用于数字音频d类功放的谐波失真校正方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于数字音频D类功放的谐波失真校正方法，用于解决现有谐波失真校正方法难以兼顾低计算复杂度和低谐波失真的技术问题。技术方案是首先通过对四个相邻输入采样点利用三阶拉格朗日插值法逼近输入原波形得到其近似波形函数，再利用该近似波形函数求得在当前采样周期内均匀分布的9个输入逼近点，然后通过判断伪自然采样点位于哪两个相邻逼近点之间，求载波与该两相邻逼近点一阶拉格朗日插值后的交点，最终得到当前伪自然采样点的幅值并输出，使该伪自然采样点在进行UPWM时可以消除UPWM引入的谐波失真。本发明方法实现了在计算复杂度较低的同时，校正数字音频D类功放UPWM引起的谐波失真。
【专利说明】用于数字音频D类功放的谐波失真校正方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种谐波失真校正方法，特别是涉及一种用于数字音频D类功放的谐波失真校正方法。
【背景技术】
[0002]由于让功率级的大功率晶体管工作在开关状态，数字音频D类功放相比A类、B类和AB类线性音频功放具有更为显著的电源效率，其电源效率理论上可达100%，通常在85%以上，从而备受关注。数字音频D类功放由数字插值滤波器、sigma-delta调制器、UPWM(Uniform sampled Pulse Width Modulation,均匀采样脉冲宽度调制)发生器、功率级和模拟低通滤波器构成。数字音频D类功放除了功率级和模拟低通滤波器，其它部分都由数字电路实现，从而便于与数字音频信号源接口匹配和系统移植。
[0003]由于UPWM是一种非线性的调制方法，数字音频信号在经过UPWM发生器时会产生较大的谐波失真，所以为了实现高保真度的数字音频D类功放，需对UWPM产生的谐波失真进行校正。
[0004]参照图1。单边后沿 NPWM(Natural sampled Pulse Width Modulation,自然米样脉冲宽度调制)和UPWM的调制过程如图1所示。图1中，x(t)为输入信号，t e R，(nT, χη)和((η+1)Τ，χη+1)为x(t)经过以采样频率f。采样后的任意相邻两点，n e Z，c(t)为载波。假定载波频率为f。，输入信号为频率是fx的正弦信号。由图1可知，在时间段[nT，(η+1)Τ]内，NPWM信号的脉冲宽度由x(t)与c (t)的交点(tNS，xNS)(自然采样点)决定，而UPWM信号的脉冲宽度由工^^与c(t)的交点(tus，xus)(均匀采样点)决定。由于NPWM信号不含输入信号的谐波成分，所以其信号保真度优于UPWM信号。但由附图1可知，由于数字音频D类功放的输入信号为数字信号，所以数字音频D类功放只能使用UPWM。因此，数字音频D类功放可运用谐波失真校正方法对其UPWM前的信号进行预处理，在每个载波周期内得到近似于自然采样点的伪自然采样点，使其输出的UPWM信号在时域上逼近NPWM信号，从而消除UPWM信号的输入信号谐波成分。
[0005]目前已经公开发表的用于数字音频D类功放的谐波失真校正方法主要有:一阶 LAG-1 (LAGrange Interpolation,拉格朗日插值)方法(Gwee B H, Chang J S，andAdrian V.A micropower low-distortion digital class—d amplifier based ona algorithmic pulsewidth modulator [J].1EEE Transactions on Circuits andSystems-1 Regular Papers, 2005, 52 (10): 2007-2022.)，δ C (Compensation，补偿)方法(Gwee B H，Chang J S，and Li H Y.A micropower low-distortion digital pulsewidthmodulator for a digital class d amplifier[J].1EEE Transactions on Circuits andSystems-1I Analog and Digital Signal Processing，2002，49(4):245-256.)，LAG-NR方法(Goldberg J M，and Sandler M B.New high accuracy pulse width modulationbased digital-to-analogue convertor/power amplifier[C].Proceedings of the IEECircuits, Devices and Systems，London，1994:315-324.) 和 ILI (Iterative LinearInterpolation,迭代线性内插)方法(郑杰，王京梅，李莉，等.基于ILI算法的数字D类放大器调制模块[J].电路与系统学报，2012，17(5):26-30.)等。