大功率功放集成电路的制作方法

本发明涉及到功放集成电路领域，特别是涉及到一种大功率功放集成电路。

背景技术：

现有功放集成电路市场由于效率、散热、成本、空间等因素无大功率AB(10W以上)类集成功放，但是AB类功放比D类功放有更好的音质且对FM的干扰性能优异，因而市场需求一款大功率AB类集成功放；D类大功率功放基于芯片成本都需要片外自举电容，增加了应用方案PCB的面积与成本。而且现有的功放电路都是一种，导致客户在对AB类功放电路或D类功放电路的功放效果要求变换时，无法在同一件产品上得到满足。

技术实现要素：

本发明的主要目的为提供一种同时具备AB类功放电路和D类功放集成电路，且D类功放电路不需要片外自举电容的大功率功放集成电路。

本发明提出一种大功率功放集成电路，包括输入端模块、开关模块、AB类电路模块、D类电路模块和功率放大模块；

输入端模块接收外部音源设备的模拟音频输入的音频差分输入信号；

开关模块分别控制输入端模块与AB类电路模块、输入端模块与D类电路模块、AB类电路模块与功率放大模块，以及D类电路模块与功率放大模块的连接；

AB类电路模块对输入端模块输入的音频差分输入信号进行增益后，再输出至所述功率放大模块；或者，

D类电路模块对输入端模块传入的音频差分输入信号进行增益，并转换成占空比随音频信号幅度变化的高压开关信号后，再输出至功率放大模块；

功率放大模块对AB类电路模块输出的音频差分输入信号或D类电路模块输出的高压开关信号进行功率放大后输出。

进一步地，输入端模块、AB类电路模块和功率放大模块由开关模块串联成AB类功放电路，增益输入端模块输入的音频差分输入信号，以及放大其功率。

进一步地，输入端模块、D类电路模块和功率放大模块由开关模块串联成D类功放电路，将音频差分输入信号增益放大后转换成占空比随音频信号幅度变化的高压开关信号，以及放大其功率。

进一步地，开关模块包括第一连接模块包括开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5、开关S6、开关S7、开关S8、开关S9和开关S10；输入端模块包括输入端INN和输入端INP；开关S7和开关S8两端分别连接输入端模块和AB类电路模块，开关S7连接输入端INN，开关S8连接输入端INP；开关S1、开关S2、开关S3和开关S4两端分别连接AB类电路模块和功率放大模块；开关S9和开关S10两端分别连接输入端模块和D类电路模块，开关S9连接输入端INN，开关S10连接输入端INP；开关S5和开关S6两端分别连接D类电路模块和功率放大模块。

进一步地，功率放大模块包括功率管P1、功率管P2、功率管N1和功率管N2；功率管P1和功率管N1连接，功率管P1和功率管N1的漏极为OUTP端；功率管P2和功率管N2连接，功率管P2和功率管N2的漏极为OUTN端。

进一步地，AB类电路模块包括第一差分闭环环路放大器和第一环路放大器；第一差分闭环环路放大器将由输入端模块输入的音频差分输入信号进行增益，将增益后的音频差分输入信号发送给第一环路放大器；第一环路放大器将音频差分输入信号再次增益后发送给功率放大模块。

进一步地，第一差分闭环环路放大器包括电阻R1、电阻R2、电阻R1’、电阻R2’、放大器AMP1；开关S7串联输入端INN和电阻R1；电阻R1另一端连接放大器AMP1的差分输入负接口；电阻R2两端分别连接放大器AMP1的差分输入负接口和差分输出负接口；开关S8串联输入端INP和电阻R1’；电阻R1’另一端连接放大器AMP1的差分输入正接口；电阻R2’两端分别连接放大器AMP1的差分输入正接口和差分输出正接口；电阻R1与电阻R1’为相同电阻；电阻R2与电阻R2’为相同电阻；放大器AMP1为高压放大器。

进一步地，第一环路放大器包括电阻R3、电阻R4、电阻R3’、电阻R4’、放大器AMP2和放大器AMP3；电阻R3与电阻R3’为相同电阻；电阻R4与电阻R4’为相同电阻；放大器AMP2和AMP3为相同型号放大器，放大器AMP2和AMP3均为高压放大器；电阻R4两端分别连接放大器AMP1的差分输出负接口和放大器AMP2的差分输入负接口；电阻R3一端连接放大器AMP2的差分输入负接口，另一端连接OUTP端；电阻R4’两端分别连接放大器AMP1的差分输出正接口和放大器AMP3的差分输入正接口；电阻R3’一端连接放大器AMP3的差分输入正接口，另一端连接所述OUTN端；放大器AMP3的差分输入负接口和放大器AMP2的差分输入正接口连接为参考电平REF；放大器AMP2的差分输出正接口连接开关S1，差分输出负接口连接开关S2；开关S1连接所述功率管P1和功率管P2的GATE端；开关S2连接所述功率管N1和功率管N2的的GATE端；放大器AMP3的差分输出正接口连接开关S3，差分输出负接口连接开关S4；开关S3连接功率管P1和功率管P2的GATE端；开关S4连接所述功率管N1和功率管N2的GATE端。

