專利名稱：用于音頻放大系統(tǒng)中減少失真的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路。更具體地，本發(fā)明提供了針對(duì)放大系統(tǒng)的失真減少的系統(tǒng)和方法。僅僅作為示例，本發(fā)明已應(yīng)用于D類放大器(Class-D amplifier)。但是將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明具有更廣泛的應(yīng)用范圍。
背景技術(shù)：
通常，開(kāi)關(guān)放大器(例如，D類放大器)是一種其中的輸出晶體管常常作為開(kāi)關(guān)來(lái)操作的放大器。D類放大器被廣泛用在音頻放大中，并且相對(duì)于諸如A類、B類和AB類之類的某些線性音頻放大器類來(lái)說(shuō)具有效率優(yōu)勢(shì)。
圖I是示出使用D類放大器的放大系統(tǒng)的簡(jiǎn)化傳統(tǒng)示圖。放大系統(tǒng)100包括調(diào)制組件102、柵極驅(qū)動(dòng)器104、兩個(gè)晶體管106和108、電感器110、兩個(gè)電容器112和114、以及輸出負(fù)載116。例如，晶體管106是P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)或者N溝道M0SFET。在另一示例中，晶體管108是N溝道MOSFET。在又一示例中，輸出負(fù)載116是揚(yáng)聲器。在又一示例中，電感器110和電容器112被包括在低通濾波器130中。在又一示例中，調(diào)制組件102、柵極驅(qū)動(dòng)器104以及晶體管106和108被包括在D類放大器118中。調(diào)制組件102接收輸入音頻信號(hào)120，并生成調(diào)制信號(hào)122。柵極驅(qū)動(dòng)器104接收調(diào)制信號(hào)122，并且作為響應(yīng)生成柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)124和126。晶體管106和108分別接收柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)124和126，并且生成輸出電壓信號(hào)128(例如，Vwt)。低通濾波器130與阻斷電容器114 一起接收輸出電壓信號(hào)128，并且作為響應(yīng)生成輸出音頻信號(hào)132來(lái)驅(qū)動(dòng)輸出負(fù)載116。輸出電壓信號(hào)128(例如，Vrat)被反饋到調(diào)制組件102。例如，柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)124等于柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)126。在另一不例中，輸出音頻信號(hào)132在幅度大小上與輸入音頻信號(hào)120成比例。在又一示例中，柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)124和126是邏輯控制信號(hào)，并且因此晶體管106和108像開(kāi)關(guān)那樣操作。但是在一些情形中，當(dāng)輸入音頻信號(hào)120被調(diào)制組件102、柵極驅(qū)動(dòng)器104以及晶體管106和108處理時(shí),一定的失真被引入輸出電壓信號(hào)128,并且因此輸出音頻信號(hào)132的質(zhì)量降低。通常，輸出電壓信號(hào)128被反饋到調(diào)制組件102以減少失真。另外，調(diào)制組件102常常包括一階積分器或更高階積分器(例如，二階積分器)以減少失真。更高階積分器通常具有比一階積分器高的增益，并且在減少失真方面表現(xiàn)得更好。圖2是示出作為調(diào)制組件102 —部分的二階積分器的某些組件的簡(jiǎn)化傳統(tǒng)示圖。二階積分器200包括串聯(lián)連接的兩個(gè)一階積分器214和216。一階積分器214包括運(yùn)算放大器202、電阻器206和電容器210。積分器216包括運(yùn)算放大器204、電阻器208和電容器212。電容器210被耦合在放大器202的輸出端子與輸入端子之間，并且電容器212被耦合在放大器204的輸出端子與輸入端子之間。輸入信號(hào)216在電阻器206處被接收，并且作為響應(yīng)，信號(hào)224被生成。運(yùn)算放大器202在一個(gè)輸入端子處接收信號(hào)224，并且在另一輸入端子處接收參考信號(hào)220，并且作為響應(yīng)生成信號(hào)226。電阻器208接收信號(hào)226，并且作為響應(yīng)，信號(hào)228被生成。運(yùn)算放大器204在一個(gè)輸入端子處接收信號(hào)228并且在另一輸入端子處接收參考信號(hào)222，并且作為響應(yīng)生成信號(hào)218。例如，參考信號(hào)222等于參考信號(hào)220。例如，積分器200的小信號(hào)傳遞函數(shù)根據(jù)下式來(lái)確定H(S) = 1 (等式 I)
權(quán)利要求
