专利名称：分段线性转换方法
技术领域：
本发明是有关一种信号处理方法，特别是关于一种功放电路中的信号分段线性转
换方法。
背景技术：
传统的音频功率放大器大多为AB类。最近由于集成电路的发展及高转换效率的 需求，D类功率放大器乃日益发展。D类功率放大器的功率转换效率依使用条件的不同，是 约为AB类的3 5倍，但以目前的技术，D类功率放大器的失真率(THD :Total Harmonic Distortion)大于AB类。当功率放大器的输出信号达到饱和时，亦即输出尖峰电压达到供 电电压时，失真率即随着输出信号的上升而快速上升。本发明即在于处理大信号时的失真 率，使得在同一输出功率时可有较小的失真率，或在同一失真率时，可有较大的输出功率。
请参阅图1，此为先前技术的装置电路示意图，先前技术利用一比较器5接收三
角波信号与参考信号，并将参考信号转换以输出一脉波宽度调变信号。此三角波信号波形 仅具二种斜率，利用此电路图，可观察三角波信号、参考信号与脉波宽度调变信号的波形变 化，而信号波形的电压(V)与时间(t)关系图如图2(a)至图2(e)所示。
以下的参考信号是以模拟信号为例，首先参阅图2(a)与图2(b)，当模拟信号的电 压值正好为三角波信号的平均值时，如图2(a)的电压V。，则脉波宽度调变信号的责任周期 (duty cycle)就等于50%。接着参阅图2(a)与第2(c)图，当模拟信号的电压值提升至 三角波信号的峰值电压K时，脉波宽度调变信号的责任周期会几乎变成100%。所以当模 拟信号由^变化至^时，责任周期则线性地从50%增加到100%。接着参阅图2(a)与图 2 (d)，若再将模拟信号的电压值提升至V2，也就是大于三角波信号的峰值电压时，则脉波宽 度调变信号的责任周期就等于100%。由于脉波宽度调变信号无法表达模拟信号的电压而 维持在100%，此时若从脉波宽度调变信号转回模拟信号，就会发现转换后的模拟信号已经 饱和而出现严重失真了。继续参阅图2(a)与图2(e)，若模拟信号的电压值降低至V3，也就 是小于三角波信号的彼谷电压时，则脉波宽度调变信号的责任周期就等于0%。由于脉波宽 度调变信号无法表达模拟信号的电压而维持在0% ，此时若从脉波宽度调变信号转回模拟 信号，就会发现转换后的模拟信号也已经饱和而出现严重失真。由上可知当模拟信号电压 介于三角波的波峰及波谷之间时，脉波宽度调变信号可以忠实表达模拟信号的电压值。但 模拟信号的电压高于三角波的波峰电压或低于三角波的波谷电压时，脉波宽度调变信号无 法表达模拟信号电压的变化而造成失真度的快速上升。 因此，本发明是在针对上述的困扰，提出一种分段线性转换方法，其是可改善现有 缺点。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种分段线性转换方法，其是依据三角波信号在不同 电压区间定义不同斜率而转换信号以输出一脉波宽度调变信号，此方法可使一般D类功率放大器在进行数字信号转换时，降低饱和信号的失真度。 为达到上述的目的，本发明提供一种分段线性转换方法，其是首先利用一比较器 接收一分段线性三角波信号与一参考信号，此分段线性三角波信号为具有至少三段不同斜 率的波形。接着依据此三角波信号与参考信号交错的电压点以及不同的三角波斜率，将参 考信号进行脉波宽度调变转换，以输出一脉波宽度调变信号。 本发明的有益效果在于可使一般D类功率放大器在进行讯号信号转换时，降低 信号失真度。 为使对本发明的结构特征及所达成的功效更有进一步的了解与认识，谨佐以较佳 的实施例图及配合详细的说明，说明如后
图1为先前技术的装置电路示意图； 图2(a)为先前技术的三角波信号与模拟信号的波形示意图； 图2(b)至第2(e)图为先前技术的脉波宽度调变信号的波形示意图； 图3为本发明的装置电路示意图； 图4(a)为本发明的分段线性三角波信号与模拟信号的波形示意图；
图4(b)至图4(e)为本发明的脉波宽度调变信号的波形示意图；
图5为本发明的实验装置电路示意图； 图6至图8为先前技术与本发明的实验结果的信号波形示意图； 图9为本发明的经过分段线性转换处理且滤波之后的弦波信号的细部放大波形
