专利名称：用于汽车音响的ab类功率放大器设计中的声音质量改进的输入钳位结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及AB类功率放大器，并且更具体地涉及用于改进放大器的声音质量的输入钳位电路。
背景技术：
图1示出了用于AB类功率放大器的典型的输入钳位结构100。电路100包括参考电压生成器，该参考电压生成器的第一支路包括耦合到节点104的第一偏置电流11(通常在70微安和100微安之间)、串联耦合的二极管Dl、D2、D3和D4、以及电阻器Rl (通常约3K欧姆)。参考电压生成器的第二支路包括第二偏置电流12 (通常在70微安和100微安之间)、晶体管Q1，该晶体管Ql具有用于接收节点102处的12偏置电流的漏极、耦合到节点104的基极和耦合到电阻器R2(通常约30K欧姆)的发射极。节点104处的电压约为3.3伏。两个偏置电流还耦合到VDD，对于功率放大器而言VDD通常设置在约14.4伏。钳位电路还包括用于生成钳位输入电压PLAYl、PLAY2........PLAY4的四个NPN达林顿晶体管Q2/Q3、Q4/Q5、.......Q6/Q7。PLAYl节点通过电阻器R3和R4耦合到SVR节点。电阻器R3至RlO的值约为25K欧姆。SVR节点代表“电源电压抑制”，并且是设置为约VDD/4的内部参考节点。为了在集成电路的版图设计中更好地匹配和布线，示出了串联耦合的电阻器。类似地，PLAY2节点通过电阻器R5和R6耦合到SVR节点，并且PLAY4节点通过电阻器R7和R8耦合到SVR节点。ACGND节点通过电阻器R9和RlO耦合到SVR节点。注意到，电阻器R9和RlO的值是PLAY节点电阻器的值的四分之一。ACGND是对应于节点PLAYl至PLAY4的公共节点，如将在下面可见并且进一步详细描述的那样，因此这些电阻器必须是并联连接的四个电阻器。
在图2中，PLAYx和CMP_ACGNDx是去往放大器输入级的直接输入。在集成电路的版图中，星形点(尽管去往目的地的每个金属走线都在同一电位，但是这些金属走线必须来自同一点)自图2中的ACGND，并且Rshtjrt为布线金属电阻。电阻器Rl约为600欧姆，R1/4约为600欧姆除以四。注意到，图2所示的电阻器不同于图1所示的电阻器。在图2中，存在对应于四个输入节点的四个ACGND节点。四个ACGND节点(CMP_ACGND1、CMP_ACGND2、CMP_ACGND3 和 CMP_ACGND4)耦合到同一点(ACGND)，并且四个输入(PLAY1、PLAY2、PLAY3 和PLAY4)是独立的。图2所示的电容器表示与AB类放大器集成电路相结合使用的分立电容器。
图3中示出了集成电路的AB类放大器300，包括放大器对302、放大器对304、放大器对306、放大器对308和钳位电路310。输入连接和接地连接都如前面所描述的那样。在图3中，Rf电阻器通常为8K欧姆，Re电阻器通常为400欧姆。AB类放大器300示出在用于驱动扬声器的典型音频应用中。
尽管图3所示的放大器300实现了良好的性能水平，但其受限于非平衡的接地连接。期望的是一种具有完全分离且平衡的接地连接的AB类放大器，其具有最高的音响性能水平和最少量的失真。发明内容
根据本发明，一种用于汽车音响的AB类功率放大器新颖的输入钳位结构具有分成四个分立分支的ACGND节点。采用了相关的焊盘连接优化和版图约束来改进声音质量。
