专利名称：具有多路电源的放大器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有多路电源的放大器电路，具体地，涉及一种D 类放大器电路。10 背景技术在集成的放大器电路中，将多路电源用于偏置放大器电路的不同电 路块。为使功率效率及输出动态范围最大化，用与电路的其余部分不同 的电源对放大器电路的输出级进行偏置。放大器电路的输出级可以是D 类或AB类的输出级。通常将放大器电路的输出处的DC电压偏置在功率15轨道(power rail)的中点。针对放大器电路，将信号从输出反馈到放大器电路的输入。所述反 馈是为了具有固定的增益以及较好的THD (总谐波失真)性能的目的。 通常将放大器电路的输入偏置在为放大器电路的输入供电的功率轨道的 中点。然而，输出级的DC电平与输入级的DC电平不同。因此，在放大20 器电路的输入级的反相端和非反相端处的DC偏置将处于不同的电平。这 可能导致在放大器电路的输出处的较大DC偏移以及输出级的减少的输 出动态范围。图1是示出了传统的D类PWM放大器电路24的方框图。这里输出 级包括仅用于说明的NM0S功率晶体管1和2。晶体管可以是双极型或P/N 25 型DM0S互补晶体管。使用电阻器3将输出信号从输出反馈到积分器6 的负极端子。这里电阻器3仅用于说明。反馈电路可以包括晶体管、电 阻器、以及电容器的网络。以HVCC (输出功率轨道的中点)对积分器6 的正极端子进行偏置。所述传统电路的一个问题是HVCC用作输入偏置可能太高或太低。 30 这将导致输入动态范围的减小。如果输出电源是积分器电源幅度的几倍， 则将更加严重。HVCC可能超出积分器6的输入动态范围。 发明内容本发明的目的是为了提供一种放大器电路，其对输出进行偏置，而 5 不会减小多路电源配置中的输出动态范围或输入动态范围。根据本发明，将使用多路电源的D类放大器电路与电阻器网络相结 合以确定输入电压偏置，以便维持所需的输出电压。针对D类放大器电路，如果输入和输出DC偏置电压是不同的，偏移电流将流经反馈电阻器。通过输入和输出之间的偏移电压以及反馈电 10阻器值来确定偏移电流的幅度。输出DC偏置的最终值将是加在一起的输入DC偏置和DC偏移电压。为了确保输出偏置是针对D类放大器电路的最佳值，将输入偏置产生器与D类放大器电路相结合。输入偏置产生器的目的是为积分器提供输入偏置，从而得到所需的放大器电路输出偏置。输入偏置产生器具有 15输入DC偏置以及作为基准电压的所需的输出DC偏置。使用与PWM D类放大器电路中使用的相同反馈电路，输入偏置产生器将在积分器级的输入产生所需的DC偏置。因此，输出偏置将同样处于由设计所确定的所需电平。根据本发明， 一种具有多路电源、用于对输出进行偏置的放大器电 20路包括:用于将DC输入偏置和所需输出偏置施加到电阻器网络两端的装 置。将电阻器网络的输出施加到积分器的非反相端。根据本发明，电阻器网络的电阻器值或电阻比与用于反馈网络的电 阻器网络相同或接近。根据本发明，按照与将输入和输出施加到反馈网络相同的顺序，将 25DC输入偏置和所需的输出偏置施加到电阻器网络。根据本发明，在积分器的非反相端的DC偏置将积分器的反相端的 电压强制到相似的电压。根据本发明，将在输入信号DC偏置和积分器输入DC偏置之间产生 DC偏移。30 根据本发明，DC偏移将产生DC偏移电流从放大器电路的输出流到
放大器电路的输入，产生输出DC偏置和输入DC偏置之间的DC偏移。根据本发明，放大器电路的输出DC偏置等于由流经电阻性反馈的 DC偏移电流所引起的DC偏移与输入DC偏置相加。5
图1是示出了根据现有技术的D类放大器电路的方框图； 图2是示出了根据第一实施例的D类放大器电路的方框图；图3示出了输出级以解释如何确定HVCC;图4是示出了 D类放大器的简化方框图；10 图5是输出DC偏置的图示；图6是输入级的DC偏置波形。
具体实施方式