1.一種用于音頻放大系統(tǒng)中對(duì)輸入信號(hào)和輸出反饋信號(hào)進(jìn)行積分、調(diào)制以生成輸出信號(hào)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 第一積分器，被配置為接收所述輸入信號(hào)，并且至少基于與所述輸入信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信息生成積分信號(hào)； 第二積分器，被配置為接收所述積分信號(hào)，并且至少基于與所述積分信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信息生成所述輸出信號(hào)；以及 補(bǔ)償電容器，該補(bǔ)償電容器被耦合到所述第一積分器和所述第二積分器； 其中 所述第一積分器包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運(yùn)算放大器，所述第一積分電容器被耦合在所述第一輸入端子與所述第一輸出端子之間；所述第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運(yùn)算放大器，所述第二積分電容器被耦合在所述第二輸入端子與所述第二輸出端子之間；并且 所述補(bǔ)償電容器包括第一電容器端子和第二電容器端子，所述第一電容器端子被連接到所述第一運(yùn)算放大器的所述第一輸出端子，所述第二電容器端子被連接到所述第二運(yùn)算放大器的所述第二輸入端子。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述第一積分器包括被耦合到所述第一運(yùn)算放大器的所述第一輸入端子的輸入電阻器。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述輸入電阻器包括第一電阻器端子和第二電阻器端子，所述第一電阻器端子被配置為接收所述輸入信號(hào)，所述第二電阻器端子被耦合到所述第一運(yùn)算放大器的所述第一輸入端子。
4.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述第二積分器包括被耦合到所述第二運(yùn)算放大器的所述第二輸入端子的輸入電阻器。
5.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述第一運(yùn)算放大器包括第三輸入端子，并且所述第二運(yùn)算放大器包括第四輸入端子。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述第三輸入端子和所述第四輸入端子被配置為接收參考信號(hào)。
7.一種用于放大輸入信號(hào)以生成輸出信號(hào)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 第一積分器，被配置為接收所述輸入信號(hào)，并且至少基于與所述輸入信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信息生成第一積分信號(hào)； 第二積分器，被配置為接收所述第一積分信號(hào)，并且至少基于與所述第一積分信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信息生成第二積分信號(hào)； 補(bǔ)償電容器，該補(bǔ)償電容器被耦合到所述第一積分器和所述第二積分器；以及 調(diào)制和驅(qū)動(dòng)組件，被配置為接收所述第二積分信號(hào)并且生成所述輸出信號(hào)； 其中 所述第一積分器包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運(yùn)算放大器，所述第一積分電容器被耦合在所述第一輸入端子與所述第一輸出端子之間；并且 所述第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運(yùn)算放大器，所述第二積分電容器被耦合在所述第二輸入端子與所述第二輸出端子之間。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述第一積分器包括被耦合到所述第一運(yùn)算放大器的所述第一輸入端子的輸入電阻器。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述輸入電阻器包括第一電阻器端子和第二電阻器端子，所述第一電阻器端子被配置為接收所述輸入信號(hào)，所述第二電阻器端子被耦合到所述第一運(yùn)算放大器的所述第一輸入端子。
10.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述第二積分器包括被耦合到所述第二運(yùn)算放大器的所述第二輸入端子的輸入電阻器。
11.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述第一運(yùn)算放大器包括第四輸入端子，并且所述第二運(yùn)算放大器包括第五輸入端子。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第四輸入端子和所述第五輸入端子被配置為接收參考信號(hào)。
13.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述補(bǔ)償電容器包括第一電容器端子和第二電容器端子，所述第一電容器端子被連接到所述第一運(yùn)算放大器的所述第一輸出端子，所述第二電容器端子被連接到所述第二運(yùn)算放大器的所述第二輸入端子。
14.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述第一運(yùn)算放大器的所述第一輸入端子被配置為至少接收與所述輸出信號(hào)相關(guān)聯(lián)的反饋信號(hào)。
15.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，還包括 反饋電阻器； 其中 所述調(diào)制和驅(qū)動(dòng)組件包括第三輸入端子和第三輸出端子，所述第三輸入端子被配置為接收所述第二積分信號(hào)，所述第三輸出端子被配置為生成所述輸出信號(hào)；并且 所述反饋電阻器被耦合在所述調(diào)制和驅(qū)動(dòng)組件的所述第三輸出端子與所述第一運(yùn)算放大器的所述第一輸入端子之間。