根据本发明，一种用于AB放大器的钳位电路包括:参考电压电路；多个NPN达林顿晶体管，具有耦合到参考电压电路的多个输入和用于提供多个钳位电压的多个输出；以及分裂型NPN达林顿晶体管，具有耦合到参考电压电路的输入和用于提供多个AC接地电压的多个输出。参考电压电路包括:第一支路，包括第一偏置电流、多个串联I禹合的二极管、和电阻器；以及第二支路，包括第二偏置电流、晶体管和电阻器。该钳位电路还包括:多个输入二极管，置于参考电压电路与多个达林顿晶体管之间；以及多个发射极电阻器，耦合到多个达林顿晶体管。钳位电路还进一步包括:输入二极管，置于参考电压电路和分裂型达林顿晶体管之间；以及发射极电阻器，耦合到分裂型达林顿晶体管。
根据本发明，AB放大器电路包括:多个AB放大器，每个AB放大器具有播放输入和接地输入；以及钳位电路，包括分别耦合到每个播放输入的多个播放输出和分别耦合到每个接地输入的多个分离且平衡的接地输出。
根据本发明，根据本发明的用于AB放大器的对应的钳位方法包括:向AB放大器提供第一输入钳位信号、第二输入钳位信号、第三输入钳位信号和第四输入钳位信号；以及向AB放大器提供对应的第一平衡且分离的AC接地信号、第二平衡且分离的AC接地信号、第三平衡且分离的AC接地信号和第四平衡且分离的AC接地信号。
图1是根据现有技术的用于AB类功率放大器的典型的输入偏置电路的示意图2是关于至AB类功率放大器的输入的进一步细节的示意图3是根据现有技术的AB类放大器和钳位电路的示意图4是根据本发明的用于AB类功率放大器的输入偏置电路的示意图5是关于至根据本发明的关于AB类放大器中的四个放大器桥的分离输入的进一步细节的示意图6是根据本发明的AB类放大器和钳位电路的示意图；以及
图7是根据本发明的AB类放大器和钳位电路的版图的平面图。
具体实施方式
根据本发明，在图4至图6中示出了钳位电路和并入了该钳位电路的AB类电路。ACGND节点被分成四个分离且平衡的分支。由于注入到ACGNDx的电流与PLAYx相同，所以SVR和ACGNDx之间的电阻器也变为与SVR和PLAYx之间的电阻器相同，使得PLAYx和ACGNDx完全平衡，并且在对应的版图中的匹配更好。
现在参照图4，钳位电路400包括如前面那样的参考电压电路和如前面那样的多个达林顿晶体管。先前的节点102、104和106在图4中重新标注为402、404和406。注意到，示出了分裂型NPN达林顿晶体管Q8、Q9、Q10、.......QlI，它们具有在节点406处耦合到参考电压电路的输入和用于提供多个AC接地电压ACGND1、ACGND2、......和ACGND4的多个输出。输入二极管D8置于参考电压电路与分裂型达林顿晶体管之间。钳位电路400包括耦合到分裂型达林顿晶体管的多个发射极电阻器R9/R10、R11/R12........R13/R14。图4所示的每个电阻器的值为25K欧姆。
图5示出了提供与电路焊盘的对应连接的电路502和504。电路502示出了信号输入连接，并且电路504示出了平衡且分离的接地连接。PLAYx_PIN节点、ACGND_PIN节点和SVR节点为外部焊盘连接，并且其余电路节点为内部的。图5的电路元件是在图6的AB放大器电路的环境中示出的。星形点来自版图中的ACGND的焊盘。从SVR到偏置电路的输入内部的电阻器的星形点也直接从SVR焊盘开始。CMP_ACGNDx节点去往AB放大器的接地输入，并且ACGNDx节点耦合到钳位电路。图5所示的电容器为在包括AB类放大器和钳位电路的集成电路外部的分立电容器。电阻器Rl与去往PLAYx节点的每个信号输入PLAYx_PIN和去往ACGNDx节点的每个接地连接ACGND_PIN相关联。
