本公开涉及信号调制。更具体地，本公开的部分涉及具有减小的噪声的脉冲宽度调制(pwm)。
背景技术：
信息可以用很多方式被表示为信号。一种这样的方式是调制，其中通过改变载波信号的特性来对信息编码。调制的一个示例是在am无线电装置中采用的振幅调制(am)。在am无线电信号中，在固定频率下的信号的振幅根据待传送的信息随着时间而改变。调制的另一示例是脉冲宽度调制(pwm)。脉冲宽度调制(pwm)在电子设备和通讯(例如移动电话)中被频繁地使用，以将信息从一个点传输到另一点，而不管是跨过电路板还是跨过数公里的无线电波。脉冲宽度调制(pwm)将数据编码为脉动信号中的一系列脉冲。脉冲由电路例如图1所示的电路产生。
图1是示出常规脉冲宽度调制器的电路示意图。调制器110可以包括分别耦合到正电源和负电源的开关116和118。开关116和118可以被配置为当耦合到节点112时驱动输出节点102而当耦合到节点114时不驱动输出节点102。被供应到开关116和118的控制信号ctrl1和ctrl2可以将开关116和118耦合到节点112以在输出节点102处产生脉冲。例如，可以通过将在图2a中所示的控制信号施加到图1的开关116和118来产生平均零输出。第一控制信号ctrl1202和第二控制信号ctrl2204可以在时间212是高的以将开关116耦合到节点112并将开关118耦合到节点114。在时间214，开关116和118反转，使得开关116耦合到节点114并且开关118耦合到节点112。作为另一示例，通过将在图2b中所示的控制信号施加到图1的开关116和118来产生平均正输出。第一控制信号ctrl1206可以在时间212变高，接着是在时间216的第二控制信号ctrl2208。现在，在输出节点102处的输出是来自开关116和118的驱动的强度的平均值，但被每个开关耦合到节点112时的时间的量加权。当来自开关116和118的驱动是相等时，在输出节点102处的输出是在时间212和时间214之间的正脉冲，因为在控制信号ctrl2使开关118耦合到节点112时的较长持续时间期间第一控制信号ctrl1使开关116耦合到节点112。
在上面关于图1所述的脉冲宽度调制(pwm)技术中，在输出节点102处的输出不是完美的信号。噪声由开关116和118的电源产生，并且噪声变成在输出节点102处的输出的部分。由开关116和118引入的一种类型的噪声是热噪声。热噪声是在节点112的驱动中的变化，其作为在开关116和118的电源内的热波动的结果而产生。热波动可能是由于环境变化或通过操作电源而产生的热所引起的。在上面所述的常规脉冲宽度调制(pwm)技术中，热噪声总是存在于输出信号中，因为开关112和118从来不都耦合到节点114。替代地，开关116和118的其中之一总是驱动输出节点102。
当电子器件继续进步时，由设备消耗的总功率减小，从而导致关于噪声的大问题。功率消耗减小常常是由于电子器件的供电电压的幅度减小而产生的，这是晶体管(其为电子器件的标准部件)的缩小所需要的。噪声(例如在电源中的热噪声)的源连同功率消耗一起不一定会减小。因此，当功率消耗减小时，噪声对输出信号的相对贡献增加。因为很多应用需要足够的信噪比(snr)，所以当信号水平小时，由电源引入的噪声是个问题。
在这里提到的缺点仅仅是代表性的，并且被包括仅是为了强调对改进的电气部件(特别是对在消费者级器件(例如智能电话)中采用的脉冲宽度调制而言)存在的需要。本文所述的实施例处理了某些缺点，但不一定是本文所述或在本领域中已知的每个缺点。
技术实现要素：
可以通过改变开关驱动输出节点的持续时间来减小在脉冲宽度调制器(pwm)的输出信号中引入的噪声。因为耦合到开关的电源是在pwm的输出信号中的噪声的源，电源驱动输出的持续时间可以减小以得到在输出信号中的噪声的随后减小。例如，当希望小信号由pwm输出时，可以在较短的持续时间期间操作开关。因此，开关在一个周期的持续时间期间将噪声源耦合到地以减小噪声对输出的贡献。这个开关技术可以在一个实施例中被实施为对开关的小于50％的占空比。但当希望较大的信号由pwm输出时，可以在较长的持续时间或上面所述的常规持续时间期间操作开关。