一阶LAG-1方法通过对相邻输入两点进行一阶拉格朗日插值逼近输入信号原波形，然后求逼近后的波形与载波的交点作为伪自然采样点，由于逼近精度较差，对输出信号的谐波失真改善较小；S C方法利用几何方法近似求出当前均匀采样点幅值相对其自然采样点幅值的差值I然后把S补偿到当前均匀采样点幅值上使最终得到的UPWM信号逼近NPWM信号，由于每个δ的计算只用到两个输入点，同样谐波校正效果较差；LAG-NR方法用高阶拉格朗日插值法逼近输入信号原波形，再利用Newton-Raphson算法经过单次迭代寻找伪自然采样点，从而使输出可获得较低的谐波失真，但其含较多的乘法和除法运算，计算复杂度较高；ILI方法通过对输入2倍插值滤波和利用二阶拉格朗日插值法迭代寻找伪自然采样点校正输出信号的谐波失真，由于其在计算伪自然采样点时使用的非相邻输入点信息较少，使输出仍留有一定的谐波成分。
【发明内容】
[0006]为了克服现有谐波失真校正方法难以兼顾低计算复杂度和低谐波失真的不足，本发明提供一种用于数字音频D类功放的谐波失真校正方法。该方法首先通过对四个相邻输入采样点利用三阶拉格朗日插值法逼近输入原波形得到其近似波形函数，再利用该近似波形函数求得在当前采样周期内均匀分布输入逼近点，然后通过判断伪自然采样点位于哪两个相邻逼近点之间，求载波与该两相邻逼近点一阶拉格朗日插值后的交点，最终得到当前伪自然采样点的幅值并输出，使该伪自然采样点在进行UPWM时可以消除UPWM弓丨入的谐波失真。在伪自然采样点幅值的求取过程中，对涉及到的一次除法运算利用三阶麦克劳林级数逼近以减少计算复杂度。本发明可在计算复杂度较低的同时，校正数字音频D类功放UPWM引起的谐波失真。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种用于数字音频D类功放的谐波失真校正方法，其特点是采用以下步骤:
[0008]第一步:对含有当前采样点的四个相邻输入信号采样点利用三阶拉格朗日插值多项式逼近输入信号原波形，得到输入信号的近似波形函数；
[0009]第二步:利用第一步所得的输入信号的近似波形函数，求得在当前采样周期内均勻分布的9个输入信号逼近点；
[0010]第三步:利用第二步所得的9个输入信号逼近点，通过伪自然采样点位置判断法，判断在当前采样周期内伪自然采样点位于哪两个相邻逼近点之间；
[0011]第四步:通过求载波与该两个相邻逼近点一阶拉格朗日插值后的交点得到并输出当前伪自然采样点的幅值。
[0012]本发明的有益效果是:该方法首先通过对四个相邻输入采样点利用三阶拉格朗日插值法逼近输入原波形得到其近似波形函数，再利用该近似波形函数求得在当前采样周期内均匀分布的9个输入逼近点，然后通过判断伪自然采样点位于哪两个相邻逼近点之间，求载波与该两相邻逼近点一阶拉格朗日插值后的交点，最终得到当前伪自然采样点的幅值并输出，使该伪自然采样点在进行UPWM时可以消除UPWM引入的谐波失真。在伪自然采样点幅值的求取过程中，对涉及到的一次除法运算利用三阶麦克劳林级数逼近以减少计算复杂度。本发明可在计算复杂度较低的同时，校正数字音频D类功放UPWM引起的谐波失真。
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是【背景技术】单边后沿NPWM和UPWM的调制过程示意图；
[0015]图2是本发明实施例的谐波失真校正方法示意图；
[0016]图3是本发明实施例的数字音频D类功放结构示意图；
[0017]图4是本发明实施例的测试系统示意图；
[0018]图5是图4的测试系统在谐波失真校正模块不使能时UPWM发生器的输出频谱；
[0019]图6是图4的测试系统在谐波失真校正模块使能时UPWM发生器的输出频谱；
[0020]图7是图4的测试系统在谐波失真校正模块使能时UPWM发生器输出THD随输入正弦测试信号频率变化的测试结果。
【具体实施方式】
[0021]参照图2-7。本发明用于数字音频D类功放的谐波失真校正方法具体步骤如下:
[0022]假设((n-l)T,Xn^1), (nT, χη), ((η+1) Τ, χη+1)和((η+2) Τ, χη+2)为输入信号 x(t)以采样频率f。采样后的4个相邻点，n e Z，对此4点利用三阶拉格朗日插值多项式LI3(t)逼近x(t)，得:
[0023]
【权利要求】
1.一种用于数字音频D类功放的谐波失真校正方法，其特征在于包括以下步骤:第一步:对含有当前采样点的四个相邻输入信号采样点利用三阶拉格朗日插值多项式逼近输入信号原波形，得到输入信号的近似波形函数； 第二步:利用第一步所得的输入信号的近似波形函数，求得在当前采样周期内均匀分布的9个输入信号逼近点； 第三步:利用第二步所得的9个输入信号逼近点，通过伪自然采样点位置判断法，判断在当前采样周期内伪自然采样点位于哪两个相邻逼近点之间； 第四步:通过求载波与该两个相邻逼近点一阶拉格朗日插值后的交点得到并输出当前伪自然采样点的幅值。
【文档编号】H03F3/217GK103888091SQ201410101235
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】于泽琦, 樊养余, 史龙飞, 袁永金, 吕国云 申请人:西北工业大学