现在参照图6，示出了包括钳位电路600的AB类放大器电路。电路600包括AB类放大器602、604、606和608以及钳位电路610。每个AB类放大器包括如所示的四个内部电阻器。Rf和Re电阻器的值与图3所示现有技术的放大器中标示的相同。每个PLAYx_PIN包括外部电容器、串联电阻器Rl和耦合到对应AB类放大器的第一运算放大器的正向输入的PLAYx节点。ACGND_P IN包括外部电容器、四个串联电阻器R，该四个串联电阻器R继而耦合到CMP_ACGNDx节点和ACGNDx节点。CMP_ACGNDx节点耦合到对应AB类放大器的第二运算放大器的正向输入。ACGNDx节点由钳位电路610提供。SVR管脚包括外部电容器并且其耦合到内部SVR节点。SVR节点耦合到电阻器Ra，该电阻器Ra继而耦合到电阻器Rb和3Rb的中心抽头。电阻器Rb和3Rb耦合在VDD和接地之间。
在本发明中，使用了具有分离且完全平衡的接地连接的钳位电路来改进声音质量。版图优化也是很重要的。版图设计应当严格遵守规则来对放大器的每个输入进行匹配和平衡，并且应当始终履行通用版图准则。
现在参照图7，示出了根据本发明的集成电路的版图700。示出了 SVR管脚、PLAY1_PIN管脚、PLAY2_PIN管脚、PLAY3_PIN管脚、PLAY4_PIN管脚和ACGND_PIN管脚。输入晶体管702和704对应于接收PLAY2电压和CMP_ACGND2电压的输入差分对，输入晶体管706和708对应于接收PLAY4电压和CMP_ACGND4电压的输入差分对，输入晶体管710和712对应于接收PLAYl电压和CMP_ACGND1电压的输入差分对，输入晶体管714和716对应于接收PLAY3电压和CMP_ACGND3电压的输入差分对。版图700还包括与晶体管Q3和Q7对应的钳位晶体管720和722、与晶体管Q5和Q9对应的钳位晶体管724和726、与晶体管Q7和010对应的钳位晶体管728和730以及与用于对PLAY3电压和ACGND3电压进行钳位的晶体管(未示出)对应的钳位晶体管732和734。图7中还示出的是过孔744和接触746，该过孔744将第一金属层级736与第二金属层级738稱合,该接触746将电阻器与第一金属层级736耦合。图7所示的P体电阻器对应于电阻器R3至R12(图的左侧)和电阻器Rl (图的中心)。图7中的所有管脚都由第三金属层级742提供。
重点注意的是，图7的版图中所示的所有信号输入和接地连接都是分离的且平衡的。在根据本发明提供平衡的信号和接地连接的情况下，图7所示的版图700的其它变体当然是可能的。由于本发明的平衡的版图和设计，AB类放大器电路将提供更加改进的声音质量。
总之,用于AB放大器的钳位方法包括向AB放大器提供第一输入钳位信号、第二输入钳位信号、第三输入钳位信号和第四输入钳位信号以及向AB放大器提供对应的第一分离且平衡的AC接地信号、第二分离且平衡的AC接地信号、第三分离且平衡的AC接地信号和第四分离且平衡的AC接地信号。
因此，本领域技术人员将明白，可以在不脱离本发明的精神实质或范围的情况下对本发明进行各种修改和变体。因而，旨在于使本发明覆盖本发明的这些修改和变体，只要这些修改和变体落入所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种钳位电路，包括: 参考电压电路； 多个达林顿晶体管，具有耦合到所述参考电压电路的多个输入和用于提供多个钳位电压的多个输出；以及 分裂型达林顿晶体管，具有耦合到所述参考电压电路的输入和用于提供多个AC接地电压的多个输出。
2.根据权利要求1所述的钳位电路，其中所述参考电压电路包括第一支路，所述第一支路包括第一偏置电流、多个串联耦合的二极管、以及电阻器。
3.根据权利要求2所述的钳位电路，其中所述参考电压电路包括第二支路，所述第二支路包括第二偏置电流、晶体管和电阻器。