根据一个实施例，装置可以包括输出节点；用于在正方向上驱动输出节点的第一源；耦合到第一源和输出节点的第一开关，其中第一开关被配置为使得：当被连接成第一相时在正方向上驱动输出节点并贡献噪声，并且当被连接成第二相时不对输出噪声做贡献或在任何方向上驱动输出节点；用于在负方向上驱动输出节点的第二源；耦合到第二源和输出节点的第二开关，其中第二开关被配置为使得当被连接成第三相时在负方向上驱动输出节点并贡献噪声，并且当被连接成第四相时不对输出噪声做贡献或在任何方向上驱动输出节点；和/或耦合到第一开关并耦合到第二开关的控制器。控制器可以被配置为执行步骤，其包括接收参考信号；操作第一开关和第二开关以在输出节点处产生参考信号的脉冲宽度调制(pwm)表示；和/或至少部分地基于在输出节点处的期望输出的包络水平来调节第一开关和第二开关耦合到输出节点的持续时间。
在某些实施例中，控制器可以被配置为执行步骤，其包括：与包络水平成比例地调节第一开关和第二开关耦合到输出节点的持续时间；在第一模式中，在第一持续时间内将第一开关和第二开关耦合到输出节点；在第二模式中，在比第一持续时间短的第二持续时间内将第一开关和第二开关耦合到输出节点；至少部分地基于包络水平来在第一模式和第二模式之间切换；当包络水平是在总标度以下至少10分贝时从第一模式切换到第二模式；至少部分地基于参考信号的振幅来调节持续时间；至少部分地基于期望音量水平(volumelevel)来调节持续时间；在比第二开关长的持续时间内操作第一开关以产生脉冲；和/或以低于50％的占空比将第一开关和第二开关耦合到输出节点。
在某些实施例中，第一源可以比第二源更强，并且控制器可以被配置为在比第二开关长的持续时间内操作第一开关以在输出节点处产生正脉冲。
根据另一实施例，方法可以包括由控制器接收参考信号；由控制器操作脉冲宽度调制器的第一开关和第二开关以在输出节点处产生参考信号的脉冲宽度调制(pwm)表示，其中第一开关在第一相中操作以在正方向上驱动输出节点并贡献噪声并且在第二相中操作以不对输出噪声做贡献或在任何方向上驱动输出节点，并且其中第二开关在第三相中操作以在负方向上驱动输出节点并贡献噪声并且在第四相中操作以不对输出噪声做贡献或在任何方向上驱动输出节点；和/或至少部分地基于期望输出信号的包络水平由控制器来调节第一开关和第二开关耦合到输出节点的持续时间。
在某些实施例中，调节持续时间的步骤可以包括与包络水平成比例地调节持续时间；调节持续时间的步骤可以包括对于包络水平的第一范围，在第一持续时间内将第一开关和第二开关耦合到输出节点；调节持续时间的步骤可以包括对于包络水平的第二范围，在比第一持续时间短的第二持续时间内将第一开关和第二开关耦合到输出节点；调节持续时间的步骤可以包括当包络水平是在总标度以下至少10分贝时从第一持续时间切换到第二持续时间；调节持续时间的步骤可以至少部分地基于参考信号的振幅；和/或调节持续时间的步骤可以至少部分地基于期望增益水平。
根据另一实施例，装置可以包括被配置为至少通过使第一开关切换到输出节点和从输出节点切换开并通过使第二开关切换到输出节点和从输出节点切换开来控制脉冲宽度调制器以在输出节点处产生参考信号的脉冲宽度调制(pwm)表示的脉冲宽度调制控制器，其中第一开关在第一相中操作以在正方向上驱动输出节点并贡献噪声，并且在第二相中操作以不对输出噪声做贡献或在任何方向上驱动输出节点，其中第二开关在第三相中操作以在负方向上驱动输出节点并贡献噪声，并且在第四相中操作以不对输出噪声做贡献或在任何方向上驱动输出节点，并且其中脉冲宽度调制控制器被配置为至少部分地基于在输出节点处的期望输出信号的包络水平来调节第一开关和第二开关都耦合到输出节点的周期内的持续时间。
