专利名称：采用交织信号进行脉冲宽度调制纹波抑制的放大器的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及放大器，更具体地，涉及采用交织信号进行PWM纹波抑制的交织放大器。
背景技术：
通过集成作为开关的输出器件，而不是集成必须消耗大量功率的线性器件，音频应用中已经使用脉冲宽度调制(PWM)放大来提高效率。在PWM放大器中，音频输入信号被转换为脉冲宽度调制波形。为此，向放大器提供音频信号，以基于，例如，音频信号的幅度来调整超声波矩形波形的宽度。使用已调制的波形来驱动一个或多个作为开关的输出器件， 这些输出器件或者是完全饱和的或者是关断的。通常利用开关功率晶体管来实现输出器件，将它们排列成半桥对，从该半桥对中的一个器件将正电压切换到输出端，同时另一器件将负电压切换到输出端。可以向低通滤波器的输入端提供切换后的输出信号，以试图消除超出所希望的输出波形的频谱的谐波信号和旁带信号。使用经过滤波的模拟信号来驱动诸如扬声器等负载。一组脉冲宽度调制放大器架构，被称为D类放大器，理论上具有100%的效率，因为，输出晶体管或者完全开，或者完全关。然而，这些放大器可能有问题，因为，必须精确控制晶体管的开关时间。在D类放大器中，开关以时间交替的方式工作。理想地，开关被精确地定时，使得一个晶体管瞬时关断，同时另一个晶体管瞬时接通。如果开关不是精确定时的，正的和负的开关器件可能同时接通，导致高“直通(shoot-through) ”电流，这将破坏放大器系统中下一级的电路。因此，实际中，可以在一个晶体管关断和另一个晶体管接通的时刻之间有意地引入延迟。两个开关都没有接通时的两个开关的导通间隔之间的时间被称为死时间(deadtime)。死时间可能导致变形，因此，应该被最小化。相反，此时间量不充分则会导致不希望出现的直通电流。可从位于印地安纳州的埃尔克哈特的Crown Audio International购买到解决直通电流和死时间问题的放大器。将一些Crown Audio放大器中使用的放大器架构被称作各种不同的名称，包括反向电流放大器、平衡电流放大器(BCA )，以及“I类”放大器。在该放大器架构中，对应于已调制的波形的正负开关脉冲在时间上互相交织。当音频输入信号处于零点交叉时，即，在这种情况下在放大器输出端不提供信号，此交织脉冲以50%占空因数的重叠方式将开关接通和关断。于是，通过开关相互直通连接的正负电源相互抵消，从而提供零输出信号。当待放大的进入信号超过零点交叉并进入正电压状态时，交织脉冲的占空因数是，使得直通连接正电源的开关的占空因数增大。当进入信号降到零点交叉以下并进入负状态时，发生相反的情况。尽管此反向电流放大器架构相比常规的PWM放大器提供了显著的改善，但仍然可以对此架构进行改善。例如，如将在以下进一步阐明的，可以通过使用智能设计的反馈系统来对利用相互交织的多个反向电流放大器的放大系统的失真结果进行改善。
发明内容
以下描述具有改善的失真特性的放大器。该放大器包括交织PWM放大器，该交织 PWM放大器响应于修改的输入信号和一个或多个载波信号而生成交织的PWM脉冲。放大器的交织PWM脉冲被用来驱动功率级，诸如反向电流功率级。此放大器还包括交织PWM发生器，该交织PWM发生器响应于修改的输入信号和一个或多个另外的载波信号而提供交织 PWM脉冲。PWM发生器使用的载波信号的相位可以不同于交织PWM放大器用来生成交织PWM 脉冲时所使用的载波信号。在生成修改的输入信号时使用一个或多个反馈电路。更具体地，(一个或多个)反馈电路基于待放大的输入信号和交织PWM发生器的交织PWM脉冲，生成修改的输入信号。可以使用多个反馈电路。为此，可以实现第一反馈电路来反馈交织放大器的功率级的输出，以生成第一反馈信号，同时，可以实现第二反馈电路来反馈PWM发生器的交织 PWM脉冲，以生成第二反馈信号。可使用组合器电路来组合输入信号、第一反馈信号和第二反馈信号，以生成修改的输入信号。可控制各个放大器部分的信号传递特性，以满足所期望的失真降低程度。例如，可组合交织PWM放大器和第一反馈电路，以表现出第一信号传递特性，同时，可组合交织PWM 发生器和第二反馈电路，以表现出第二信号传递特性。可选择第一和第二转移特性，使得它们之间的比例在放大器的输出波段的至少预定部分上与队和&之间的比值相同，其中，队是交织PWM发生器的交织阶数，Nn是交织PWM放大器的交织阶数。在一些放大器实现方式中，交织PWM放大器的交织阶数可以是一(没有交织)。在研究下面的附图和详细说明之后，本领域技术人员将会明白本发明的其它系统、方法、特征以及优点。所有这样的其它系统、方法、特征以及优点都应当包含在该描述中、属于本发明的保护范围，并通过下述的权利要求得到保护。