示意图； 图10为本发明的原弦波信号、分段线性三角波信号、脉波宽度调变信号、滤波之
后的弦波信号的波形图。
附图标记说明 5-比较器；10-比较器；12-低通滤波器。
具体实施例方式
请参阅图3，本发明是利用一比较器10的负输入端接收一分段线性三角波信号， 正输入端接收一参考信号，参考信号可为弦波信号或其它模拟信号，且分段线性三角波信 号的每一个三角波为具有至少三段不同斜率的波形，如图4(a)所绘制的三角波波形图，是 具有六段斜率的波形。接着依据此三角波信号与参考信号交错的电压点，以及三角波信号 的斜率变化，将参考信号进行脉波宽度调变转换以输出一脉波宽度调变信号。
以下的参考信号是以模拟信号为例，首先参阅图4(a)与图4(b)，此为信号波形的 电压(V)与时间(t)关系图；图4(a)的三角波信号除了具有六段斜率的波形外，且其接近 波峰或波谷处的斜率，其绝对值是大于其余处的斜率，点a、 b、 c、 d是代表斜率变化的电压 点。在三角波信号的每一个三角波中，当介于三角波信号与模拟信号交错的两个时间点之 间的时间区间为三角波信号的半个周期(T/2)，也就是模拟信号电压为^时，脉波宽度调变 信号的责任周期为50%。 接着参阅图4(a)与图4(c)，在三角波信号，当介于三角波信号与模拟信号交错的两个时间点之间的时间区间小于三角波信号的半个周期，也就是模拟信号电压为、时，脉 波宽度调变信号的责任周期大于50%。 继续参阅图4(a)与图4(d)，在三角波信号中，当介于三角波信号与模拟信号交错 的两个时间点之间的时间区间大于三角波信号的半个周期，也就是模拟信号电压为V3时， 脉波宽度调变信号的责任周期小于50%。 由上述可知，脉波宽度调变信号的责任周期会随着介于三角波信号与模拟信号交 错的两个时间点之间的时间区间多寡而改变。且在同一斜率区间，脉波宽度的调变幅度随 着模拟信号的电压成线性变化。 请继续参阅图4 (a)与图4 (e)，当模拟信号电压为V4时，此电压已进入较高斜率区 且其电压值尚未大于三角波信号的电压峰值，在此电压区间由于三角波的斜率较大，脉波 宽度随着模拟信号电压变化的幅度较小。由上述的结论可知，脉波宽度调变信号的脉波宽 度的变化幅度是依参考信号的电压而有不同，当参考信号的电压较高而处于分段线性三角 波的高斜率区时，脉波宽度调变信号的脉波宽度对参考信号的调变幅度较小；当参考信号 的电压较低而处于分段线性三角波的高斜率区时，则脉波宽度调变信号的脉波宽度对参考 信号的调变幅度亦较小。另在此时脉波宽度调变信号不会完全是高准位输出。亦即脉波宽 度调变信号仍可随着模拟电压的变化而变化，而非停滞在饱和区。因为图4(e)中的时脉信 号所对应的模拟信号电压V4，与图2 (a)中的模拟信号电压K是相等的，反观先前技术所对 应的脉波宽度调变信号的责任周期几乎变成l，换句话说，此模拟信号的电压值对于本发明 的分段线性三角波信号而言，其接近波峰处高斜率的波形变化，会使时脉信号的责任周期 不致太快变成l，此种现象，对于本发明的三角波信号另一端的接近波谷处也会有类似的情 形发生。 请继续参阅图5，以下的参考信号以一原弦波信号为例，本发明是利用一比较转换 器10接收一分段线性三角波信号与一原弦波信号，以输出一脉波宽度调变信号，为了要察 看转换后的原弦波信号，此脉波宽度调变信号乃经过低通滤波器12将不要的信号滤掉，就 可以得到一滤波之后的弦波信号。 三角波信号、原弦波信号、滤波之后的弦波信号的波形如图6至图8所示，首先参 阅图6，此三角波信号仅具两种斜率，而原弦波信号是以一正常振幅输入，也就是其振幅尚 未超过三角波的上下限电压，则输出且滤波之后的弦波信号也是以一正常振幅输出，没有失真。 接着参阅图7，此三角波信号亦仅具两种斜率，而原弦波信号的振幅以超过额定上 下限电压的方式输入，则输出且滤波之后的弦波信号的尖峰处被电压l及零电压截掉，造 成严重失真。 最后参阅图8，此三角波信号具六种斜率，且其接近三角波的上下限电压的斜率是
大于其余处的斜率，而原弦波信号的振幅以超过额定上下限电压的方式输入，输出且滤波
