[发明专利]D级数字放大器

说明书

本发明涉及数字放大器。

参照资料

除在本说明书中参考的专利外，详细参考：

[1]“Pulse Edge Delay Error Correction(PEDEC)-A Novel PowerStage Error Correction Principle for Power Digital-Analog Conversion(脉冲沿误差校正(PEDEC)-一种用于数模转换的新颖功率级误差原理)”by Karsten Nielsen，Proceedings of the 103rd Convention of the AudioEngineeering Society(声频工程协会的第103次会议会刊)，1997年9月。

[2]“A Review and Comparison of Pulse Width Modulation(PWM)Mehtods for Analog and Digital Input Switching Power Amplifiers(用于模数输入切换功率放大器的脉冲宽度调制(PWM)方法的回顾和比较)”byKarsten Nielsen，Proceedings of the 102^nd Convention of the AudioEngineeering Society(声频工程协会的第102次会议会刊)，1997年3月。

[3]“All Digital Power Amplifier Based on Pulse Width Modulation(基于脉冲宽度调制的全数字功率放大器)”by Karsten Nielsen，Proceedings of the 96^th Convention of the Audio Engineeering Society(声频工程协会的第96次会议会刊)，1994年2月。

D级放大器使用脉冲宽度调制(PWM)技术数字地处理模拟信号，因而导致增大的效率。PWM信号施加到一个提供高输出电流能力的功率DMOS H桥。

恒定振幅但变化宽度的高频方波从调制器输出。当用来放大声频时，这些变宽度脉冲包含声频信息。输出信号必须低通滤波以把声频信息与高频信号相隔离。适当的滤波保证由系统产生的声音的质量。

图1是方块图，按功能表示一般描绘为10的D级放大器的主要元件。声频信号供给到一个输入级11，输入级11的输出由一个PWM调制器12调制，PWM调制器12把模拟输入信号变成一个恒频率、变工作循环的PWM信号。这似乎复杂的操作借助于一个设置到一个固定频率例如250kHz的斜坡发生器和比较器实现。斜坡发生器一般产生一种三角波形，这种波形与模拟输入信号一起连接到一个比较器。比较器的输出每次交叉切换模拟输入信号和三角波形。来自比较器的生成输出是一个包含模拟输入信号信息的250kHz PWM波形。

生成数字信号供给到一个在一种H桥配置中使用有力和有效DMOS晶体管的PWM增益单元13。DMOS晶体管把功率从电源传递到一个使用“能量包”、由调制器12产生的PWM信号控制的低通滤波器14。在D级放大器中的晶体管工作在截止或饱和区域中，类似于开关模式电源的操作。以这种方式操作DMOS晶体管使普通与线性功率放大器中的晶体管有关的功率损失最小。然而，与切换状态和rDS(ON)-这在它处于ON状态时是DMOS的内部电阻-有关的可忽略损失，是不可避免的。当前，最小化这些损失的程度是高度设计依赖的，并且反映在放大器的整体成本中。如果效率的大部分增益不损失在滤波阶段，则包括一个电感器和一个电容器的低通滤波器14要求认真设计。

尽管与常规模拟功率放大器相比改进了D级放大器的效率，但因为如下几个原因这些电路布局的使用在专业声频领域不象期望的那样广泛：

1.切换系统的性能对系统的抽样频率的直接依赖。这需要不容易得到的元件，强迫选择投入实用复杂的具体解决方案。

2.重新建造放大声频信号的低通滤波器的性能差。

3.在制造可靠高性能(低失真)系统时涉及的困难。

4.在控制系统的传导和辐射发射以避免对系统元件的有害影响和对其他设备的干扰时涉及的困难。

5.与其线性等效物相比，系统成本(从设计和制造的观点看毫无疑问更复杂)仅对于中/高功率装置有竞争力。