可编程配置的开关模式音频放大器的制造方法
【技术领域】
[0001]本文所公开的技术涉及开关模式音频放大器，尤其涉及可驱动在各种配置中的扬声器的开关模式放大器。
【背景技术】
[0002]不像通常被设计为在单个扬声器的配置中操作的家庭音频设备，商用音频设备通常被设计为在若干扬声器的配置中操作，以驱动具有宽范围阻抗的扬声器。商用放大器，其可以产生500-20，000瓦的功率，往往被设计成能够驱动并联的多个扬声器或驱动单个扬声器(如低音扬声器)到高声压级。因为设计单个的放大器通道来驱动每一个不同类型的负载到相同的功率级是不符合成本效益的，因此许多商用放大器都设计为在不同的模式下进行操作。这些模式可以包括使用一个通道来驱动一个或多个扬声器，结合并联的两个或多个放大器通道的输出端来驱动一个或多个扬声器或连接两个或多个通道以驱动桥接负载的扬声器或一种如并联桥接负载的组合。
[0003]为了减少在放大器中的功率损耗，许多商用音频放大器采用开关放大器拓扑结构，如D类设计。当任何放大器通道被并联连接时，就很难确保每个通道对输送到负载的电流的同等贡献。为了防止这种情况，多通道放大器设计通常采用特殊的电流监控反馈电路，其操作以确保由每个通道输送的电流是相同的。这种反馈电路不仅增加了放大器设计的成本，而且如果放大器中的每个反馈电路不能正常工作，则其会成为错误的潜在来源。
[0004]商用音频放大器的用户所面对的另一个问题是获知将他们的扬声器连接至放大器的最好方式。许多用户会希望驱动具有不同阻抗的扬声器的各种组合。用户通常需要查看罗列了放大器通道的电流和电压容量、各种扬声器的负载阻抗以及其它因素的表格或图表，以确定驱动他们的扬声器负载的最佳方式。用户需要使用这个信息以选择扬声器配置，然后确定如何配置放大器并将他们的扬声器连接到具有所选配置的放大器。
[0005]鉴于这些问题，需要一种制造便宜的多通道放大器设计，可以处理放大级驱动并联负载的电流分配问题，并且可以帮助用户确定如何最好地将其扬声器连接至放大器。
[0006]概述
[0007]如将在下面进一步详细讨论的，所公开的技术涉及一种多通道开关模式功率放大器，其中每个通道可以驱动单独的扬声器负载，可以与一个或多个其它通道组合以驱动并联的负载，或者可以被配置为桥接负载配置或这些配置的组合。每个通道包括误差放大器、调制器和功率放大级。若干信号开关被设置在每个通道内，以用于选择性地连接或断开调制器的输出与在通道内的功率放大级的连接。还提供信号开关以将功率放大级的输出端捆绑并联在一起。当并联操作时，该信号开关由一个或多个可编程的处理器配置以将来自主通道的调制器的输出端连接到一个或多个从通道的功率放大级，以及断开在从通道中的调制器的连接。单个反馈控制电路被用来控制用于主通道的调制器的输出并且从通道的单独的反馈控制是不需要的。
[0008]根据本发明的另一方面，可编程的处理器被配置为从用户处接收关于用放大器驱动的扬声器负载的类型和数量的输入。该处理器访问数据库，其可以存储被驱动的多种类型的扬声器的规格。如果该数据库没有包括被驱动的特定类型的扬声器的规格，则处理器提示用户输入规格信息。然后该处理器确定最佳的驱动用户的扬声器的放大器通道的配置。该处理器打开或闭合在放大器中的一个或多个信号开关以获得所确定的配置，并向用户提供关于如何将他们的扬声器连接至放大器的指令。
【附图说明】
[0009]图1是根据所公开的技术的实施方式的可编程配置的开关模式功率放大器的框图；
[0010]图2示出了根据公开的技术的实施方式的由可编程的处理器可选择地打开或闭合的放大器通道内和放大器通道之间的若干信号开关；
[0011]图3示出了根据公开的技术的实施方式的如何控制在放大器通道之间的电流分配；
[0012]图4A-4I示出了根据公开的技术的实施方式的可以由可编程的处理器选择的若干个不同的放大器配置；以及
[0013]图5A-5B示出了根据公开的技术的实施方式的由可编程的处理器执行的用于配置放大器以驱动所需的扬声器负载的步骤的流程图。
具体实施例
[0014]如将在下面进一步详细讨论的，本文所公开的技术涉及放大器并且尤其是开关模式音频放大器，其可以以若干方式被配置以驱动不同的扬声器负载。
[0015]图1是根据本公开的技术的实施方式构造的开关模式的多通道放大器的方框图。在示出的实施方式中，可配置的多通道放大器50接收音频输入信号并在多个不同的输出通道1-4上产生放大的音频信号。输出通道，如U所示，驱动了若干扬声器不同负载5?1，5匕等。在一种配置中，每个输出通道驱动单独的扬声器负载。在另一配置中，两个或多个输出通道被耦接在一起驱动并联的扬声器负载。在第三种配置中，两个或多个输出通道被连接驱动以桥接模式配置的扬声器负载。当然，其它组合也是可能的，例如并联桥接模式，其中成对的并联连接的输出通道驱动以桥接配置的扬声器负载。