后的弦波信号的上下尖峰处有一些被截掉，但在靠近截掉处的波形形状与图7不同。此一
滤波之后的弦波信号上标有四点f、g、h、i，若仅察看信号的正半周期，可以发现波形自电压
Vcc/2逐渐上升，当超过点f时，波形上升速度变得较为缓慢，此变化就是因应三角波信号斜
率变化而产生的，反之在滤波之后的弦波信号的负半周期也会有同样的情形。 请参阅图9，实线波形为图8中的滤波之后的弦波信号上半部的放大示意图，虚线波形为图7中的滤波之后的弦波信号上半部的放大示意图，由此比较可知，在点f、 g与峰 值处之间的波形，虚线波形上升较快；而实线波形上升较慢，由于输出功率与波形面积成正 比，故实线波形有比较大的输出功率。以图9而言，此两波形在峰值被电压V^及零电压截 掉为主要失真来源，但分段线性转换的输出功率较未经过分段线性转换的输出功率为大。
请参阅图IO，此图为利用图5的装置电路所实验出的波形图，由上而下依序为原 弦波信号、分段线性三角波信号、脉波宽度调变信号、与滤波之后的弦波信号的波形图；此 三角波信号有四个不同斜率区且在接近峰值处的波形斜率较大，因此滤波之后的弦波信号 在接近峰值处的波形变化较为平缓以减少信号被截掉的情形而降低高阶谐波，亦即改善失 真现象。此结果可降低在失真状态下声音对耳朵产生的不舒适感觉。本发明可应用在一般 D类功率放大器。 综上所述，本发明可使一般D类功率放大器在进行信号转换时，可降低信号失真 度。 以上所述，仅为本发明一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，故举 凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括 于本发明的权利要求范围内。
权利要求
一种分段线性转换方法，其特征在于，包含下列步骤接收一分段线性三角波信号与一参考信号，该分段线性三角波信号具有至少三段不同斜率的波形；以及依据该分段线性三角波信号与该参考信号交错的电压点，和该分段线性三角波信号斜率的变化，将该参考信号进行模拟对脉波宽的转换并输出一脉波宽度调变信号。
2. 根据权利要求1所述的分段线性转换方法，其特征在于，该分段线性三角波信号的每一个三角波的波形中，接近波峰或波谷处的斜率，其绝对值是大于其余处的斜率。
3. 根据权利要求1所述的分段线性转换方法，其特征在于，该参考信号为弦波信号或恒值模拟信号。
4. 根据权利要求1所述的分段线性转换方法，其特征在于，该分段线性三角波信号与该参考信号是由 一 比较器接收后，输出该脉波宽度调变信号。
5. 根据权利要求1所述的分段线性转换方法，其特征在于，在该分段线性三角波信号的每一该三角波中，当介于该分段线性三角波信号与该参考信号交错的两个时间点之间的时间区间为该三角波信号的半个周期时，则该时脉信号的责任周期为百分之五十。
6. 根据权利要求1所述的分段线性转换方法，其特征在于，该脉波宽度调变信号的脉波宽度随该参考信号的电压高低而改变。
7. 根据权利要求6所述的分段线性转换方法，其特征在于，该脉波宽度调变信号的脉波宽度的变化幅度依该参考信号的电压区间而有不同。
8. 根据权利要求7所述的分段线性转换方法，其特征在于，该参考信号的电压区间愈高，则该脉波宽度调变信号的脉波宽度对该参考信号的调变幅度较小。
9. 根据权利要求7所述的分段线性转换方法，其特征在于，该参考信号的电压区间愈低，则该脉波宽度调变信号的脉波宽度对该参考信号的调变幅度较小。
全文摘要
本发明是揭露一种分段线性转换方法，首先利用一比较器接收一分段线性三角波信号与一参考信号，此分段线性三角波信号为具有至少三段不同斜率的波形，接着依据此三角波信号与参考信号交错的电压点，以及三角波信号斜率的变化，将参考信号进行转换以输出一脉波宽度调变信号，本发明可使一般D类功率放大器在进行数位信号转换时，降低饱和信号的失真度。
文档编号H03F1/32GK101729025SQ20081017153
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月17日 优先权日2008年10月17日
发明者戴枝德 申请人:震一科技股份有限公司