具有一位滞后量化器的窄电压范围多电平输出脉冲调制放大器的制造方法
【专利说明】具有一位滞后量化器的窄电压范围多电平输出脉冲调制放
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大裔
【背景技术】
[0001]在例如升压D类放大器的放大器中，输出电压可以基于模拟输入电压电平调制在五个电压电平。所述放大器可以包括量化器以执行脉冲密度调制(PDM)，用于允许放大器将输出电压编码为在五个电压电平的脉冲序列，例如，+Vpp、+Vdd、GND、-Vdd^P -V PP，其中VPP>VDD。
[0002]基于单个一位滞后量化器的放大器可以调节输出在三个电压电平，例如+VDD、GND和_VDD，这将不足以在升压D类放大器的输出中的五个电压电平。如果使用多个一位滞后量化器，调制器可以进行编码输出电压在五个电压电平。然而，这将降低输出线性度并增加量化器的比较器设计的复杂性。此外，放大器的性能将对处理和布局变化变得更加敏感。
[0003]—项常规的解决方案是在三个电压电平+VDD，GND和-Vdd之间调制的正常模式，和在三个电压电平+VPP，GND和-Vpp之间调制的升压模式之间切换调制输出电压的范围。当输入电压被确定为是足够低时，放大器通过在三个电压电平+VDD，GND和-Vdd之间调节输出而被置于正常模式。当输入电压被确定为足够高是，放大器通过在三个电压电平+VPP，GND和_VPP2间调节输出而被放置在升压模式。
[0004]取决于模式，该方案可通过检测输入电压并在输出功率级在Vdd和V PP2间切换供应电压而实现。换言之，当处于正常模式时，升压器关闭，以及输出电压在三个电压电平+Vdd、GND和_VDD2间调制。当处于升压模式中，升压器被迅速接通，并且输出电压在三个电压电平+Vpp、GND和-Vpp之间调制。
[0005]然而，由于输出电压在升压模式中比在正常模式中调制在更大的电压范围，该方案向升压器施加困难要求，即快速充电和放电所需电压。升压器在充电和放电期间受到高电压和电流应力，以及将具有应力失败的较大概率。设计升压器以承受应力将增加放大器的复杂性。
[0006]此外，因为输出电压在升压模式中比在正常模式中被调制在更大的电压范围，在升压模式中的调制也将产生更大量的电磁干扰(EMI)，这会干扰附近的其它电子设备或组件。再次，设计电子设备或组件以承受EMI会增加设计的复杂性。
[0007]此外，当输出电压在升压模式中被调制在更大电压范围时，D类放大器的所有输出功率由升压器提供。这将导致大量的功率消耗。
[0008]此外，由于PDM的量化误差依赖于输出脉冲的幅度，当输出电压在升压模式中比在正常模式中被调制在更大的电压范围时，升压模式会比正常模式产生更高的量化误差。
[0009]因此，存在需要一种具有增加的功率效率、放大器元件的较小应力、更少的EMI产生以及降低的量化误差的电压升压D类放大器。
【附图说明】
[0010]图1示出根据本公开实施例的放大器。
[0011]图2示出根据本公开实施例的功率级。
[0012]图3示出根据本公开实施例产生输出信号的方法。
[0013]图4不出根据本公开实施例从放大器产生的不例性的模拟输出电压模式。
【具体实施方式】
[0014]本公开实施例提供在放大器中产生输出信号的设备和技术。因此，这样的设备可包括功率级，具有三个不同电源电压的输入端和用于耦合到负载的输出；控制器，用于产生控制信号到功率级，导致功率级在多于三个不同的电压电平之间改变施加到负载的输出电压；监测器，以基于输入电压信号提供第一控制信号到控制器；和反馈系统，基于输出电压与输入信号的比较，提供第二控制信号到所述控制器。
[0015]图1示出了根据本公开实施例的放大器系统100。系统100可以包括功率级150、控制器140、监测器160和反馈系统170。功率级150可提供脉冲调制(PM)电压V.到系统的输出端，所述在五个电压电平之间切换。控制器140可控制功率级150的操作，以调节从其的输出电压。监测器160可监测在系统100的输入端呈现的电压Vin，并向控制器140呈现控制数据。基于所述输入电压Vin和输出电压V.之间的比较，反馈系统170的输入端可发展第二控制数据到控制器140。
[0016]如图1所示，放大器系统100还可包括:功率级150，具有用于三个不同供电电压(例如，VDD、VPP和GND)的输入和用于耦合到负载(未示出)的输出；控制器140，产生控制信号的输出到功率级150，使得功率级150在多于三个不同的电压电平之间改变施加到负载(未示出)的输出电压；监测器160，以基于输入电压信号提供第一控制信号给控制器140 ;和反馈系统170，以基于输出电压和输入信号的比较，向控制器140提供第二控制信号。
[0017]监测器160可以检测输入信号Vin以产生第一控制信号，其可表示电压范围的状态。显示器160可以接收输入信号Vin，并且可以生成输出数据，该输出数据被输入到功率级150作为控制数据。监测器160可以比较Vin至若干阈值电压，例如高阈值(VHI)和低阈值(VLO)。例如，监测器160可以包括一组比较器162、164。可以从输入电压Vin和每个的这些阈值电压VH1、VLO的比较产生控制数据。
