一种d类音频功率放大器、芯片及其失真检测电路的制作方法
【专利摘要】本发明属于音频功率放大器技术领域，提供了一种D类音频功率放大器、芯片及其失真检测电路。在本发明中，失真检测电路包括第一逻辑运算触发模块、第二逻辑运算触发模块及逻辑运算模块，第一逻辑运算触发模块对脉冲宽度调制模块输出的两路PWM信号执行第一逻辑运算和第一触发处理后输出第一脉冲信号，第二逻辑运算触发模块对两路PWM信号执行第二逻辑运算和第二触发处理后输出第二脉冲信号，当D类音频功率放大器输出的模拟音频信号发生失真现象时，逻辑运算模块对第一脉冲信号和第二脉冲信号执行第三逻辑运算后输出失真指示信号。失真检测电路通过逻辑运算和触发处理检测失真，电路结构简单，有效降低了电路功耗和减小了芯片面积。
【专利说明】
一种D类音频功率放大器、芯片及其失真检测电路
技术领域
[0001]本发明属于音频功率放大器技术领域，尤其涉及一种D类音频功率放大器、芯片及其失真检测电路。
【背景技术】
[0002]D类音频功率放大器的工作原理为:输入的模拟音频信号经脉冲宽度调制器输出P丽信号，该P丽信号经脉冲推动器驱动脉冲功率放大器工作，脉冲功率放大器的输出信号经低通滤波器滤波输出后带动扬声器发声。D类音频功率放大器工作于开关状态，具有较高的效率，理论上可达到100%，因此被广泛应用于手机、平板电脑等便携电子设备中。
[0003]在D类音频功率放大器的设计中，一般会在脉冲宽度调制器前放置前置放大器，以对输入的模拟音频信号进行放大，放大后的模拟音频信号经脉冲宽度调制、脉冲信号放大及滤波后带动扬声器发声音。当输入的模拟音频信号的幅值过大时，经前置放大器放大后在脉冲宽度调制时，放大后的模拟音频信号的峰峰值超过了调制三角波的峰峰值，因此，最终经滤波输出的模拟信号相对于最初输入的模拟音频信号会出现严重的削顶失真。当长时间工作于失真状态下，则会对音频功率放大器和扬声器产生很大危害，因此，需要设计失真检测电路以避免输出信号失真现象的发生。
[0004]对于现有技术所提供的失真检测方案，其是采用对输出信号采样、对采样信号进行模数转换、反馈电路根据模数转换后的信号输出控制信号以改变前置放大器的反馈电阻的方案，失真检测电路中需要设计完整的采样和模数转换电路，失真检测电路结构较为复杂，从而使得音频功率放大芯片的面积大且功耗高。因此现有技术存在因失真检测电路结构复杂而导致D类音频功率放大芯片的面积大且功耗高的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种失真检测电路，旨在解决现有技术存在的因失真检测电路结构复杂而导致D类音频功率放大芯片的面积大且功耗高的问题。
[0006]本发明是这样实现的，一种D类音频功率放大器的失真检测电路，所述D类音频功率放大器还包括脉冲宽度调制模块，所述脉冲宽度调制模块对放大后的差分输入模拟音频信号进行调制并输出两路PWM信号，所述失真检测电路包括第一逻辑运算触发模块、第二逻辑运算触发模块及逻辑运算模块。
[0007]所述第一逻辑运算触发模块的第一输入端和所述第二逻辑运算触发模块的第一输入端共接于所述脉冲宽度调制模块的第一输出端，所述第一逻辑运算触发模块的第二输入端和所述第二逻辑运算触发模块的第二输入端共接并与所述脉冲宽度调制模块的第二输出端相连接，所述第一逻辑运算触发模块的第三输入端和所述第二逻辑运算触发模块的第三输入端共接并接收置位信号，所述第一逻辑运算触发模块的输出端和所述第二逻辑运算触发模块的输出端分别与所述逻辑运算模块的第一输入端和第二输入端相连接。
