尾边缘加上所测量第一时间及从下一PWM输入信号的前边缘减去所测量第二时间。对PWM输入信号边缘进行的此类加法或减法可在PWM接收器110中基于来自时序控制器110的调整命令(例如，提前或延迟输入信号的前边缘及/或尾边缘)而发生。在替代实例中，时序控制器114也可执行对PWM输入信号PWM输入A的前边缘及尾边缘调整。

关于路径B，PWM接收器150接收输入信号PWM输入B且将所述信号传递到时序控制器154。来自时序控制器154的输出驱动高栅极驱动器158及低栅极驱动器160。来自高栅极驱动器158及低栅极驱动器160的输出馈送到放大器输出级164，放大器输出级164产生馈送到滤波器130的经放大输出信号PWM输出B。放大器输出级164包含高开关174及低开关176以针对放大器输出级164产生经放大脉冲宽度调制输出信号PWM输出B。高栅极驱动器158及低栅极驱动器160分别相对于高栅极驱动器158的PWM高驱动信号(PWM HB)及低栅极驱动器160的PWM低驱动信号(PWM LB)驱动高开关174及低开关176。时序控制器154(例如，模拟及/或数字控制器)相对于高开关174的接通时间及低开关176的接通时间之间的空载时间而控制高栅极驱动器158及低栅极驱动器160的时序。

在一个实例中，时序控制器154测量在PWM低驱动信号PWM LB相对于PWM输出信号PWM输出B变为第一状态(例如，高)而转变时的第一时间。如所展示，时序反馈B通过将输出往回馈送到时序控制器154而被供应。时序控制器154还测量在PWM高驱动信号PWM HB相对于PWM输出信号PWM输出B变低而转变时的第二时间。时序控制器154中的边缘校正器180通过调整PWM输入信号的至少一个边缘而减轻PWM输出信号PWM输出B的总谐波失真(THD)。此包含给PWM输入信号PWM输入B的尾边缘加上所测量第一时间及从下一PWM输入信号的前边缘减去所测量第二时间。

如上文关于路径A所提及，对PWM输入信号边缘进行的此类加法或减法可在PWM接收器150中基于来自时序控制器154的调整命令而发生。在替代实例中，时序控制器154也可执行对PWM输入信号PWM输入B的前边缘及尾边缘调整。如下文关于图4及5所论述，本文中所论述的边缘校正方法可适用于开环或闭环PWM电路。

图2图解说明用于测量边缘校正时间周期以减轻D类放大器输出级中的总谐波失真的实例性测量信号图。在200处，描绘第一时间周期测量且将其展示为T1。如上文所提及，时序控制器测量在PWM低驱动信号相对于PWM输出信号变为第一状态(例如，高)而转变(例如，变低)时的第一时间T1。可选择关于输出信号的阈值以确定何时测量时间T1(例如，在输出升高到全尺度(full scale)值的50％时)。在210处，发生第二时间周期测量且将其标示为T2。测量在PWM高驱动信号相对于PWM输出信号变为第二状态(例如，低)而转变(例如，变低)时的第二时间周期T2。在相应测量之后，时序控制器中的边缘校正器通过给PWM输入信号的尾边缘加上所测量第一时间T1及从下一PWM输入信号的前边缘减去所测量第二时间而减轻PWM输出信号的总谐波失真(THD)，如下文将关于图3所图解说明及描述。

图3图解说明描绘信号边缘校正以减轻D类放大器输出级中的总谐波失真的实例性调整信号图。在300处，初始PWM输入信号被从其在310处的前边缘减去时间且给其在314处的尾边缘加上时间。此类时序加法及减法导致在320处描绘的经延迟输入信号。图330图解说明上文关于图2描述为T2的测量，而图340图解说明关于图2描述为T1的测量。图350图解说明相应测量T1及T2从其参考的实例性输出信号。

图4展示调整脉冲宽度调制(PWM)输入信号时序以减轻D类放大器输出级中的总谐波失真的实例性开环电路400。出于简洁目的，将仅描述A侧路径，然而B侧路径以与上文关于图1所描述基本上相同的方式操作。PWM接收器410接收输入信号PWM输入A且将所述信号传递到时序控制器414。来自时序控制器414的输出驱动高栅极驱动器418及低栅极驱动器420。来自高栅极驱动器418及低栅极驱动器420的输出馈送到放大器输出级424，放大器输出级424产生经放大输出信号PWM输出A。