进一步地，D类电路模块包括第二差分闭环环路放大器、第三差分闭环环路放大器和比较转换模块；第二差分闭环环路放大器将由所述输入端模块输入的音频差分输入信号进行增益，之后将音频差分输入信号发送给第三差分闭环环路放大器；第三差分闭环环路放大器将音频差分输入信号再次增益转换成低压音频差分输入信号，第三差分闭环环路放大器将增益后的低压音频差分输入信号发送给比较转换模块；比较转换模块将低压音频差分输入信号和比较三角波转换成高压开关信号，比较转换模块将高压开关信号发送给功率放大模块。

进一步地，第二差分闭环环路放大器包括电阻R5、电阻R6、电阻R5’、电阻R6’和放大器AMP4；开关S9串联输入端INN和电阻R5；电阻R5另一端连接放大器AMP4的差分输入负接口；电阻R6两端分别连接放大器AMP4的差分输入负接口和差分输出负接口；开关S10串联输入端INN和电阻R5’；电阻R5’另一端连接放大器AMP4的差分输入正接口；电阻R6’两端分别连接所述放大器AMP4的差分输入正接口和差分输出正接口电阻R5与电阻R5’为相同电阻；电阻R6与电阻R6’为相同电阻；

第三差分闭环环路放大器包括电阻R7、电阻R8、电阻R7’、电阻R8’、放大器AMP5、电容C1、电容C2；电阻R7与电阻R7’为相同电阻；电阻R8与电阻R8’为相同电阻；电容C1和电容C2为相同电容；放大器AMP5为低压放大器，电阻R7两端分别连接放大器AMP4的差分输出负接口和放大器AMP5的差分输入负接口；电阻R8一端连接放大器AMP5的差分输入负接口，另一端连接OUTP端；电容C1两端分别连接放大器AMP5的差分输入负接口和差分输出负接口；电阻R7’两端分别连接放大器AMP4的差分输出正接口和放大器AMP5的差分输入正接口；电阻R8’一端连接放大器AMP5的差分输入正接口，另一端连接OUTP端；电容C1’两端分别连接放大器AMP5的差分输入正接口和差分输出正接口；

比较转换模块包括比较器COMP1、比较器COMP2、电平转换电路LS、电平转换电路LS’、缓冲器BUFFER、和缓冲器BUFFER’；比较器COMP1和比较器COMP2相同；电平转换电路LS和电平转换电路LS’相同；缓冲器BUFFER、和缓冲器BUFFER’相同；比较器COMP1和比较器COMP2为低压比较器；比较器COMP1和比较器COMP2均为低压比较器；比较器COMP1输入负接口连接放大器AMP5的差分输出负接口；比较器COMP2输入正接口连接放大器AMP5的差分输出正接口；比较器COMP1的输入正接口和比较器COMP2的输入负接口连接作为比较三角波；比较器COMP1的输出接口和比较器COMP2的输出接口分别连接电平转换电路LS和电平转换电路LS’；电平转换电路LS的输出端连接缓冲器BUFFER和开关S6的一端；电平转换电路LS’的输出端连接缓冲器BUFFER’和开关S5的一端；开关S5的一端连接缓冲器BUFFER,另一端连接功率管P1和功率管P2的GATE端；开关S6的一端连接缓冲器BUFFER’,另一端连接功率管N1和功率管N2的GATE端。

本发明大功率功放集成电路同时具备AB类功放电路和D类功放电路，能够分别实现AB类功放电路和D类功放电路的功放效果，其中的D类功放电路不需要片外自举电容也能实现放大功率效果，能够减少D类功放电路的成本。

