专利名称：改进的d类放大器及其实现方法
技术领域：
本发明涉及用于音频系统的放大器，尤其涉及一种在具有较小失真的D类放大器中的改进的反馈回路。
音频信号放大器，特别是D类放大器是大家知道的，并且这儿只对它的反馈部分感兴趣。一个D类放大器可包括采用集成电路(IC)技术的常规部分，其中用于输出电桥的复合驱动器功能可由一个单一的IC来提供，例如在如IC HanisHIP4080系列中所著名的那种集成电路。
放大器的反馈回路典型地包括一种差分信号结束(differential-to-single-ended)转换器，以提供一种输出信号的脉冲样本，然后脉冲样本和音频输入信号合成在一起并进行脉冲宽度调制，以提供输入信号给放大器。从而，反馈回路一般由与转换器相连的电路、积分器以及脉冲宽度调制器构成。因为反馈回路既包括积分部分又包括脉冲宽度调制部分，它就同时包括了和这些部分有关的问题。
如在下面的描述中及权利要求书中所使用的，“合成”和“合成器”是指平常在音频反馈放大器的反馈回路中所见的合成，而不是指典型地由反相器提供的相位补偿和频率补偿所需的合成。
例如，如
图1所示，可以看到输出电路10包括一个常规放大器11和两个用于扬声器的半桥驱动器电路，和扬声器相连的常规输出滤波器从图中省略了。
音频输出信号的反馈路径包括一个用于提供脉冲输出信号的常规差分信号结束转换器16，其中音频输出信号来自位于在端子12和14上的输出电路10上的扬声器。这个脉冲信号在一个常规合成器18中被合成，并在合成器18中和来自输入端20的音频输入信号相比较。
合成器18的输出被加在一个比较器上或脉宽调制器22上，同时一从三角波发生器24出来的调制三角波也加在了该比较器上或脉宽调制器22上。调制器22从而给输出电路10提供了辅助脉宽调制信号A和B。
在反馈回路中进行的合成过程是带宽限制，通过避免这个问题可以改善D类放大器的性能，问题产生的原因在于来自差分信号结束转换器的脉冲输出一定要从在反馈回路中的信号中去除，这就意味着有一个由反馈回路所进行的高频最小校正，从而加剧了信号失真。此外，来自脉冲输出的不希望的剩余信号可能会在脉宽调制器22中再次被放大。
已经发现放大器和相关的驱动电路可以视作一个宽带功率放大器，从而避免了在反馈回路中合成在一起的要求。反馈到放大器的信号可能是脉冲信号，并且反馈在放大器里得到相应的处理。
另外还发现将一个输入信号转换成脉冲宽度调制信号的过程能够接近使用宽带比较器和精密三角波发生器的理想状态，从而，在这一部分附近没有必要进行反馈，脉冲宽度调制部分可以从反馈回路中去掉。
本发明包括一个具有一个输入端子和一个输出端子的脉冲宽度调制音频放大器；一个音频输入信号源；对从所述信号源的输出信号进行脉冲宽度调制的装置；包括一个合成器的反馈电路；以及一个用于接收从所述调制装置和所述合成器中出来的输出信号的求和放大器。
本发明还包括一种减少脉冲宽度调制反馈音频放大器失真的方法，这种方法包括消除来自反馈路径中的所有合成的步骤。
本发明的一个目的是提供一种方法及脉冲宽度调制音频放大器，从而使其中在反馈回路中的失真问题明显减弱，并且其中的反馈回路不包括合成部分。
另外一个目的是提供一种方法及脉冲宽度调制音频放大器，使其中的反馈回路不包括脉冲宽度调制部分，并且其中的输入信号是在音频放大器反馈回路外进行脉冲宽度调制的。
现在将参照附图，通过举例的方法来对本发明进行描述，其中，图1是现有技术的D类放大器的部分电路及部分方框图。
图2是本发明的放大器的一个实施例的部分电路及部分方框图。
图3是本发明放大器的第二实施例的部分电路及部分方框图。
图4是本发明放大器的第三实施例的部分电路及部分方框图。
在图2中，与图1中所相似的电路元件被标注了相似的数字标号以利于和图1的放大器进行比较。从差分信号结束转换器16出来的脉冲反馈信号被加在了求和放大器30上。来自调制器22的脉冲宽度音频输入信号也加到了放大器30上，经过一个或多个反相器的脉冲宽度调制输出信号如所要求的那样用以进行放大，缓冲及进行合理相位处理。
图2显示了从图1中的反馈回路中去掉的合成器18。从反馈回路中去掉合成器要求对音频信号进行脉冲宽度调制以进行比较，但这可以在反馈回路外面来完成。
输入至求和放大器30的两个输入信号都可以加在放大器的一个单独端子，同时要有一个参考电压加到放大器的另一个输入端子，这就避免了共模输入信号的波动及相关错误分量。
图2示出到每一个求和放大器30，比较器22和非反相放大器26的输入信号，都被加到了一个单个端子上，同时有一个参考电压加在了另一个端子上，从而可以提高共模信号抑制。由于音频输入信号在比较器22的输入端和一个阻抗结点进行比较，那么比较是在相同输入信号级上进行，且共模输入电压范围没有得到运用。