4.根据权利要求1所述的钳位电路,其中所述多个达林顿晶体管包括多个NPN达林顿晶体管。
5.根据权利要求1所述的钳位电路，还包括:多个输入二极管，置于所述参考电压电路与所述多个达林顿晶体管之间。
6.根据权利要求1所述的钳位电路，还包括:多个发射极电阻器，耦合到所述多个达林顿晶体管。
7.根据权利要求1所述的钳位电路，其中所述分裂型达林顿晶体管包括NPN分裂型达林顿晶体管。
8.根据权利要求1所述的钳位电路，还包括:输入二极管，置于所述参考电压电路和所述分裂型达林顿晶体管之间。
9.根据权利要求1所述的钳位电路，还包括:多个发射极电阻器，耦合到所述分裂型达林顿晶体管。
10.一种用于AB放大器的钳位方法，包括: 向所述AB放大器提供第一输入钳位信号、第二输入钳位信号、第三输入钳位信号和第四输入钳位信号；以及 向所述AB放大器提供对应的第一 AC接 地信号、第二 AC接地信号、第三AC接地信号和第四AC接地信号。
11.一种AB放大器电路,包括: 多个AB放大器,每个AB放大器具有播放输入和接地输入； 钳位电路，包括分别耦合到每个播放输入的多个播放输出，以及分别耦合到每个接地输入的多个分离且平衡的接地输出。
12.根据权利要求11所述的AB放大器电路，其中所述钳位电路包括参考电压电路。
13.根据权利要求12所述的AB放大器电路，其中所述钳位电路还包括:多个达林顿晶体管，具有耦合到所述参考电压电路的多个输入和用于提供多个钳位电压的多个输出。
14.根据权利要求13所述的AB放大器电路，其中所述钳位电路还包括:分裂型达林顿晶体管，具有耦合到所述参考电压电路的输入和用于提供多个AC接地电压的多个输出。
15.根据权利要求12所述的AB放大器电路，其中所述参考电压电路包括第一支路，所述第一支路包括第一偏置电流、多个串联耦合的二极管、以及电阻器。
16.根据权利要求15所述的AB放大器电路，其中所述参考电压电路包括第二支路，所述第二支路包括第二偏置电流、晶体管和电阻器。
17.根据权利要求13所述的AB放大器电路，其中所述多个达林顿晶体管包括多个NPN达林顿晶体管。
18.根据权利要求13所述的AB放大器电路，还包括:多个发射极电阻器，耦合到所述多个达林顿晶体管。
19.根据权利要求14所述的AB放大器电路，其中所述分裂型达林顿晶体管包括NPN分裂型达林顿晶体管。
20.根据权利要求14所述的AB放大器电路，还包括:多个发射极电阻器，耦合到所述分裂型达林顿晶体管。
21.一种用于AB放大器电路的钳位方法，包括: 提供多个AB放大器； 向所述AB放大器提供第一输入钳位信号、第二输入钳位信号、第三输入钳位信号和第四输入钳位信号；以及 向所述AB放大器提供对应的第一分离且平衡的AC接地信号、第二分离且平衡的AC接地信号、第三分离且平衡 的AC接地信号和第四分离且平衡的AC接地信号。
全文摘要
提供了一种用于汽车音响的AB类功率放大器设计中的声音质量改进的输入钳位结构。一种用于AB类放大器的钳位电路，包括参考电压电路、四个NPN达林顿晶体管、以及分裂型NPN达林顿晶体管，该四个NPN达林顿晶体管具有耦合到参考电压电路的输入和用于提供四个钳位电压的输出，该分裂型NPN达林顿晶体管具有耦合到参考电压电路的输入和用于提供四个AC接地电压的四个分离输出。
文档编号H03F1/26GK103187930SQ20111046147
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者杨梅, 汪月花, 张键, 文剑, 李祥生 申请人:意法半导体研发(深圳)有限公司