附图说明

图1是本发明大功率功放集成电路的结构示意图；

图2是本发明大功率功放集成电路一种实施方式的结构示意图；

图3是本发明大功率功放集成电路一种实施方式中AB类功放电路的结构示意图；

图4是本发明大功率功放集成电路一种实施方式中D类功放电路的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1和图2，是本发明一种实施方式的大功率功放集成电路，工作电压为12V；包括输入端模块4、开关模块5、AB类电路模块1、D类电路模块2和功率放大模块3；输入端模块4接收外部音源设备的模拟音频输入的音频差分输入信号，并传导输入到大功率功放集成电路；开关分别控制输入端模块4与AB类电路模块1、输入端模块4与D类电路模块2、AB类电路模块1与功率放大模块3和D类电路模块2与功率放大模块3的连接；输入端模块4、AB类电路模块1和功率放大模块3由开关模块5串联成AB类功放电路，可以增益音频差分输入信号以及放大功率；输入端模块4、D类电路模块2和功率放大模块3由开关模块5串联成D类功放电路，可以增益音频差分输入信号并转换成占空比随音频信号幅度变化的高压开关信号，以及放大功率；AB类电路模块1增益输入端模块4传入的音频差分输入信号后发送给功率放大模块3；D类电路模块2增益放大输入端模块4传入的音频差分输入信号并转换成占空比随音频信号幅度变化的高压开关信号后发送给功率放大模块3。本发明大功率功放集成电路同时具备AB类功放电路和D类功放电路，能够分别实现AB类功放电路和D类功放电路的功放效果，其中的D类功放电路不需要片外自举电容也能实现放大功率效果，能够减少D类功放电路的成本。

输入端模块4包括输入端INN和输入端INP。开关模块5包括所述第一连接模块包括开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5、开关S6、开关S7、开关S8、开关S9和开关S10；开关S7和开关S8两端分别连接输入端模块4和AB类电路模块1；开关S1、开关S2、开关S3、开关S4两端分别连接AB类电路模块1和功率放大模块3；开关S9和开关S10两端分别连接输入端模块4和D类电路模块2；开关S5和开关S6两端分别连接D类电路模块2和功率放大模块3。

功率放大模块3包括功率管P1、功率管P2、功率管N1和功率管N2；功率管P1和功率管N1连接，功率管P1和功率管N1的漏极为OUTP端；功率管P2和功率管N2连接，功率管P2和功率管N2的漏极为OUTN端。

参照图3，AB类电路模块1包括第一差分闭环环路放大器11和第一环路放大器12；第一差分闭环环路放大器11将由输入端模块4输入的音频差分输入信号进行增益，将增益后的音频差分输入信号发送给第一环路放大器12；第一环路放大器12将音频差分输入信号再次增益后发送给功率放大模块。

第一差分闭环环路放大器11包括电阻R1、电阻R2、电阻R1’、电阻R2’、放大器AMP1；

开关S7串联输入端INN和电阻R1；电阻R1另一端连接放大器AMP1的差分输入负接口；电阻R2两端分别连接放大器AMP1的差分输入负接口和差分输出负接口；开关S8串联输入端INP和电阻R1’；电阻R1’另一端连接放大器AMP1的差分输入正接口；电阻R2’两端分别连接放大器AMP1的差分输入正接口和差分输出正接口；电阻R1与电阻R1’为相同电阻；电阻R2与电阻R2’为相同电阻；放大器AMP1为高压放大器。第一差分闭环环路放大器11对INN与INP的音频差分输入信号进行放大增益，增益为R2/R1倍

第一环路放大器12包括电阻R3、电阻R4、电阻R3’、电阻R4’、放大器AMP2和放大器AMP3；电阻R3与电阻R3’为相同电阻；电阻R4与电阻R4’为相同电阻；放大器AMP2和AMP3为相同型号放大器，放大器AMP2和AMP3均为高压放大器；电阻R4两端分别连接放大器AMP1的差分输出负接口和放大器AMP2的差分输入负接口；电阻R3一端连接放大器AMP2的差分输入负接口，另一端连接OUTP端；电阻R4’两端分别连接放大器AMP1的差分输出正接口和放大器AMP3的差分输入正接口；电阻R3’一端连接放大器AMP3的差分输入正接口，另一端连接OUTN端；放大器AMP3的差分输入负接口和放大器AMP2的差分输入正接口连接为参考电平REF；放大器AMP2的差分输出正接口连接开关S1，差分输出负接口连接开关S2；开关S1连接所述功率管P1和功率管P2的GATE端；开关S2连接所述功率管N1和功率管N2的的GATE端；放大器AMP3的差分输出正接口连接开关S3，差分输出负接口连接开关S4；开关S3连接功率管P1和功率管P2的GATE端；开关S4连接功率管N1和功率管N2的GATE端。第一差分闭环环路放大器11输出的音频差分输入信号放大增益其对差分输入信号增益为R3/R4倍。