参考以下附图和说明可以更好地理解本发明。不需要对图中的组件进行比例缩放、强调，通过这些组件的布置即可阐明本发明的原理。并且，在这些附图中，同样的附图标记表示不同视图中的相对应部件。图1是可用于实现图3到5所示的放大器系统的交织放大器的一个例子的示意性框图；图2是示出图1所示的交织放大器的操作的信号图；图3是使用从载波生成的交织PWM反馈信号的放大器的一个例子的框图，其中，此载波的相位不同于用来生成提供给放大器的功率级的PWM驱动信号的载波；图4是使用从载波生成的交织PWM反馈信号的放大器系统的另一例子的框图，其中，此载波的相位不同于用来生成提供给放大器的功率级的PWM驱动信号的载波；图5是使用从载波生成的交织PWM反馈信号的放大器系统的又一例子的框图，其中，此载波的相位不同于用来生成提供给放大器的功率级的PWM驱动信号的载波；
图6是使用交织PWM反馈信号的放大器系统的另一例子的框图，其中，可由衰减电路和延迟电路的特性来确定反馈信号的所希望的特性；图7示出了可用来实现图3到6所示的一个或多个放大器系统的一些相关操作；图8示出了可用来实现图3到6所示的一个或多个放大器系统的一些相关操作， 其中，除了交织PWM反馈信号之外，还使用放大器功率级的输出信号来生成提供给交织PWM 放大器的修改的输入信号；图9是使用交织PWM信号进行PWM纹波抑制的另一放大器系统的框图；图10示出了用来实现图9所示的放大器系统的一些交织操作。
具体实施例方式为了理解以下阐明的范例交织放大器系统，对更常规的PWM放大器的输出信号频谱进行理解是有帮助的。更具体地，自然的双边PWM处理的输出信号频谱可表示
权利要求
1.一种放大器，包括交织PWM发生器，其响应于输入信号而提供初级交织PWM脉冲集合和次级交织PWM脉冲集合；交织PWM输出级，其响应于与初级交织PWM脉冲集合对应的校正后的交织PWM脉冲，生成放大的PWM输出脉冲；交织PWM校正器，其连接在所述交织PWM发生器和所述交织PWM输出级之间，所述交织 PWM校正器用于接收所述初级交织PWM脉冲集合，并且所述交织PWM校正器响应于来自所接收到的初级交织PWM脉冲的从对应于次级交织PWM脉冲集合的一个或多个前馈信号得到的一个或多个校正信号，生成所述校正后的交织PWM脉冲，以供所述交织PWM输出级使用。
2.如权利要求1所述的放大器，其中，利用载波信号生成所述初级交织PWM脉冲集合， 该载波信号与用于生成次级交织PWM脉冲集合的载波信号在相位上不同。
3.如权利要求1所述的放大器，其中，所述交织PWM校正器进一步响应于与放大的PWM 输出信号对应的一个或多个反馈信号，生成所述校正后的交织PWM脉冲，以供所述交织PWM 输出级使用。
4.如权利要求1所述的放大器，其中，所述初级交织PWM脉冲集合的交织阶数N>1， 并且所述次级交织PWM脉冲集合的交织阶数为L，并且其中N = L。
5.如权利要求1所述的放大器，其中，所述初级交织PWM脉冲集合的交织阶数N>1， 并且所述次级交织PWM脉冲集合的交织阶数为L，并且其中N不等于L。
6.一种放大器，包括交织PWM发生器，其响应于输入信号而提供初级交织PWM脉冲集合和次级交织PWM脉冲集合；前馈电路，其提供从所述次级交织PWM脉冲集合得到的一个或多个前馈信号；交织PWM输出级，其响应于与初级交织PWM脉冲集合对应的校正后的交织PWM脉冲，生成放大的PWM输出脉冲；反馈电路，其提供从所述放大的PWM输出脉冲得到的一个或多个反馈信号；交织PWM校正器，其连接在所述交织PWM发生器和所述交织PWM输出级之间，所述交织 PWM校正器用于接收所述初级交织PWM脉冲集合，并且所述交织PWM校正器响应于来自所接收到的初级交织PWM脉冲的从所述一个或多个前馈信号以及所述一个或多个反馈信号得到的一个或多个校正信号，生成校正后的交织PWM脉冲，以供所述交织PWM输出级使用。