[0008]所述第一逻辑运算触发模块对所述两路PWM信号执行第一逻辑运算和第一触发处理后输出第一脉冲信号，所述第二逻辑运算触发模块对所述两路PWM信号执行第二逻辑运算和第二触发处理后输出第二脉冲信号，当所述D类音频功率放大器输出的模拟音频信号发生失真时，所述逻辑运算模块对所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号执行第三逻辑运算后由其输出端输出失真指示信号。
[0009]本发明的另一目的还在于提供一种D类音频功率放大器，包括前置放大模块、脉冲宽度调制模块、输出级功率放大模块及增益衰减模块，所述前置放大模块对差分输入模拟音频信号进行放大并输出差分放大模拟音频信号，所述脉冲宽度调制模块对所述差分放大模拟音频信号进行脉冲宽度调制并输出两路PWM信号，所述输出级功率放大模块对所述两路PffM信号进行放大及滤波处理后输出，所述D类音频功率放大器还包括上述的失真检测电路。
[0010]当所述滤波处理输出的模拟音频信号发生失真时，所述失真检测电路输出所述失真指示信号，所述增益衰减模块根据所述失真指示信号输出相应的控制信号至所述前置放大模块，所述前置放大模块根据所述控制信号降低对所述差分输入模拟音频信号的放大幅度。
[0011]本发明的另一目的还在于提供一种包括上述D类音频功率放大器的D类音频功率放大芯片。
[0012]在本发明中，失真检测电路包括第一逻辑运算触发模块、第二逻辑运算触发模块及逻辑运算模块，第一逻辑运算触发模块对脉冲宽度调制模块输出的两路PWM信号执行第一逻辑运算和第一触发处理后输出第一脉冲信号，第二逻辑运算触发模块对两路PWM信号执行第二逻辑运算和第二触发处理后输出第二脉冲信号，当D类音频功率放大器输出的模拟音频信号发生失真现象时，逻辑运算模块对第一脉冲信号和第二脉冲信号执行第三逻辑运算后输出失真指示信号。失真检测电路通过逻辑运算和触发处理检测失真现象，电路结构简单，有效降低了电路功耗和减小了芯片面积。
【附图说明】
[0013]图1是本发明实施例提供的失真检测电路的结构示意图；
[0014]图2是本发明另一实施例提供的失真检测电路的结构示意图；
[0015]图3是本发明另一实施例提供的失真检测电路的结构示意图；
[0016]图4是本发明另一实施例提供的失真检测电路的结构示意图；
[0017]图5是本发明另一实施例提供的脉冲宽度调制模块的相关波形图；
[0018]图6是本发明另一实施例提供的第一脉冲和第二脉冲波形图；
[0019]图7是本发明另一实施例提供的第三脉冲和第四脉冲波形图；
[0020]图8是本发明另一实施例提供的第一或门输出波形图；
[0021]图9是本发明另一实施例提供的D类音频功率放大器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
[0023]图1示出了本发明实施例提供的失真检测电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下:
[0024]D类音频功率放大器包括脉冲宽度调制模块30，脉冲宽度调制模块30对放大后的差分输入模拟音频信号进行调制并输出两路PWM信号，D类音频功率放大器还包括失真检测电路10，失真检测电路10包括第一逻辑运算触发模块100、第二逻辑运算触发模块200及逻辑运算模块300。
[0025]第一逻辑运算触发模块100的第一输入端和第二逻辑运算触发模块200的第一输入端共接于脉冲宽度调制模块30的第一输出端，第一逻辑运算触发模块100的第二输入端和第二逻辑运算触发模块200的第二输入端共接并与脉冲宽度调制模块30的第二输出端相连接，第一逻辑运算触发模块100的第三输入端和第二逻辑运算触发模块200的第三输入端共接并接收置位信号，第一逻辑运算触发模块100的输出端和第二逻辑运算触发模块200的输出端分别与逻辑运算模块300的第一输入端和第二输入端相连接。