在某些实施例中，控制器可以被配置为与包络水平成比例地调节持续时间；控制器被配置为通过对于包络水平的第一范围在第一持续时间内将第一开关和第二开关耦合到输出节点来调节持续时间；控制器可以被配置为通过对于包络水平的第二范围在比第一持续时间短的第二持续时间内将第一开关和第二开关耦合到输出节点来调节持续时间；控制器可以被配置为当包络水平是在总标度以下至少10分贝时从第一持续时间切换到第二持续时间。
前述内容相当广泛地概述了本发明的实施例的某些特征和技术优点，以便接下来的具体实施方式可以被更好地理解。将在下文中描述形成本发明的权利要求的主题的额外特征和优点。本领域中的普通技术人员应认识到，所公开的概念和具体实施例可以容易被利用，作为用于修改或设计用于实现相同或相似的目的的其它结构的基础。本领域中的普通技术人员还应认识到，这样的等效结构并不偏离如在所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。当结合附图来考虑时，从下面的描述中，额外的特征将被更好地理解。然而应明确地理解，每个附图为了说明和描述的目的而提供并且并不旨在限制本发明。
附图说明
为了对所公开的系统和方法进行更完整的理解，现在参考结合附图的以下描述。
图1是示出常规脉冲宽度调制器的电路示意图。
图2a是示出用于操作图1的电路以产生零输出的控制信号的曲线图。
图2b是示出用于操作图1的电路以产生正输出的控制信号的曲线图。
图3a是示出根据本公开的一个实施例的用于操作具有减小的噪声的脉冲宽度调制器以产生零输出的控制信号的曲线图。
图3b是示出根据本公开的一个实施例的用于操作具有减小的噪声的脉冲宽度调制器以产生正输出的控制信号的曲线图。
图4是示出根据本公开的一个实施例的用于调节持续时间(开关是有源的)的脉冲宽度调制器的操作的流程图。
图5是示出根据本公开的一个实施例的由控制器操作以调节持续时间(开关是有源的)的脉冲宽度调制器的电路示意图。
图6是示出根据本公开的一个实施例的由控制器操作脉冲宽度调制器的开关以减小噪声的方法的流程图。
图7是示出根据本公开的一个实施例的通过控制器使用预定的阈值来操作脉冲宽度调制器的开关以减小噪声的方法的流程图。
具体实施方式
可以通过减小噪声源耦合到脉冲宽度调制器的输出节点时的时间量来减小在脉冲宽度调制器(pwm)的输出信号中的噪声。例如，与常规技术相比较，开关被接通以将电源耦合到输出节点时的时间可以减少，从而导致被贡献到pwm的输出节点的热噪声的对应减小。开关的操作可以由图3a所示的控制信号控制。
图3a是示出根据本公开的一个实施例的用于操作具有减小的噪声的脉冲宽度调制器以产生零输出的控制信号的曲线图。第一控制信号ctrl1302连同第二控制信号ctrl2304一起可以在时间312变高以开关将电源耦合到输出节点的开关。控制信号ctrl1和ctrl2可以在时间314变低以开关耦合到输出节点的电源。电源耦合到脉冲宽度调制器(pwm)的输出节点时的持续时间322在时间上比在现有技术的对应时间212和214之间的持续时间324更短。
同样，图3b是示出根据本公开的一个实施例的用于操作具有减小的噪声的脉冲宽度调制器以产生正输出的控制信号的曲线图。第一控制信号ctrl1306可以在时间312变高以接通将电源耦合到输出节点的开关。第二控制信号ctrl2308可以在时间312之后的时间316变高。然后，控制信号ctrl1和ctrl2可以在时间314变低。如同图3a的控制信号一样，开关将电源耦合到输出节点时的持续时间322和持续时间326从现有技术的持续时间324减小。因此，可以实现在脉冲宽度调制器(pwm)的输出处的噪声减小。
用于操作开关的控制脉冲的持续时间322可以基于转换成脉冲宽度调制表示的参考输入信号而变化。也就是说，持续时间可以基于由参考输入信号指示的脉冲宽度调制器的期望输出水平。如果较大的输入信号被检测到并且较大的输出由此是所需的，则持续时间可以增加；如果较小的输入信号被检测到并且较小的输出由此是所需的，则持续时间可以减小。较小和较大可以指代输入或输出信号的包络水平。期望包络水平可以由因素(例如期望体积或参考输入信号的振幅)指示。可以根据图4中所示的方法来执行对脉冲宽度调制器(pwm)的控制。