7.如权利要求6所述的放大器，其中，从载波信号生成所述初级交织PWM脉冲集合，该载波信号与用于生成所述次级交织PWM脉冲集合的载波信号在相位上不同。
8.如权利要求6所述的放大器，其中，所述初级交织PWM脉冲集合的交织阶数为N，所述次级交织PWM脉冲集合的交织阶数为L，并且其中N = L。
9.如权利要求6所述的放大器，其中，所述前馈电路包括转换器，其布置成，接收所述次级交织PWM脉冲集合；以及增益电路，其具有传递函数扎。
10.如权利要求9所述的放大器，其中，所述反馈电路包括具有传递函数Hn的增益电路。
11.如权利要求10所述的放大器，进一步包括求和电路，其提供一个或多个求和输出信号，该求和输出信号对应于在所述反馈电路的增益电路输出端处提供的一个或多个信号以及在所述前馈电路的增益电路的输出端处提供的一个或多个信号之间的差异。
12.如权利要求11所述的放大器，进一步包括信号处理电路，其响应于所述求和的输出信号，向所述交织PWM校正器提供所述一个或多个校正信号。
13.—种放大器，包括交织PWM发生器，其响应于输入信号而提供初级交织PWM脉冲集合和次级交织PWM脉冲集合；交织PWM校正器，其与所述交织PWM发生器连接，所述交织PWM校正器用于通过基于从所述次级PWM脉冲集合得到的校正信号调整所述初级交织PWM脉冲集合中所包括的脉冲宽度来生成初级交织PWM脉冲集合；以及交织PWM输出级，其连接到所述交织PWM校正器，所述交织PWM输出级使用从所述交织 PWM校正器接收到的校正后的初级交织PWM脉冲集合生成放大的PWM输出信号。
14.如权利要求13所述的放大器，其中所述输入信号被所述放大器放大并被提供为放大后的PWM输出信号，用来驱动负载。
15.如权利要求13所述的放大器，其中所述交织的PWM输出级包括多个输出开关晶体管，所述多个输出开关晶体管由校正后的交织PWM脉冲集合驱动以生成放大的PWM输出信号，用来驱动负载。
16.如权利要求15所述的放大器，其中所述交织PWM脉冲集合被用于得到前馈信号，所述PWM调制信号被用于得到反馈信号，并且所述校正信号是从所述前馈信号和反馈信号得到的。
17.如权利要求16所述的放大器，其中，从所述反馈信号减去所述前馈信号以得到所述校正信号。
18.如权利要求13所述的放大器，其中所述初级交织PWM脉冲集合和所述次级交织 PWM脉冲集合是由所述交织PWM发生器同时生成的。
19.如权利要求13所述的放大器，其中所述初级交织PWM脉冲集合是由所述交织PWM 发生器通过用所述输入信号调制包括N个载波信号的第一载波信号而生成的。
20.如权利要求19所述的放大器，其中所述次级交织PWM脉冲集合是由所述交织PWM 发生器通过用所述输入信号调制包括L个载波信号的第二载波信号而生成的，所述第一载波信号与所述第二载波信号在相位上不同。
全文摘要
本发明描述了一种具有改进的失真特性的放大器(300)。放大器(300)包括响应于修改的输入信号(325)和一个或多个载波信号(390)而生成交织PWM脉冲的交织PWM放大器。放大器(300)的交织PWM脉冲被用于驱动功率级(315)，诸如，反向电流功率级。放大器(300)还包括，响应于修改的输入信号(325)和一个或多个另外的载波信号(390)来提供交织PWM脉冲的交织PWM发生器(370)。PWM发生器(370)使用的载波信号的相位可以不同于交织PWM放大器(305)用来生成其交织PWM脉冲时所使用的载波信号。在生成修改的输入信号时使用一个或多个反馈电路(350，375)。更具体地，(一个或多个)反馈电路基于待放大的输入信号(360)和交织PWM发生器(470)的交织PWM脉冲来生成修改的输入信号(325)。
文档编号H03K7/08GK102355209SQ20111034343
公开日2012年2月15日 申请日期2007年7月10日 优先权日2006年7月12日
发明者杰拉尔德.R.斯坦利 申请人:哈曼国际工业有限公司