[0018]如果Vin超出VHI，监测器160可设置工作电压在第一范围(本文称为“高正”)，表示在+VPP、+VDjP GND之间切换的输出调制范围。如果V ^在VHI和VLO之间，监测器160可以设置工作电压在第二范围的(本文称为“零交叉”)，表示在+VDD、GND和-Vdd之间切换输出调制范围。如果Vin低于VL0，监测器160可设置工作电压在范围内(本文称为“高负”)，表示在GND、-VDjP-Vpp之间切换输出调制范围。工作电压范围可以通过任何已知的字母数字编码方法进行编码。例如，三个窄的电压状态可被表示为+1、0和-1。
[0019]在一个实施例中，阈值电压VHI和VLO可被设定为(^VdeZGAiJP -0.6*V DD/GAIN，其中，6六^表示系统100的放大因子。当然，不同的阈值可以开发以适应不同的应用需求。
[0020]反馈系统170可以包括组合器110、调谐器120和量化器130。
[0021]量化器130可以产生第二控制信号。量化器130可以从显示器160接收第一控制信号，以将工作电压范围纳入其量化操作。监视器160的工作电压范围也可以由控制器140接收，用于进行额外的处理。
[0022]控制器140可控制功率级150以产生调制脉冲的输出，其中输出的每一调制脉冲具有最大电压和最小电压在相邻对+VPP、+VDD、GND、-Vdd^P -V ppo
[0023]组合器110可组合输入信号Vin和输出信号V■，例如，通过比较Vin到Vουτο输入信号Vin和输出信号V ■可以分别是具有电压电势相对于彼此的一对信号。组合器110可向调谐器120输出AV信号，表示该比较的结果。例如，V-可以是一对信号VOUTl和V0UT2，V.的电压电势值是V0UT1-V0UT2。
[0024]调谐器120可输出滤波和放大的信号到量化器130。调谐器120可以从合成器110接收的信号去除高频噪声，并放大有用信号。例如，调谐器120可以包括低通滤波器或带通滤波器和放大器。
[0025]量化器130可量化从调谐器120接收的信号的电压电平，以产生代表两个量化状态的一位量化码，其中为方便起见，可以用数字表示为+1和-1。量化代码表示调制脉冲序列。量化器130可以是例如I位量化器。
[0026]控制器140可接收用于附加处理的量化码。在一个实施例中，控制器140可以生成脉冲调制(PM)控制信号，以激活功率级150，以产生脉冲的输出，在超过三个不同电压的两个相邻电压电平的最大电压和最小电压之间调制，并且脉冲具有最大电压和最小电压的多于两个不同组合，作为超过三个不同电压电平的两个相邻电压电平。
[0027]例如，如果PM控制信号的五个调制状态(2，1,0,-1,-2)对应于在V.的+Vpp、+Vdd、GND、-Vdd^P -V pp, PM控制信号可因此被调制在调制状态的这四种可能组合(2，I)，(1,0)，(0，-1)和(-1，-2) ο然后，相应地，V.可以是脉冲的输出，在最大和最小电压的这四种可能组合(+VPP，+VDD)，(+VDD, GND), (GND, -Vdd)和(_VDD，-Vpp)中调制。这意味着，对于输出信号V—的每个调制脉冲，最大和最小电压之间的脉冲幅度可以是小的。
[0028]根据本公开实施例的输出V-的例子示出在图4的输出图400中。
[0029]因此，由于输出信号V.的脉冲振幅可以较小，放大器将增加功率效率、放大器元件的较小应力、更少的EMI产生并降低量化误差。
[0030]图2是根据本公开实施例的功率级200的电路图。功率级200可以应用为图1的功率级150。功率级200可包括多个开关252.1、252.2、254.1、254.2、256.1和256.2，其耦合到功率级200的输出端0UT1、0UT2。第一开关252.1,252.2可被连接到Vdd电压源和相应的端子0UT1，0UT2之间。第二开关254.1、254.2可以连接在第二电压源VPP和相应的输出端子OUTl，0UT2之间。第三开关256.1、256.2可连接在第三电压源VSS (示为地GND)和相应的输出端子0UT1、0UT2之间。每个开关252.1、252.2、254.1、254.2、256.1和256.2可以接收来自外部源的相应PM控制信号，诸如图1的控制器140。
[0031]为了在负载260驱动开关输出电压在+Vdi^P+Vpp之间，晶体管开关254.1和252.1可以相对的方式关闭和打开，而晶体管开关256.2可以打开。为了在负载260驱动开关输出电压+VdJP OV之间，晶体管开关252.1和256.1可以相对的方式关闭和打开，而晶体管开关256.2可以打开。为了在负载驱动切换输出电压在OV和-Vdd之间，晶体管开关252.2和256.2可以相对的方式关闭和打开，在而晶体管开关256.1可以打开。为了在负载驱动切换输出电压在_VDD和-V pp之间，晶体管开关254.2和252.2可以相对的方式关闭和打开，而晶体管256.1可以在导通状态。在这个例子中，V.可以是OUTl和0UT2之间的电压电势。功率级的其它变型是可能的。
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