以下描述解释了本发明实施例的最佳模式。将参考图2描述根据本 15发明实施例的PWM D类放大器电路。图2示出了根据本发明实施例的PWM D类放大器电路的方框图。 由等效放大器电路块24 (见图2和图4)所代表的PWMD类放大器 电路包括积分器6、比较器5、斜坡载波信号25、电平移位器和驱动 器级4、以及两个NM0S功率晶体管1和2。在比较器5和电平移位器和 20驱动器级4的输出处，示出了PWM信号。将晶体管1和2串联连接在电 源VCC和地之间。将输出与自举电容器18以及输出滤波器ll相连。积 分器6的滤波器16可以是任意阶的。输出滤波器11可以是任意阶的。 积分器6、比较器5、以及斜坡载波信号产生器25定义了调制电路。积 分器6的非反相输入和反相输入同样用作PWM D类放大器电路24的非反 25相输入和反相输入。积分器6还具有用于接收电源VDD的端子。如图3中所示，电平移位器和驱动器级4包括空载时间电路19、针 对高压侧输出驱动器的电平移位器20、针对低压侧输出驱动器的电平移 位器21、高压侧输出驱动器22、以及低压侧输出驱动器23。这里使用NMOS功率晶体管1和2,但是功率晶体管1和2可以是任 30意其他类型，例如双极型晶体管或P/N型DMOS互补晶体管。根据所用晶
体管1和2的类型以及髙压侧输出驱动器22和低压侧输出驱动器23的 结构，确定输出动态范围。如图2和图3中所示，这里输出动态范围是 示出了单一电源的两个功率轨道(VCC和地电平)之间的差。如图5中 所示，代替单一电源可以使用双电源供电，其中将正电源PVCC+用于代 5 替电源VCC,并且将负电源PVCC-用于代替地。使用所述信息，可以产生 称之为HVCC的最佳输出偏置。在图2和图3的情况下，HVCC=1/2(VCC)， 以及在图5的情况下，HVCC = 1/2(PVCC+ - PVCC-) 10然后，将电压HVCC施加到输入偏置产生器17。值得注意的是电压HVCC 比电压VDD低。输入偏置产生器17包括如图2中所示的电阻器网络，具有串联连 接的电阻器14和15。电阻器网络具有两个输入端子和一个输出端子。 将作为放大器电路的输入处的输入偏置的HVDD和作为输出功率轨道的15 中点的HVCC施加到电阻器网络17的两个输入端子。电阻器网络17的输 出是电阻器14和15之间的节点。电阻器14具有与电阻器10相同的电 阻值，并且电阻器15具有与电阻器3相同的电阻值。因此，作为施加到 积分器6的非反相端子处的输入偏置产生器17的输出与积分器6的反相 端子处的输入偏置类似。因此，输出偏置将取决于施加到输入偏置产生20 器的HVCC的值。本发明使用反馈网络以在将输出偏置维持在HVCC的同时产生较小 的输入偏置。这里在图2中，反馈网络包括电阻器10和电阻器3。使用 所述反馈网络，可以产生在积分器的输入动态范围之内的输入偏置。输 入偏置产生器17不必是电阻器网络。输入偏置产生器的结构将取决于反25 馈网络。反馈网络包括电阻器3和电阻器10。对于输入偏置产生器来说 有必要维持与反馈网络相同的特性。这是为了确保积分器6的非反相端 子的输入偏置能够跟踪积分器6的反相端子的输入偏置。输入偏置产生 器17的输出VA将是VA= [HVDD+ (HVCC-H稱)(R14/ (R14+R15))]30 在图6中示出了电压VDD、 HVDD、以及VA之间的关系。值得注意的 是值VA总是比VDD小，而与VCC的值无关。 方程中的HVDD表示输入信号DC偏置。根据反馈原理，积分器6的非反相端的DC电压将强制积分器6的 反相端的DC电压相似。 5 因为-VIN处的DC电压与HVDD相等，因此，积分器的反相输入相对于-VIN具有偏移(HVCC-,D) (R14/(R14+R15))。由于电阻器14的值与电阻器10的值相同或接近，并且电阻器15 的值与电阻器3的值相同或接近，由-VIN和积分器6的反相输入之间的 10 DC偏移引起的DC偏移电流将是{(HVCC-,D) (R14/(R14+R15)) }/R10。 