16.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中 所述調(diào)制和驅(qū)動(dòng)組件包括 比較器，該比較器被耦合到所述第二積分器； 柵極驅(qū)動(dòng)器，該柵極驅(qū)動(dòng)器被耦合到所述比較器； 第一晶體管，該第一晶體管被耦合到所述柵極驅(qū)動(dòng)器；以及 第二晶體管，該第二晶體管被耦合到所述柵極驅(qū)動(dòng)器； 其中 所述第一晶體管包括第一晶體管端子、第二晶體管端子和第三晶體管端子； 所述第二晶體管包括第四晶體管端子、第五晶體管端子和第六晶體管端子；并且所述第三晶體管端子和所述第四晶體管端子被耦合在一起并被配置為輸出所述輸出信號(hào)。
17.一種用于音頻放大系統(tǒng)中對(duì)輸入信號(hào)和輸出反饋信號(hào)進(jìn)行積分、調(diào)制以生成輸出信號(hào)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 第一積分器，被配置為接收所述輸入信號(hào)，并且至少基于與所述輸入信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信息生成積分信號(hào)；第二積分器，被配置為接收所述積分信號(hào)，并且至少基于與所述積分信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信息生成所述輸出信號(hào)； 補(bǔ)償電容器，該補(bǔ)償電容器被耦合到所述第一積分器和所述第二積分器； 開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)被耦合到所述補(bǔ)償電容器并且被配置為接收與所述輸出信號(hào)相關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)；以及 第一電阻器，該第一電阻器被耦合到所述開(kāi)關(guān)； 其中 所述第一積分器包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運(yùn)算放大器，所述第一積分電容器被耦合在所述第一輸入端子與所述第一輸出端子之間；所述第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運(yùn)算放大器，所述第二積分電容器被耦合在所述第二輸入端子與所述第二輸出端子之間；所述補(bǔ)償電容器包括第一電容器端子和第二電容器端子，所述第一電容器端子被連接到所述第一運(yùn)算放大器的所述第一輸出端子，所述第二電容器端子被連接到所述第二運(yùn)算放大器的所述第二輸入端子； 其中 所述開(kāi)關(guān)還被耦合到所述第二運(yùn)算放大器的所述第二輸入端子；并且 所述第一電阻器還被耦合到所述第二運(yùn)算放大器的所述第二輸出端子。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述開(kāi)關(guān)還被配置為當(dāng)所述輸出信號(hào)滿足一個(gè)或多個(gè)第一預(yù)定條件時(shí)斷開(kāi)，并且當(dāng)所述輸出信號(hào)滿足一個(gè)或多個(gè)第二預(yù)定條件時(shí)閉合。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述開(kāi)關(guān)還被配置為當(dāng)所述輸出信號(hào)的幅度大小在預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)斷開(kāi)，并且在所述輸出信號(hào)在所述預(yù)定范圍之外時(shí)閉合。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包括 第一比較器，被配置為接收所述輸出信號(hào)和第一參考信號(hào)，并且生成第一比較信號(hào)；以及 第二比較器，被配置為接收所述輸出信號(hào)和第二參考信號(hào)，并且生成第二比較信號(hào)； 其中，所述預(yù)定范圍與所述第一參考信號(hào)和所述第二參考信號(hào)相關(guān)聯(lián)。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，還包括 或門(mén)，被配置為接收所述第一比較信號(hào)和所述第二比較信號(hào)，并且至少基于與所述第一比較信號(hào)和所述第二比較信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信息生成用于閉合和斷開(kāi)所述開(kāi)關(guān)的所述控制信號(hào)； 其中 如果所述控制信號(hào)為第一邏輯電平，則所述開(kāi)關(guān)被配置為閉合；并且 如果所述控制信號(hào)為第二邏輯電平，則所述開(kāi)關(guān)被配置為斷開(kāi)。