[0026]第一逻辑运算触发模块100对两路PWM信号执行第一逻辑运算和第一触发处理后输出第一脉冲信号，第二逻辑运算触发模块200对两路PffM信号执行第二逻辑运算和第二触发处理后输出第二脉冲信号，当D类音频功率放大器输出的模拟音频信号发生失真时，逻辑运算模块300对第一脉冲信号和第二脉冲信号执行第三逻辑运算后由其输出端输出失真指不信号。
[0027]具体的，第一逻辑运算为与非运算，第二逻辑运算为或运算，第三逻辑运算为或运算，置位信号为高电平信号。
[0028]具体的，当D类音频功率放大器的差分输入模拟音频信号(为差分正弦信号)的幅值较大，其经放大处理后的差分放大模拟音频信号的峰峰值大于脉冲宽度调制模块30三角载波的峰峰值时，脉冲宽度调制模块30输出的两路PWM信号中分别出现多段持续时长大于PWM信号周期的高电平或低电平，该两路PWM信号经过放大及低通滤波处理后由D类音频功率放大器输出，输出的模拟音频信号发生削顶失真。
[0029]作为本发明一实施例，如图2所示，失真检测电路10还包括振荡模块400，振荡模块400的输出端与第一逻辑运算触发模块100的时钟信号端以及第二逻辑运算触发模块200的时钟信号端相连接。
[0030]具体的，振荡模块400输出固定频率的脉冲信号为第一逻辑运算触发模块100和第二逻辑运算触发模块200提供时钟信号，第一逻辑运算触发模块100和第二逻辑运算触发模块200的时钟信号相同。
[0031]作为本发明一实施例，如图3所示，失真检测电路10还包括振荡模块400和反相模块500，振荡模块400的输出端与第一逻辑运算触发模块100的时钟信号端相连接，振荡模块400的输出端与反相模块500的输入端相连接，反相模块500的输出端与第二逻辑运算触发模块200的时钟信号端相连接。
[0032]具体的，反相模块500为反相器Gl，反相器Gl的输入端和输出端分别为反相模块500的输入端和输出端。振荡模块400输出固定频率的脉冲信号为第一逻辑运算触发模块100和第二逻辑运算触发模块200提供时钟信号，第一逻辑运算触发模块100的时钟信号与第二逻辑运算触发模块200的时钟信号的相位相反。设置两时钟信号的相位相反的目的是，当出现时钟信号中的干扰尖刺脉冲误触发第一逻辑运算触发模块100或第二逻辑运算触发模块200现象时，保证逻辑运算模块300输出的信号为准确的失真指示信号。
[0033]作为本发明一实施例，如图4所示，逻辑运算模块300为第一或门G2，第一或门G2的第一输入端、第二输入端及输出端分别为逻辑运算模块300的第一输入端、第二输入端及输出端。
[0034]具体的，逻辑运算模块300对第一逻辑运算触发模块100输出的脉冲信号和第二逻辑运算触发模块200输出的脉冲信号执行逻辑或运算，并输出运算结果，当D类音频功率放大器输出的模拟音频信号发生失真时，逻辑运算模块300输出失真指示信号以指示失真现象的发生，失真指示信号为高低电平交替的脉冲信号，其中高电平持续时长与失真时长近似相等，当D类音频功率放大器输出的模拟音频信号没有失真时，逻辑运算模块300始终输出低电平信号。
[0035]作为本发明一实施例，如图4所示，第一逻辑运算触发模块100包括与非门101和第一触发单元102，与非门101的第一输入端和第二输入端分别为第一逻辑运算触发模块100的第一输入端和第二输入端，与非门101的输出端与第一触发单元102的复位端相连接，第一触发单元102的时钟输入端、输入端及输出端分别为第一逻辑运算触发模块100的时钟信号端、第三输入端及输出端。