图4是示出根据本公开的一个实施例的用于调节持续时间(开关是有源的)的脉冲宽度调制器的操作的流程图。方法400在方框402以接收用于转换成表示参考输入信号的脉冲宽度调制输出信号的参考输入信号开始。然后在方框404，可以基于参考输入信号来操作脉冲宽度调制器的第一开关和第二开关。在方框406，可以基于在脉冲宽度调制器的输出处的期望输出信号的包络水平来调节第一开关和第二开关耦合到输出节点的持续时间。方框406的步骤可以与方框404中的开关的操作一起实时地出现，使得持续时间响应于作为参考输入信号被接收的连续输入而动态地改变。
图4的方法可以被实施在脉冲宽度调制器中，在一个实施例中被实施在配置为操作脉冲宽度调制器的开关的控制器(例如图5中所示的控制器)中。图5是示出根据本公开的一个实施例的由控制器操作以调节持续时间(开关是有源的)的脉冲宽度调制器的电路示意图。脉冲宽度调制器(pwm)500的一部分可以包括被配置为分别将电源512和514耦合到节点532和534的开关516和518。开关516可以在将电源512耦合到节点532以在正方向上驱动输出节点502处的输出和将电源512耦合到地之间切换。开关518可以在将电源514耦合到节点534以在负方向上驱动输出节点502和将电源514耦合到地之间切换。
控制器522可以被配置为通过输出控制信号ctrl1和ctrl2(其切换开关516和518)来操作开关516和518。控制器522可以耦合到用于在输出节点502处接收用于转换成脉冲宽度表示的参考输入信号的输入节点504。尽管在图5中示出了仅一组开关516和518和对应的电源512和514，但可以包括开关和电源的额外组。例如，有限脉冲响应(fir)滤波器可以包括很多组开关516和518，例如在8和128组之间。电源512和514可以是例如将电流驱动到由开关516和518选择的节点的电流源。
控制器522可以产生具有根据在输出节点502处产生的输出信号的期望包络水平而选择的各种持续时间的控制信号ctrl1和ctrl2。控制器522可以通过产生类似于在图3a和图3b中所示的信号的控制信号ctrl1和ctrl2来实现较短的持续时间。控制器522可以通过产生类似于在图2a和图2b中所示的信号的控制信号ctrl1和ctrl2来实现较长的持续时间。可以根据由控制器522执行的算法来切换较短的持续时间和较长的持续时间。在图6中示出了一个这样的算法。
图6是示出根据本公开的一个实施例的由控制器操作脉冲宽度调制器的开关以减小噪声的方法的流程图。方法600在方框602以控制器接收用于转换成脉冲宽度调制表示的参考输入信号开始。在方框604，控制器确定参考输入信号是小信号还是非小信号。小信号在一个实施例中可以是具有20分贝(db)或更小的信噪比(snr)的信号。小信号在其它实施例中可以是具有10分贝(db)或更小的信噪比(snr)的信号或可以是具有60分贝(db)或更小的snr的信号。可选地或此外，方框604可以包括确定期望输出信号的包络水平是否是小信号。当小信号在方框604被检测到时，方法600继续进行到方框606以在短持续时间下操作脉冲宽度调制器的开关。例如，方框606可以由控制器522实施，控制器522利用图3a和图3b中所示的控制信号ctrl1和ctrl2来操作图5的开关516和518。回来参考图6，当未在方框604检测到小信号时，方法600继续进行到方框608以在长持续时间下操作脉冲宽度调制器的开关。例如，方框608可以由控制器522实施，控制器522利用在图2a和图2b中所示的控制信号ctrl1和ctrl2来操作图5的开关516和518。尽管提到了图2a和图2b的信号，但可以在方框608实施比方框606的短持续时间更长的任何持续时间。