放大器输出级424包含连接到供应轨PVDD_A的高开关434及连接到接地GND的低开关436以针对放大器输出级424产生经放大脉冲宽度调制输出信号PWM输出A。高栅极驱动器418及低栅极驱动器420分别相对于高栅极驱动器418的PWM高驱动信号(PWM HA)及低栅极驱动器420的PWM低驱动信号(PWM LA)驱动高开关434及低开关436。时序控制器414相对于高开关434的接通时间与低开关436的接通时间之间的空载时间控制高栅极驱动器418及低栅极驱动器420的时序。时序控制器414包含空载时间逻辑或指令以确保高或低开关中的至少一者在将另一者接通之前是关断的。通常，适用于输入信号PWM输入A的本文中所论述的时序调整在空载时间逻辑计算出下一切换循环之前发生。

在一个实例中，时序控制器414测量在PWM低驱动信号PWM LA相对于PWM输出信号PWM输出A变为第一状态而转变时的第一时间。时序控制器414还测量在PWM高驱动信号PWM HA相对于PWM输出信号PWM输出A变为与第一状态相反的第二状态而转变时的第二时间。时序控制器414中的边缘校正器通过给PWM输入信号PWM输入A的尾边缘加上所测量第一时间及从下一PWM输入信号的前边缘减去所测量第二时间而减轻PWM输出信号PWM输出A中的总谐波失真(THD)。对PWM输入信号边缘进行的此类加法或减法可在PWM接收器410中基于来自时序控制器410的调整命令(例如，提前或延迟输入信号的前边缘及/或尾边缘)而发生。在替代实例中，时序控制器414也可执行对PWM输入信号PWM输入A的前边缘及尾边缘调整。可提供保护电路444以响应于复位信号输入RESET而关闭时序控制器414。举例来说，如果从放大器级464的输出请求多余电流，那么可断言复位。

图5展示调整脉冲宽度调制(PWM)输入信号时序以减轻D类放大器输出级中的总谐波失真的实例性闭环电路500。在此实例中，来自PWM接收器510的输出馈送到模拟环路滤波器520，模拟环路滤波器520驱动放大器530。来自放大器530的输出驱动时序控制器540，时序控制器540驱动栅极驱动器550(例如，包含高驱动器及低驱动器两者)，栅极驱动器550又驱动放大器560中所描绘的高及低开关。在此实例中，针对边缘校正调整测量的反馈被馈送到时序控制器且如先前所描述被采用。输出反馈还被馈送到模拟环路滤波器520以闭合围绕PWM信号自身的环路。因此，除先前所描述的用以减轻放大器560的输出处的总谐波失真的边缘校正外，电路500还描绘用以产生经放大PWM输出的闭环系统。

依据上文所描述的前述结构及功能特征，本文中参考图6论述所描述实例的方法。为了简化，本文中将所述方法论述为连续地执行，但其不受所图解说明次序限制。根据所描述实例，一些方面可与其它方面以不同次序发生及/或同时发生。此外，一些所图解说明特征可为任选的。所述方法的各种动作可自动(例如经由配置有用以执行本文中所论述的各种动作或命令的可执行指令的处理器、计算机及/或控制器)执行。

图6图解说明调整脉冲宽度调制(PWM)输入信号时序以减轻D类放大器输出级中的总谐波失真的实例性方法600。在610处，方法600包含相对于脉冲宽度调制(PWM)高驱动信号及PWM低驱动信号且响应于PWM输入信号(例如，经由图1的栅极驱动器118及120)驱动高开关及低开关。在620处，方法600包含测量在PWM低驱动信号相对于PWM输出信号变为第一状态而转变的第一时间(例如，图2的T1)(例如，经由图1的时序控制器114)。

在630处，方法600包含测量在PWM高驱动信号相对于PWM输出信号变为与第一状态相反的第二状态转变时的第二时间(例如，T2)(例如，经由图1的时序控制器114)。在640处，方法600包含给PWM输入信号的尾边缘加上所测量第一时间(例如，经由图1的边缘校正器140)。在650处，方法600包含从下一PWM输入信号的前边缘减去所测量第二时间以减轻PWM输出信号的总谐波失真(THD)(例如，经由图1的边缘校正器140)。如上文所提及，本文中所论述的边缘校正方法可适用于开环或闭环PWM电路。

虽然未展示，但方法600还可包含将来自PWM输出信号的反馈提供到前一测量级以调整PWM输入信号的前边缘及尾边缘以减轻PWM输出信号的总谐波失真。此可包含对来自PWM接收器的PWM输入信号进行滤波以将PWM输入信号提供到后一时序测量级。所述方法还可包含采用关于PWM输出信号的测量阈值来确定何时相对于PWM输出信号的上升边缘或前边缘测量第一时间及第二时间。此可包含在接收到PWM输入信号之后在至少第一级或第二级中调整第一时间或第二时间。所述方法还可包含在调整第一时间或第二时间之后延迟PWM输入信号。

在所描述实施例中修改是可能的，且在权利要求书的范围内其它实施例是可能的。