D类开关放大器和控制扬声器的方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及D类开关放大器并且涉及用于控制用于在音频应用中使用的扬声器的方法。
【背景技术】
[0002]如已知的，一些普遍类型的放大器(例如，D类音频放大器)利用全桥转换器级以便使可以提供至负载的输出电压的动态最大化，从而维持了高效率。
[0003]音频放大器的全桥转换器级基于两个全桥电路，两个全桥电路尽管处于协调的方式但是可以通过各个不同的驱动级单独地控制。该类型的技术实际上提供令人满意的使用灵活性。例如，可能不但以同相而且以反相实现脉冲宽度调制(PWM)技术。
[0004]驱动级具有相同结构并且对称地接收到用于控制相应的半桥电路的反相的输入信号。
[0005]基于独立的驱动级的已知放大器的限制由共模干扰的抑制来表示。
[0006]两个驱动级的可能的对称性缺陷可以容易导致影响抑制电源干扰的不平衡并引起所谓的“串扰”现象。
[0007]此外，已知结构遭受对高频噪声的某些灵敏度影响，高频噪声对于经常用在级的上游用于驱动最终功率级的Σ-Δ型模拟-数字转换器是典型的。
[0008]用于克服对高频干扰的灵敏度的已知技术另一方面导致部件的数量增加并且因此放大器的复杂性增加。
【发明内容】
[0009]开关放大器包括第一半桥PWM调制器、第二半桥PWM调制器和被配置成接收输入信号的至少一个放大器级。开关放大器还包括被配置成通过相应的第一 PWM控制信号和第二 PWM控制信号根据输入信号控制第一 PWM调制器的和第二 PWM调制器的开关的PWM控制级。放大器级和PWM控制级具有全差分结构。
【附图说明】
[0010]为了更好地理解发明，现在将参照附图仅借助于非限制性示例来描述其一些实施例，其中:
[0011]图1是根据本发明的音频系统的简化框图；
[0012]图2是并入图1的音频系统中的、根据本发明的一个实施例的开关放大器的更加详细的框图；
[0013]图3是图2的开关放大器的第一部件的更加详细的框图；
[0014]图4是图2的开关放大器的第二部件的更加详细的框图；
[0015]图5是图2的开关放大器的第三部件的更加详细的框图；
[0016]图6示出了处于不同操作配置的图2的开关放大器；
[0017]图7是根据本发明的不同实施例的开关放大器的框图；
[0018]图8是根据本发明的进一步的实施例的开关放大器的框图；以及
[0019]图9是根据本发明的另一实施例的开关放大器的框图。
【具体实施方式】
[0020]参照图1，通过数字1指定为整体的音频系统包括信号源2、再现器单元3和至少一个扬声器5ο
[0021]信号源2被配置成提供音频信号SA。它可以例如但非排他性地是调谐器、立体声或“家庭影院”系统、蜂窝电话或者音频文件的再现器，诸如用于再现智能电话、平板电脑、便携式计算机或个人计算机中包含的音频文件的模块。
[0022]再现器单元3包括接口 6和音频放大器7，接口 6被耦合至信号源2并且被配置成将音频信号SA转换成对应的输入信号ΙΙΝ+、ΙΙΝ，并且音频放大器7被配置成通过作为输入信号IIN+、Ιιν的函数的输出信号V 0UT+' V0UT驱动扬声器5。
[0023]在一个实施例中，输入信号ΙΙΝ+、Ιιν和输出信号V 0υτ+'νουτ是差分信号，例如，分别是差分电流和差分电压。
[0024]扬声器5可以例如是一组扬声器中的元件或耳机套件的听筒。
[0025]在一个实施例中，音频放大器7具有图2中以简化方式图示的结构。音频放大器7是D类开关放大器、使用均基于M0SFET半桥的两个PWM调制器并且具有含嵌套式反馈控制环的结构。更详细地，音频放大器7包括放大器级8的级联链、PWM控制级10、第一 PWM调制器11a、第二 PWM调制器11b、差分反馈控制网络12和共模反馈控制网络13。
[0026]在图2中用简化方式表示的放大器级8是全差分型的。按照传统，在下文中应该理解的是，每个全差分级或结构具有正输入、负输入、正输出、负输出和共模控制网络。特别地，术语“正”和“负”在本文中以如下含义理解:正输入的变化在正输出上产生相同信号的变化并且在负输出上产生相反信号的变化。负输入的变化在负输出上产生相同信号的变化并且在正输出上产生相反信号的变化。显然术语“正”和“负”可以互换。此外，每个全差分级或结构具有共模控制端子。
[0027]系列中的第一放大器级8被耦合至接口 6(图2中未图示)用于接收输入信号IIN+、IIN。此外，每个差分级8具有分别被耦合至下一放大器级8的正输入和负输入的正输出和负输出。