图6的持续时间调节示出了两个持续时间，然而大量持续时间可以由控制器522(例如在执行图7所示的方法时)实施。图7是示出根据本公开的一个实施例的通过控制器使用预定的阈值来操作脉冲宽度调制器的开关以减小噪声的方法的流程图。方法700在方框702以接收用于转换成脉冲宽度表示的参考输入信号开始。在方框704，控制器确定输入信号是否小于第一阈值。如果是，则方法700继续进行到方框706以使用第一持续时间来操作开关。如果否，则方法700继续进行到方框708，其中控制器确定输入信号是否小于第二较大的阈值。如果是，则方法700继续进行到方框710以使用第二较大的持续时间来操作开关。如果否，则方法700继续进行到方框712以使用比第一和第二持续时间都长的第三更加长的持续时间来操作开关。可选地或此外，方框704和708可以包括确定输入信号的期望包络水平是否小于第一或第二阈值。
尽管阈值在图6和图7中示出并由控制器用于调节操作开关的持续时间，但还可以用连续或接近连续的方式来设置持续时间。例如，持续时间可以与参考输入信号的振幅或包络水平成比例地设置。在这个实施例中，可以基于使用参考输入信号的振幅或包络水平作为变量的公式来设置持续时间。
图4、图6和图7的示意性流程图通常被阐述为逻辑流程图。因此，所描绘的顺序和所编号的步骤指示所公开的方法的方面。可以设想在功能、逻辑或效果上等效于所示方法的一个或多个步骤或其部分的其它步骤和方法。此外，所采用的格式和符号被提供以解释该方法的逻辑步骤且被理解为不限制该方法的范围。尽管在流程图中可以采用各种箭头类型和线类型，但它们被理解为不限制对应方法的范围。实际上，一些箭头或其它连接器可以用于仅指示该方法的逻辑流程。例如，箭头可以指示在所描绘的方法的枚举步骤之间的未规定的持续时间的等待或监控时期。此外，特定方法所出现的顺序可以或可以不严格地依照所示对应步骤的顺序。
如果在固件和/或软件中实施，则上述功能可以作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上。示例包括利用数据结构来编码的非暂时性计算机可读介质和利用计算机程序来编码的计算机可读介质。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是可以由计算机访问的任何可用介质。通过示例而非限制的方式，这样的计算机可读介质可以包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、光盘只读存储器(cd-rom)或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁性存储设备或可以用于以指令或数据结构的形式存储期望程序代码并可以由计算机访问的任何其它介质。磁盘和光盘包括光盘(cd)、激光盘、光学盘、数字多功能盘(dvd)、软盘和蓝光盘。通常，磁盘磁性地再现数据，而光盘光学地再现数据。上述项的组合也可以被包括在计算机可读介质的范围内。
除了存储在计算机可读介质上以外，指令和/或数据也可以被提供为被包括在通信装置上的传输介质上的信号。例如，通信装置可以包括具有指示指令和数据的信号的收发机。指令和数据被配置为使一个或多个处理器实施权利要求中所概述的功能。
尽管已经详细描述了本公开和某些代表性优点，但应理解，可以在本文做出各种变化、替换和变更而不偏离如由所附权利要求限定的本公开的精神和范围。而且，本申请的范围并不旨在被限制为说明书中所述的事物、模块、方法和步骤的过程、机器、制造、组成的特定实施例。例如，尽管描述了“高”和“低”信号，但这些仅仅是相对术语并且因此本文所公开的实施例可以容易被修改以替代地在信号“变低”或“变高”时操作。如本领域中的普通技术人容易从本公开中认识到的，可以利用执行与本文所述的对应实施例实质上相同的功能或实现实质上相同的结果的目前存在或以后将发展的事物、模块、方法和步骤的过程、机器、制造、组成。因此，所附权利要求旨在将这样的事物、模块、方法和步骤的过程、机器、制造、组成包括在其范围内。