22.一種用于音頻放大系統(tǒng)中對(duì)輸入信號(hào)和輸出反饋信號(hào)進(jìn)行積分、調(diào)制以生成輸出信號(hào)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 第一積分器，被配置為接收所述輸入信號(hào)，并且至少基于與所述輸入信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信息生成第一積分信號(hào)； 第二積分器，被配置為接收所述第一積分信號(hào)，并且至少基于與所述第一積分信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信息生成第二積分信號(hào)；補(bǔ)償電容器，該補(bǔ)償電容器被耦合到所述第一積分器和所述第二積分器； 開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)被耦合到所述補(bǔ)償電容器并且被配置為接收與所述第二積分信號(hào)相關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)； 第一電阻器，該第一電阻器被耦合到所述開(kāi)關(guān)；以及 調(diào)制和驅(qū)動(dòng)組件，被配置為接收所述第二積分信號(hào)并且生成所述輸出信號(hào)； 其中 所述第一積分器 包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運(yùn)算放大器，所述第一積分電容器被耦合在所述第一輸入端子與所述第一輸出端子之間；并且 所述第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運(yùn)算放大器，所述第二積分電容器被耦合在所述第二輸入端子與所述第二輸出端子之間；其中 所述開(kāi)關(guān)還被耦合到所述第二運(yùn)算放大器的所述第二輸入端子；并且 所述第一電阻器還被耦合到所述第二運(yùn)算放大器的所述第二輸出端子。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述開(kāi)關(guān)還被配置為當(dāng)所述第二積分信號(hào)滿足一個(gè)或多個(gè)第一預(yù)定條件時(shí)斷開(kāi)，并且當(dāng)所述第二積分信號(hào)滿足一個(gè)或多個(gè)第二預(yù)定條件時(shí)閉合。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，所述開(kāi)關(guān)還被配置為當(dāng)所述第二積分信號(hào)的幅度大小在預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)斷開(kāi)，并且在所述第二積分信號(hào)在所述預(yù)定范圍之外時(shí)閉合。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括 第一比較器，被配置為接收所述第二積分信號(hào)和第一參考信號(hào)，并且生成第一比較信號(hào)；以及 第二比較器，被配置為接收所述第二積分信號(hào)和第二參考信號(hào)，并且生成第二比較信號(hào); 其中，所述預(yù)定范圍與所述第一參考信號(hào)和所述第二參考信號(hào)相關(guān)聯(lián)。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng),還包括 或門(mén)，被配置為接收所述第一比較信號(hào)和所述第二比較信號(hào)，并且至少基于與所述第一比較信號(hào)和所述第二比較信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信息生成用于閉合和斷開(kāi)所述開(kāi)關(guān)的所述控制信號(hào)； 其中 如果所述控制信號(hào)為第一邏輯電平，則所述開(kāi)關(guān)被配置為閉合；并且 如果所述控制信號(hào)為第二邏輯電平，則所述開(kāi)關(guān)被配置為斷開(kāi)。
27.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中 所述調(diào)制和驅(qū)動(dòng)組件包括 比較器，該比較器被耦合到所述第二積分器； 柵極驅(qū)動(dòng)器，該柵極驅(qū)動(dòng)器被耦合到所述比較器； 第一晶體管，該第一晶體管被耦合到所述柵極驅(qū)動(dòng)器；以及 第二晶體管，該第二晶體管被耦合到所述柵極驅(qū)動(dòng)器； 其中所述第一晶體管包括第一晶體管端子、第二晶體管端子和第三晶體管端子； 所述第二晶體管包括第四晶體管端子、第五晶體管端子和第六晶體管端子；并且 所述第三晶體管端子和所述第四晶體管端子被耦合在一起并被配置為輸出所述輸出信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了用于音頻放大系統(tǒng)中減少失真的系統(tǒng)和方法。提供了用于對(duì)輸入信號(hào)和輸出反饋信號(hào)進(jìn)行積分、調(diào)制以生成輸出信號(hào)的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括第一積分器，被配置為接收輸入信號(hào)，并且至少基于與輸入信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信息生成積分信號(hào)；第二積分器，被配置為接收積分信號(hào)，并且至少基于與積分信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信息生成輸出信號(hào)；以及補(bǔ)償電容器，該補(bǔ)償電容器被耦合到第一積分器和第二積分器。第一積分器包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運(yùn)算放大器，第一積分電容器被耦合在第一輸入端子與第一輸出端子之間。第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運(yùn)算放大器。
文檔編號(hào)H04R3/02GK102984630SQ201110268690
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者袁廷志, 張?jiān)食? 孫志強(qiáng), 方烈義 申請(qǐng)人:昂寶電子(上海)有限公司