在AB类电路模块1中，将输入端INN和输入端INP输入音频差分输入信号增益(R2*R3)/(R1*R4)倍后经过功率放大模块3功率放大，能够实现更好的音质放大效果。

参照图4，D类电路模块2包括第二差分闭环环路放大器21、第三差分闭环环路放大器22和比较转换模块23；

第二差分闭环环路放大器21将由输入端模块4输入的音频差分输入信号进行增益，之后将音频差分输入信号发送给第三差分闭环环路放大器22；第三差分闭环环路放大器22将音频差分输入信号再次增益转换成低压音频差分输入信号，第三差分闭环环路放大器22将增益后的低压音频差分输入信号发送给比较转换模块23；比较转换模块23将低压音频差分输入信号和比较三角波转换成高压开关信号，比较转换模块23将高压开关信号发送给功率放大模块。

第二差分闭环环路放大器21包括电阻R5、电阻R6、电阻R5’、电阻R6’和放大器AMP4；开关S9串联输入端INN和电阻R5；电阻R5另一端连接放大器AMP4的差分输入负接口；电阻R6两端分别连接放大器AMP4的差分输入负接口和差分输出负接口；开关S10串联输入端INN和电阻R5’；电阻R5’另一端连接放大器AMP4的差分输入正接口；电阻R6’两端分别连接所述放大器AMP4的差分输入正接口和差分输出正接口电阻R5与电阻R5’为相同电阻；电阻R6与电阻R6’为相同电阻；第二差分闭环环路放大器21对INN与INP的音频差分输入信号进行放大增益，增益为R6/R5倍。

第三差分闭环环路放大器22包括电阻R7、电阻R8、电阻R7’、电阻R8’、放大器AMP5、电容C1、电容C2；电阻R7与电阻R7’为相同电阻；电阻R8与电阻R8’为相同电阻；电容C1和电容C2为相同电容；放大器AMP5为低压放大器，电阻R7两端分别连接放大器AMP4的差分输出负接口和放大器AMP5的差分输入负接口；电阻R8一端连接放大器AMP5的差分输入负接口，另一端连接OUTP端；电容C1两端分别连接放大器AMP5的差分输入负接口和差分输出负接口；电阻R7’两端分别连接放大器AMP4的差分输出正接口和放大器AMP5的差分输入正接口；电阻R8’一端连接放大器AMP5的差分输入正接口，另一端连接OUTP端；电容C1’两端分别连接放大器AMP5的差分输入正接口和差分输出正接口；第三差分闭环环路放大器22对第二差分闭环环路放大器21发送过来的音频差分输入信号放大增益转化为低压音频差分输入信号，其增益倍数为R8/R7倍；第三差分闭环环路放大器22将低压音频差分输入信号发送给比较转换模块23。

比较转换模块23包括比较器COMP1、比较器COMP2、电平转换电路LS、电平转换电路LS’、缓冲器BUFFER、和缓冲器BUFFER’；比较器COMP1和比较器COMP2相同；电平转换电路LS和电平转换电路LS’相同；缓冲器BUFFER、和缓冲器BUFFER’相同；比较器COMP1和比较器COMP2为低压比较器；比较器COMP1和比较器COMP2均为低压比较器；比较器COMP1输入负接口连接放大器AMP5的差分输出负接口；比较器COMP2输入正接口连接放大器AMP5的差分输出正接口；比较器COMP1的输入正接口和比较器COMP2的输入负接口连接作为比较三角波；比较器COMP1的输出接口和比较器COMP2的输出接口分别连接电平转换电路LS和电平转换电路LS’；电平转换电路LS的输出端连接缓冲器BUFFER和开关S6的一端；电平转换电路LS’的输出端连接缓冲器BUFFER’和开关S5的一端；开关S5的一端连接缓冲器BUFFER,另一端连接功率管P1和功率管P2的GATE端；开关S6的一端连接缓冲器BUFFER’,另一端连接功率管N1和功率管N2的GATE端。

在D类电路模块2中，将输入端INN和输入端INP输入音频差分输入信号增益(R6*R8)/(R5*R7)倍后转化为成占空比随音频信号幅度变化的高压开关信号，高压开关信号经过功率放大模块3放大功率后输出。

功率管P1、功率管P2、功率管N1和功率管N2为高压Vgs功率管。

功率管P1、功率管P2、功率管N1和功率管N2的最低开启电压为0V。功率管P1、功率管P2、功率管N1和功率管N2的最低关闭电压为12V。输出范围达到高压电源12V到地即0V，即实现输出大功率功放集成电路。