[0028]系列中的最后的放大器级8具有分别被耦合至PWM控制级10的正输入和负输入的正输出和负输出，PWM控制级10具有全差分结构并且在图2中也用简化方式表示。
[0029]放大器级8进一步提供有在相应的输出和相应的共模控制端子8a之间的共模控制网络14。共模控制网络14具有可以根据要求彼此相同或不同的相应的阻抗ZCM+、ZCM。
[0030]也耦合至系列中的最后的放大器级8的输出的PWM控制级10的正输入和负输入被分别耦合至用于接收第一参考信号Ιεκ+的第一参考发生器15a和用于接收第二参考信号ICK的第二参考发生器15b。在一个实施例中，参考信号是具有开关频率并通过PWM控制级10集成的方波电流。在不同的实施例(未图示)中，参考信号可以是分别具有等于直接提供至第一 PWM调制器11a和第二 PWM调制器lib的开关频率的频率的锯齿电压。此夕卜，参考信号(不管是方波的还是锯齿的)可以以反相提供用于执行异相类型的调制，否则以同相提供，用于执行同相类型的调制。
[0031]PWM控制级10的负输出和正输出被分别耦合至第一 PWM调制器11a和第二 PWM调制器11b，并且分别提供第一 PWM控制信号SPWM+和第二 PWM控制信号S PWM。第一 PWM控制信号SPWM+和第二 PWM控制信号S剛分别引起第一 PWM调制信号11a的和第二 PWM调制信号lib的处于参考信号IeK+、ICK的频率且具有作为输入信号I IN+、IIN的函数的占空比的开关。
[0032]第一输出滤波器16a被连接在第一 PWM调制器11a的输出与第一输出端子18a之间并且包括第一 LC网络。第二输出滤波器16b被耦合在第二 PWM调制器lib的输出与第二输出端子18b之间并且包括第二 LC网络。扬声器5被耦合在输出18a、18b之间并且限定了音频放大器7的负载。
[0033]差分反馈控制网络12具有:反馈支路20a，其具有阻抗ZD1+并且从第一 PWM调制器11a的输出拾取反馈信号(在第一输出滤波器16a的上游)且被耦合至PWM控制级10的正输入；反馈支路20b，其具有阻抗ZD1并且从第二 PWM调制器lib的输出拾取反馈信号(在第二输出滤波器16b的上游)且被耦合至PWM控制级10的负输入；多个反馈支路21a，其具有相应的阻抗ZD2+并且被親合至第一输出端子18a(在第一输出滤波器16a的下游)且均被耦合至相应的放大器级8的正输入；和多个反馈支路21b，其具有相应的阻抗ZD2并且被親合至第二输出端子18b (在第二输出滤波器16b的下游)且均被親合至相应的放大器级8的负输入。
[0034]差分反馈控制网络12因此提供了嵌套式反馈环结构。
[0035]共模反馈控制网络13包括第一 PWM调制器11a和第二 PWM调制器lib并且被配置成拾取PWM控制级10的输出与输出端子18a、18b之间的反馈信号且将共模控制信号SCMFB提供至PWM控制级10的共模控制端子10a，用于维持PWM控制级10的共模电压基本恒定。
[0036]在一个实施例中，共模反馈控制网络13包括限幅控制环23、内控制环24和外控制环25。
[0037]限幅控制环23具有:支路23a，其具有阻抗ΖεΜ1+并且在PWM控制级10的负输出与它的共模控制端子10a之间；和支路23b，其具有阻抗ΖεΜ1并且在PWM控制级10的正输出与它的共模控制端子10a之间。限幅控制环23因此拾取在PWM调制器11a、lib的上游的限幅反馈信号sFBS+、sFBS。
[0038]内控制环24具有:支路24a，其具有阻抗ZeM2+并且在第一 PWM调制器11a的输出与PWM控制级10的共模控制端子10a之间；和支路24b，其具有阻抗ΖεΜ2并且在第二 PWM调制器lib的输出与共模控制端子10a之间。内控制环24因此在输出滤波器16a、16b的内部并且拾取在PWM调制器11a、lib的下游的内限幅反馈信号SFBI+、SFBI。
[0039]外控制环25具有:支路25a，其具有阻抗ΖεΜ3+并且在第一输出端子18a与共模控制端子10a之间；和支路25b，其具有阻抗ZeM3并且在第二输出端子18b与共模控制端子10a之间。外控制环25因此在输出滤波器16a、16b的外部并且拾取不但在PWM调制器11a、lib的下游而且在输出滤波器16a、16b的下游的外限幅反馈信号SF_、SFB0。
[0040]在图2中描述和图示的实施例中，限幅反馈信号SFBS+、SFBS与PWM控制信号S PWM+、SPWM 一致，内限幅反馈信号SFBI+、SFBI与由PWM调制器lla、llb提供的信号一致，