[0016]可编程的处理器52如微处理器、FPGA、ASIC或其它控制电路被配置为通过输入端54从用户选择中接收信息。该输入端54可以是在放大器上的若干按键或按钮，用户通过其提供关于他们想要驱动的扬声器负载的信息。可替代地，输入端54可以是被配置成通过使用直接有线或无线连接接收信号的端口或从可商购的有线或无线网络接收信号的端口。远程控制55可以是专用装置，类似于手持电视远程控制或在通用装置如智能电话、平板电脑或其它方便的平台上操作的应用程序。在又一个实施方式中，输入端54是一端口，并且相关联的通信电子产品被配置为通过计算机通信链路如因特网从远程计算装置(未示出)上接收信息。
[0017]如上所述，可编程的处理器52被配置为从用户处接收关于他们想要驱动的扬声器的数量和类型的信息。可编程的处理器访问数据库56，其存储若干通用扬声器品牌和型号的规格。这些规格包括至少是特定品牌/型号的阻抗以及其最大额定功率。如果数据库不包括会被驱动的扬声器的特定品牌/型号的规格，则可编程的处理器在显示器58上生成提示，要求用户提供所请求的信息。此外，可编程的处理器54接收或提示用户，指示多个扬声器是否是并联驱动或是以一种会改变扬声器负载的有效阻抗的方式被驱动。
[0018]从所提供的信息中，可编程的处理器52确定放大器应如何被配置以驱动所需的扬声器的数量和类型。一些通道可以被配置以驱动单独的扬声器负载。可替代地，两个或多个通道可以被连接驱动并联的扬声器负载或两个通道可以被连接以驱动桥接负载配置的扬声器负载或其它组合(如并联的桥接负载)。
[0019]在一实施方式中，可编程的处理器52提供“连接向导”，其在显示器58上使用指令提示用户以输入关于他们想要驱动的扬声器的数量以及它们的品牌/型号和阻抗的信息或以其它方式提供该信息。该连接向导程序然后确定放大器50驱动扬声器的适当的配置并设置在放大器内的一个或多个开关的位置以将放大器配置为所确定的配置。
[0020]在一实施方式中，显示器58被设置在放大器的底架上。而显示也可以通过经由有线或无线通信链路发送指令到远程装置(控制器、计算机、智能手机等)而被实现。
[0021]图2是根据公开的技术的实施方式的多通道可编程的放大器50的方框图。在所示实施方式中，有四个放大器通道被标记为通道72，74，76和78。虽然在公开的实施方式中示出四个通道，应当理解的是，若需要的话，可编程的放大器50可以具有较大数量(例如8)或较少数量(例如，2)的通道。在示出的实施方式中，每个通道包括相同的主要部件，因此仅有一个通道需要被描述。
[0022]每个通道，如通道72，包括误差放大器72a、调制器72b、功率放大级72c的和滤波电路72d。该误差放大器72a具有一个用于接收输入信号以被放大的输入端，以及通过反馈回路72e接收放大器通道的输出信号的样本的另一输入端。误差放大器72a的输出被施加到调制器72b的输入端。在一实施方式中，调制器72b是脉冲宽度调制器。调制器72b的输出被提供到功率放大级72c的输入端。功率放大级72c的输出被馈送到电感/电容器(LC)滤波电路72d，转而又被连接到扬声器端(未示出)。反馈回路72e耦接放大器通道的输出的样本返回到误差放大器72a的输入端以控制施加到调制器72b的输入端的信号。
[0023]如在实施方式中所不，若干个信号开关S1-S3选择性地与功率放大级的输入端连接在一起。开关S』#放大级72c的输入端连接至功率放大级74c的输入端。开关S 2将功率放大级74c的输入端连接至功率放大级64c的输入端，以及开关&将放大级76c的输入端连接至功率放大级78c的输入端。
[0024]如将要理解的，通过闭合开关S1，在通道72中的调制器72b的输出被供给到功率放大级72c和74c的两个输入端。通过闭合开关SJP S 2，调制器72b的输出被供给到功率放大级72c，74c和76c的输入端。
[0025]若干信号开关S4-S6被提供以选择性地从相同通道的功率放大级的输入端连接或断开通道中的调制器的输出端。例如开关&在调制器74b的输出端和功率放大级74c的输入端之间被连接。开关35在调制器76b的输出端和功率放大级76c的输入端之间被连接。开关36在调制器78b的输出端和功率放大级78c的输入端之间被连接。
[0026]在示出的实施方式中，在调制器72b的输出端和功率放大级72c的输入端之间没有开关。因此，当并联操作时，通道72总是作为主通道操作(即供给信号来驱动功率放大级)。然而，如果需要可以提供开关，以使其它通道可以作为主通道操作。
[0027]信号开关O1-O3选择性地将功率放大级的输出端连接在一起。特别是开关O i将功率放大级72c的输出端连接到放大级74c的输出端。开关O2将功率放大级74c的输出端连接到放大级76c的输出端。开关O3将功率放大级76c的输出端连接到放大级78c的输出端。
[0028]在一实施方式中，信号开关S1-S6是数字控制的CMOS开关，其由可编程的处理器来控制。输出端信号开关(^-(^是继电器(机械或电子的)，具有足够的载流能力来处理由每个功率放大级产生的电流。
[0029]如本领域普通技术人员将理解的，多通道放大器电路还包括反相电路或可编程的软件(其可以是在DSP 57中完成的)，其将施加到不同通道以驱动具有桥接负载配置的扬声