因为R14:R10并且R15=R3，所以(HVCC-HVDD) / (R3+R10)。输出DC偏置将是-15 ((HVCC-,D)/(R3+R10) XR3}+ {(HVCC-,D) / (R3+R10) X R10}+訓D=HVCC因此DC输出偏置将是作为用于对输出进行偏置的最佳值的HVCC。 20 由此可知，本发明的放大器电路使用多路电源，并且包括D类放大器电路、输入偏置产生器、以及反馈网络。通过使用输入偏置产生器在 积分器的非反相端产生电压，积分器的反相端将跟随与非反相端相同的 电压。在输入信号DC偏置和积分器的输入DC偏置之间的偏移电压将产 生流经反馈电阻器的偏移电流，从而得到所需的输出DC偏置。 25 本发明的一个优点是其简单性。本发明的实现不需要复杂的电路。本发明的另一个优点是其追踪输出功率轨道的电压电平的能力。尽管已经根据例证性的实施例描述了本发明，不应该将描述理解成 限制的意义。对于本领域普通技术人员而言，参考以上描述，对所示实 施例的各种修改和组合以及本发明的其他实施例将是显而易见的。30
权利要求
1.一种放大器电路，包括输入级，具有用于接收第一电源VDD的端子、以及非反相端和反相端两个输入端子，所述反相端与反馈网络相连；放大级，放大来自输入级的信号；输出级，与所述放大级相连，并且具有用于接收与第一电源VDD不同的第二电源VCC的端子；反馈网络，包括从输出级的输出端向输入级的反相端反馈的第一电阻器，以及连接在负输入-VIN和输入级的反相端之间的第二电阻器；以及输入偏置产生器电路，与输入级的非反相端相连。
2. 如权利要求1所述的放大器电路，其中，所述输入偏置产生器 15电路包括第三电阻器和第四电阻器，串联连接在用于接收HVDD的端子和用于接收HVCC的端子之间，并且分别具有与第一电阻器和第二电阻器 相同的电阻。
3. 如权利要求2所述的放大器电路，其中，所述输入偏置产生器 电路的输出是所述第三电阻器和所述第四电阻器之间的连接点。
4. —种D类放大器电路，包括输入级，包括积分器，所述积分器具有用于接收第一电源VDD的功 率接收端子、以及非反相端和反相端两个输入端子，所述非反相端与输 入偏置产生器相连；以及调制电路，包括比较器，所述比较器具有与积分器的输出以及载波 25信号产生器相连的两个输入端子；以及电平移位器和驱动器级，包括与所述比较器的输出相连的空载时 间电路、针对高压侧输出驱动器的第一电平移位器、针对低压侧输出驱 动器的第二电平移位器、高压侧输出驱动器、以及低压侧输出驱动器； 以及30 输出级，与第二电源相连；以及 反馈网络，包括连接在输出级的输出和输入级的反相端之间的电阻器，以及与输入级的反相端相连的另一电阻器；以及 所述输入偏置产生器与输入级的非反相端相连。
5. 如权利要求4所述的D类放大器电路，其中，所述输入偏置产 5生器电路包括串联连接的第三电阻器和第四电阻器，所述第三电阻器具有与所述第二电阻器相同的电阻值，并且所述第四电阻器具有与所述 第一电阻器相同的电阻值。
6. 如权利要求5所述的D类放大器电路，其中，所述输入偏置产生器电路具有位于所述第三电阻器和第四电阻器之间的节点处的输出端 10 子。
全文摘要
一种使用多路电源的放大器电路，包括D类放大器电路、输入偏置产生器、以及反馈网络。通过使用输入偏置产生器在积分器的非反相端产生电压，积分器的反相端将跟随与非反相端相同的电压。输入信号DC偏置和积分器的输入DC偏置之间的偏移电压将产生流经反馈电阻器的偏移电流，从而导致所需的输出DC偏置。
文档编号H03F3/217GK101154926SQ200610163720
公开日2008年4月2日 申请日期2006年12月4日 优先权日2006年9月28日
发明者樋口泰生, 黄夏秀 申请人:松下电器产业株式会社;松下半导体亚洲私人有限公司