[0036]具体的，第一触发单元102为第一D触发器dl，第一D触发器dl的复位端RSl、时钟端CL1、输入端Dl及输出端Ql分别为第一触发单元102的复位端、时钟输入端、输入端及输出端。
[0037]具体的，与非门101对输入的两路HVM信号执行与非逻辑运算，并输出运算结果至第一 D触发器dl的复位端RSl ο当D类音频功率放大器输出的模拟音频信号发生失真时，脉冲宽度调制模块30输出的两路PWM信号中分别出现多段持续时长大于PffM信号周期的高电平或低电平，与非门101对该两路PWM信号执行与非逻辑运算后，输出含有多段持续时长大于PWM信号周期的高电平的脉冲信号至第一 D触发器dl的复位端RS1。该脉冲信号中的高电平时长也大于第一D触发器dl的时钟信号周期，因此可使第一D触发器dl执行置数操作，由于第一D触发器dl的输入端Dl始终输入高电平信号，因此，在与非门101输出的脉冲信号的高电平时段内，当时钟信号的上升沿到来时第一D触发器dI的输出端Ql输出高电平。第一D触发器dl所输出的高电平时长反映了 D类音频功率放大器输出的模拟音频信号中的底部失真(波谷附近失真)时长。
[0038]作为本发明一实施例，如图4所示，第二逻辑运算触发模块200包括第二或门201和第二触发单元202，第二或门201的第一输入端和第二输入端分别为第二逻辑运算触发模块200的第一输入端和第二输入端，第二或门201的输出端与第二触发单元202的复位端相连接，第二触发单元202的时钟输入端、输入端及输出端分别为第二逻辑运算触发模块200的时钟信号端、第三输入端及输出端。
[0039]具体的，第二触发单元202为第二D触发器d2，第二D触发器d2的复位端RS2、时钟端CL2、输入端D2及输出端Q2分别为第二触发单元202的复位端、时钟输入端、输入端及输出端。
[0040]具体的，第二或门201对输入的两路HVM信号执行或逻辑运算，并输出运算结果至第二D触发器d2的复位端RS2。当D类音频功率放大器输出的模拟音频信号发生失真时，脉冲宽度调制模块30输出的两路PWM信号中分别出现多段持续时长大于PffM信号周期的高电平或低电平，第二或门201对该两路PWM信号执行或逻辑运算后，输出含有多段持续时长大于PWM信号周期的高电平的脉冲信号至第二 D触发器d2的复位端RS2。该脉冲信号中的高电平时长也大于第二D触发器d2的时钟信号周期，因此可使第二D触发器d2执行置数操作，由于第二D触发器d2的输入端D2始终输入高电平信号，因此，在第二或门201输出的脉冲信号的高电平时段内，当时钟信号的上升沿到来时第二D触发器d2的输出端Q2输出高电平。第二D触发器d2所输出的高电平时长反映了 D类音频功率放大器输出的模拟音频信号中的顶部失真(波峰附近失真)时长。
[0041]以下结合图4对失真检测电路10的工作原理进行说明，详述如下:
[0042]当D类音频功率放大器输出的模拟音频信号发生失真时，脉冲宽度调制模块30的三角载波波形、差分放大输入波形及输出的两路PWM信号波形如图5所示，图5中所示波形以差分输入模拟音频信号的半个周期为例，其他时段内的工作原理与该半个周期内的工作原理相同。两路PWM信号中分别出现持续时长大于PWM信号周期的高电平和低电平，与非门101对该两路PWM信号执行与非逻辑运算后输出第一脉冲信号VI，第二或门202对该两路PWM信号执行或逻辑运算后输出第二脉冲信号V2，第一脉冲信号Vl和第二脉冲信号V2的波形如图6所示。