在选择AB类功放电路时，闭合开关S7、开关S8、开关S1、开关S2、开关S3和开关S4，开关S9、开关S10、开关S5和开关S6断开，AB类功放电路连通。

在AB类功放电路中，输入端INN和输入端INP输入音频差分输入信号到第一差分闭环环路放大器11，第一差分闭环环路放大器11由电阻R1、R2、R1’、R2’和放大器AMP1构成；第一差分闭环环路放大器11将音频差分输入信号进行放大增益，增益倍数为R2/R1；第一差分闭环环路放大器11将增益R2/R1倍数的音频差分输入信号发送给第一环路放大器12，第一环路放大器12是由电阻R3、电阻R4、电阻R3’、电阻R4’、放大器AMP2、放大器AMP3、功率管P1、功率管P2、功率管N1和功率管N2构成，第一环路放大器12中将第一差分闭环环路放大器11输入的音频差分输入信号增益R3/R4倍，后经过功率放大模块3将功率放大后输出给喇叭、播放器等外部设备；功率放大模块3从地到电源电压都可直接驱动，实现大功率输出效果。在AB类功放电路中共对输入端INN和输入端INP输入音频差分输入信号增益(R2*R4)/(R1*R3)倍，达到AB类功放电路的增益效果。

在选择D类功放电路时，断开开关S9、开关S10、开关S1、开关S2、开关S3和开关S4，开关S9、开关S10、开关S5和开关S6闭合，D类功放电路连通。

在D类功放电路中，输入端INN和输入端INP输入音频差分输入信号到第二差分闭环环路放大器21，第二差分闭环环路放大器21由电阻R5、R6、R5’、R6’和放大器AMP4构成；第二差分闭环环路放大器21将音频差分输入信号进行放大增益，增益倍数为R6/R5；第二差分闭环环路放大器21将增益R6/R5倍数的音频差分输入信号输入第二环路放大器22，第二环路放大器22由电阻R7、R8、R7’、R8’、放大器AMP5、电容C1、C2构成；，第二环路放大器22将第二差分闭环环路放大器21输出的音频差分输入信号放大增益R8/R7的低压音频差分输入信号；第二环路放大器22将低压音频差分输入信号发送给比较转换模块23；比较转换模块23由比较器COMP1、比较器COMP2、电平转换电路LS、电平转换电路LS’、缓冲器BUFFER、和缓冲器BUFFER’构成；比较转换模块23将第二环路放大器22发出的转化为成占空比随音频信号幅度变化的高压开关信号，高压开关信号经过功率放大模块3放大功率后输出给喇叭、播放器等外部设备。功率放大模块3从地到电源电压都可直接驱动，不需要片外自举电容就实现大功率输出效果，达到降低成本的目的。

在D类电路模块2中，电阻R7、R8、R7’、R8’、AMP5、电容C1、C2构成第三差分闭环环路放大器22，第二差分闭环环路放大器21将增益R6/R5倍数的音频差分输入信号输入第三差分闭环环路放大器22，第三差分闭环环路放大器22将第二差分闭环环路放大器21输出的音频差分输入信号增益R8/R7倍，输入端INN和输入端INP输入音频差分输入信号共增益(R6*R8)/(R5*R7)倍；第三差分闭环环路放大器22将增益后的音频差分输入信号转入比较器COMP1和比较器COMP2；比较器COMP1和比较器COMP2将第三差分闭环环路放大器22输入的音频差分输入信号以及比较三角波转化成空比随音频信号幅度变化的开关信号，此时的开关信号为低压电平信号；之后开关信号由比较器COMP1和比较器COMP2输入电平转换电路LS和电平转换电路LS’；电平转换电路LS和电平转换电路LS’将低压电平信号转化为高压开关信号；高压开关信号经过缓冲器BUFFER和缓冲器BUFFER’和闭合的开关S5、S6抵达功率管P1、功率管P2、功率管N1和功率管N2的GATE端。

由于功率管P1、功率管P2、功率管N1和功率管N2采用的是高压Vgs功率管，当GATE端为低电平(芯片的地电压)时打开功率管，功率管的GATE端为高电平(芯片的电源电压)时关断功率管，所以D类大功率功放不需要片外自举电容；D类系统实现将音频输入INN与INP的模拟信号转换成OUTP与OUTN的高压开关信号，高压开关信号随音频差分输入信号而调节占空比。

本发明大功率功放集成电路同时具备AB类功放电路和D类功放电路，能够分别实现AB类功放电路和D类功放电路的功放效果，其中的D类功放电路不需要片外自举电容也能实现放大功率效果，减小市场应用端的PCB面积与成本，能够减少D类功放电路的成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。