图3和图4分别示出了本发明的第二和第三实施例，相似的电路元件给予了相似的数字标号。
图1中的差分信号结束转换器16也可以从反馈回路中去掉，此时应将输出电路10中的每一半个电桥驱动器作为一个分离的信道来对待。
图3中，所有的反相器都是CMOS器件，例如具有典型16或24dB增益的HarrisCD54/74 HCU04反相器。由于这些反相器有增益，那么放大器30可以被去掉，这样的CMOS反相器可以在其它图形的实施例中使用，但一般并不需要。
CMOS反相器的使用，也允许使用经过合理处理的，数字方法产生的脉冲宽度音频信号作为放大器的输入信号。如图3中所示，可以使用一个合适的电子开关来代替例如致密盘或CD等数字信号源36，以用于所示的音频放大器26和调制器22。可以使用一个附加的反相器来给输出电路10提供辅助信号A和B。
凡在需要差分输入信号操作的地方，数字信号源可以在输出电路10的输入之外给反相器直接提供两个分离的信号。
在图4中，输出端32的脉冲宽度调制音频信号被加在两个位于双重信道脉冲宽度调制器22内部的相位比较器34和36的两个输出端，从而给输出电路10建立辅助输入信号A和B。
在图4中，两个信道接收分离的音频输入信号。例如，开关SW2的操作可以提供一个完全独立的脉冲宽度调制音频信号源38，以作为调制器22内部的比较器或调制器34的输入信号源。由于在比较器34处的反相连接当然可以略掉反相器40。相似地，调制所需的三角波发生器24对比较器34和36两个来说都较常见，而不是如图中所示的那样和音频信号源相连。
一种D类(音频)放大器及其实现方法，其中放大器的输入信号是在放大器反馈回路外面进行脉冲宽度调制，并且脉冲宽度调制输入信号和来自反馈回路的脉冲信号在反馈回路叠加在一起并反馈给放大器。反馈回路中去掉脉冲宽度调制部分及信号合成部分，减小了失真。
权利要求
1.一种脉冲宽度调制音频放大器，具有一个输入端和一个输出端；一音频输入信号的信号源；用于对来自所述信号源的输出信号进行脉冲宽度调制的装置；包括一个积分器的一反馈电路；以及一用于接收来自所述调制装置和所述积分器的输出信号的求和放大器。
2.一种脉冲宽度调制音频放大器，具有一个输入端和一个输出端；一脉冲宽度调制音频输入信号的信号源；一个和所述输入端子相连的阻抗求和接点；以及包括至少一个用于将所述信号源及所述输出端子和所述求和接点相连的CMOS反相器的放大装置。
3.一种如权利要求1或2所述的脉冲宽度调制音频放大器，其中所述音频信号源包括用于数字地产生脉冲宽度调制音频信号的装置。
4.一种如权利要求1或2所述的脉冲宽度调制音频放大器，其中所述音频信号源包括一模拟音频信号源及用于对从那儿输出的信号进行脉冲宽度调制的装置。
5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的脉冲宽度调制音频放大器，其中所述放大器包括双重信道，每一信道均具有一个输入端和一个输出端，所述放大装置包括并行信号路径，每一个信号路径至少包括一个CMOS反相器；所述信号源包括用于提供两个独立音频信号的装置，以及所述和接点包括并行路径，它们分别和所述输出端子之一相连，以及和用于接收从音频信号之一的所述信号源相连。
6.一种如权利要求1-5中任意一项所述的脉冲宽度调制音频放大器，包括双重信道，并具有两个输入端子和两个输出端子，第一和第二音频输入信号的一信号源；用于对来自所述信号源的输出信号进行脉冲宽度调制的装置，以及包括至少一个用于每一信道的CMOS反相器的装置，这种装置用于对来自所述输出端子之一的输出信号和来自一个所述调制器之一的输出信号进行求和。
7.一种具有一个反馈回路的脉冲宽度调制音频放大器，该反馈回路不包括积分器，且所述反馈回路最好不包括调制器。
8.一种用于减小脉冲宽度调制反馈音频放大器失真的方法，它包括去掉来自反馈路径的所有积分的步骤。
9.一种用于减小脉冲宽度调制反馈音频放大器失真的方法，它包括去掉来自反馈路径所有调制的的步骤。
10.一种如权利要求9中所述的方法，还包括用于消除来自反馈路径所有积分的步骤。
全文摘要
一种D类放大器及其实现方法，其中放大器的输入信号在放大器反馈回路的外面进行了脉冲宽度调制，并且脉冲宽度调制输入信号和来自反馈回路的脉冲信号在反馈回路里叠加在一起并反馈给了放大器。由于去掉了来自反馈回路的脉冲宽度调制部分及信号积分部分，从而减小了失真。
文档编号H03F3/217GK1145551SQ9610942
公开日1997年3月19日 申请日期1996年8月9日 优先权日1995年8月9日
发明者哈罗德·艾伦·威特林瑟 申请人:哈里公司