第一脉冲信号Vl中的高电平时长大于第一 D触发器dl的时钟信号周期，第二脉冲信号V2中的高电平时长大于第二 D触发器d2的时钟信号周期，因此第一脉冲信号Vl中的高电平和第二脉冲信号V2中的高电平可分别使第一 D触发器dl和第二 D触发器d2执行置数操作，由于第一D触发器dl的输入端Dl和第二D触发器d2的输入端D2始终输入高电平信号，因此，在第一脉冲信号Vl和第二脉冲信号V2的高电平时段内，当时钟信号的上升沿到来时第一D触发器d I的输出端QI和第二 D触发器d2的输出端Q2均输出高电平，输出端Ql输出的脉冲波形V3和输出端Q2输出的脉冲波形V4如图7所示。第一或门G2对脉冲波形V3和脉冲波形V4执行逻辑或运算并输出失真指示信号，失真指示信号如图8所示，失真指示信号中的高电平时长与D类音频功率放大器输出的模拟音频信号中顶部失真和底部失真的共同失真时长近似相等。
[0043]本发明还提供一种D类音频功率放大器，如图9所示，D类音频功率放大器包括前置放大模块20、脉冲宽度调制模块30、输出级功率放大模块40及增益衰减模块50，前置放大模块20对差分输入模拟音频信号进行放大并输出差分放大模拟音频信号，脉冲宽度调制模块30对差分放大模拟音频信号进行脉冲宽度调制并输出两路PffM信号，输出级功率放大模块40对两路Pmi信号进行放大及滤波处理后输出，D类音频功率放大器还包括失真检测电路10。
[0044]当滤波处理输出的模拟音频信号发生失真时，失真检测电路10输出失真指示信号，增益衰减模块50根据失真指示信号输出相应的控制信号至前置放大模块20，前置放大模块20根据控制信号降低对差分输入模拟音频信号的放大幅度。
[0045]具体的，增益衰减模块50根据失真指示信号中高电平的持续时长输出相应的控制信号至前置放大模块20，前置放大模块20根据控制信号降低对差分输入模拟音频信号的放大幅度，其中，前置放大模块20可采用控制其输出端不断短路的方式来降低对差分输入模拟音频信号的放大幅度。
[0046]本发明还提供了一种包括上述D类音频功率放大器的D类音频功率放大芯片。
[0047]在本发明中，失真检测电路包括第一逻辑运算触发模块、第二逻辑运算触发模块及逻辑运算模块，第一逻辑运算触发模块对脉冲宽度调制模块输出的两路PWM信号执行第一逻辑运算和第一触发处理后输出第一脉冲信号，第二逻辑运算触发模块对两路PWM信号执行第二逻辑运算和第二触发处理后输出第二脉冲信号，当D类音频功率放大器输出的模拟音频信号发生失真现象时，逻辑运算模块对第一脉冲信号和第二脉冲信号执行第三逻辑运算后输出失真指示信号。失真检测电路通过逻辑运算和触发处理检测失真现象，电路结构简单，有效降低了电路功耗和减小了芯片面积。
[0048]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种D类音频功率放大器的失真检测电路，所述D类音频功率放大器还包括脉冲宽度调制模块，所述脉冲宽度调制模块对放大后的差分输入模拟音频信号进行调制并输出两路PWM信号，其特征在于，所述失真检测电路包括第一逻辑运算触发模块、第二逻辑运算触发模块及逻辑运算模块； 所述第一逻辑运算触发模块的第一输入端和所述第二逻辑运算触发模块的第一输入端共接于所述脉冲宽度调制模块的第一输出端，所述第一逻辑运算触发模块的第二输入端和所述第二逻辑运算触发模块的第二输入端共接并与所述脉冲宽度调制模块的第二输出端相连接，所述第一逻辑运算触发模块的第三输入端和所述第二逻辑运算触发模块的第三输入端共接并接收置位信号，所述第一逻辑运算触发模块的输出端和所述第二逻辑运算触发模块的输出端分别与所述逻辑运算模块的第一输入端和第二输入端相连接； 所述第一逻辑运算触发模块对所述两路PWM信号执行第一逻辑运算和第一触发处理后输出第一脉冲信号，所述第二逻辑运算触发模块对所述两路PWM信号执行第二逻辑运算和第二触发处理后输出第二脉冲信号，当所述D类音频功率放大器输出的模拟音频信号发生失真时，所述逻辑运算模块对所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号执行第三逻辑运算后由其输出端输出失真指示信号。2.如权利要求1所述的失真检测电路，其特征在于，所述失真检测电路还包括振荡模块； 所述振荡模块的输出端与所述第一逻辑运算触发模块的时钟信号端以及所述第二逻辑运算触发模块的时钟信号端相连接。3.如权利要求1所述的失真检测电路，其特征在于，所述失真检测电路还包括振荡模块和反相t吴块; 所述振荡模块的输出端与所述第一逻辑运算触发模块的时钟信号端相连接，所述振荡模块的输出端与所述反相模块的输入端相连接，所述反相模块的输出端与所述第二逻辑运算触发模块的时钟信号端相连接。4.如权利要求1所述的失真检测电路，其特征在于，所述逻辑运算模块为第一或门； 所述第一或门的第一输入端、第二输入端及输出端分别为所述逻辑运算模块的第一输入端、第二输入端及输出端。5.如权利要求2或3任一项所述的失真检测电路，其特征在于，所述第一逻辑运算触发模块包括与非门和第一触发单元； 所述与非门的第一输入端和第二输入端分别为所述第一逻辑运算触发模块的第一输入端和第二输入端，所述与非门的输出端与所述第一触发单元的复位端相连接，所述第一触发单元的时钟输入端、输入端及输出端分别为所述第一逻辑运算触发模块的时钟信号端、第三输入端及输出端。6.如权利要求2或3任一项所述的失真检测电路，其特征在于，所述第二逻辑运算触发模块包括第二或门和第二触发单元； 所述第二或门的第一输入端和第二输入端分别为所述第二逻辑运算单元的第一输入端和第二输入端，所述第二或门的输出端与所述第二触发单元的复位端相连接，所述第二触发单元的时钟输入端、输入端及输出端分别为所述第二逻辑运算触发模块的时钟信号端、第三输入端及输出端。7.如权利要求5所述的失真检测电路，其特征在于，所述第一触发单元为第一D触发器，所述第一 D触发器的复位端、时钟端、输入端及输出端分别为所述第一触发单元的复位端、时钟输入端、输入端及输出端。8.如权利要求6所述的失真检测电路，其特征在于，所述第二触发单元为第二D触发器，所述第二 D触发器的复位端、时钟端、输入端及输出端分别为所述第二触发单元的复位端、时钟输入端、输入端及输出端。9.一种D类音频功率放大器，包括前置放大模块、脉冲宽度调制模块、输出级功率放大模块及增益衰减模块，所述前置放大模块对差分输入模拟音频信号进行放大并输出差分放大模拟音频信号，所述脉冲宽度调制模块对所述差分放大模拟音频信号进行脉冲宽度调制并输出两路PWM信号，所述输出级功率放大模块对所述两路PffM信号进行放大及滤波处理后输出，其特征在于，所述D类音频功率放大器还包括权利要求1至8任一项所述的失真检测电路； 当所述滤波处理输出的模拟音频信号发生失真时，所述失真检测电路输出所述失真指示信号，所述增益衰减模块根据所述失真指示信号输出相应的控制信号至所述前置放大模块，所述前置放大模块根据所述控制信号降低对所述差分输入模拟音频信号的放大幅度。10.一种D类音频功率放大芯片，其特征在于，所述D类音频功率放大芯片包括权利要求9所述的D类音频功率放大器。
【文档编号】H03F3/217GK105897190SQ201610260782
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】翟理, 余丹
【申请人】深圳市纳芯威科技有限公司