[发明专利]D类功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种D类功率放大器，具体地说，涉及一种采用输出共模电压校正电路的D类功率放大器。

背景技术

近年来，随着数字技术的发展，大部分的音频格式以及整个音频链路都采取全数字化的方式。在诸如CD，Mp3播放器，智能电话，平板电脑，互联网等领域，音乐和语音信号都是以数字方式传输和存储的。数字信号驱动扬声器的传统方法包括两步，首先将其转换成模拟信号，然后将其功率放大到合适的量级。这些操作是通过高性能的数模转换器(DAC)级联AB类音频放大器的方法来实现的。然而，通常而言，AB类放大器的功率效率比较低，这会影响系统的电池寿命并且增加热耗散。因此，近年来许多研究转向了开关放大器的领域，因为它们具有更高的效率。

D类功率放大器通过采用脉冲宽度调制(PWM)或者脉冲密度调制(PDM)把输入的模拟信号调制成控制输出功率管的开关信号，可以实现很高的效率。并且，输入模拟信号的D类功率放大器可以对DAC滤波输出的信号进行处理，通过引入模拟负反馈环路，抑制了输出开关功率管的失真，同时可以抑制电源电压的噪声。通常而言，相比PWM方式，PDM方式可以获得更高的性噪失真比，更低的总谐波失真，是近年来研究的热点。

相比双电平开关(“+1”，”-1”)，三电平开关(“+1”，“0”，“-1”)由于其具有更高的功率效率，近年来受到业界越来越多的关注。然而，传统的三电平开关面临输出共模电压变化的问题：当输出为“0”状态时，全桥输出功率管的两个差分输出将被同时拉到地(VSS)或者电源电压(VDD)上，此时的输出共模电压为VSS或者VDD；而当输出为“+1”或“-1”状态时，全桥输出功率管的两个差分输出一个被拉到VDD，一个被拉到VSS，此时的输出共模电压为(VDD+VSS)*0.5。输出共模电压的波动会由于电路中有限的共模-差模转换增益引起的信噪比恶化，影响D类放大器的性能。目前解决上述问题的主要方法参见以下文献：

[1]A.Matamura,N.Nishimura,and B.-Y.Liu,“Filterless multi-Level delta-sigma class-D amplifier for portable applications,”in Proc.IEEE Int.Symp.Circuits and Systems,May 2009,pp.1177–1180.

[2]Jinho Noh,,Dongjun Lee,,Jun-Gi Jo,”A Class-D Amplifier With Pulse Code Modulated(PCM)Digital Input for Digital Hearing Aid”JSSC,VOL.48,NO.2,Feb 2013,pp465-472

文献[1]输出共模电压VDD和VSS交替导通的方式来平均输出共模电压，只能保证长期的平均共模电压为(VDD+VSS)*0.5。文献[2]采用了稳定输出共模电压的电容，来保证共模电压始终为(VDD+VSS)*0.5，但是电容的面积很大，不便于单片集成。

因此，如何采用代价最小，最有效的方法来控制输出共模电压的波动，避免其引起性能的恶化，是目前业界尚未解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够有效控制输出共模电压波动，避免信噪比恶化问题，且便于集成、效率较高的D类功率放大器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种D类功率放大器，包括

ΣΔ调制器，所述的ΣΔ调制器输入外部模拟输入差分信号并调制后输出第一数字码信号；

开关逻辑电路，所述的开关逻辑电路输入所述的第一数字码信号并转换后输出第二数字码信号；

全桥输出功率管电路，所述的全桥输出功率管电路输入所述的第二数字码信号并在其控制下输出两路差分信号；

两路所述的差分信号也反馈输入所述的ΣΔ调制器；

所述的D类功率放大器还包括根据所述的差分信号产生共模选择信号的输出共模电压校正电路；

所述的输出共模电压校正电路包括两个电阻串联构成而用于提取所述的差分信号中的共模信号的电压提取电路、共模校正积分器、比较器；所述的电压提取电路的两端分别与两路所述的差分信号相连接，所述的电压提取电路中两个电阻的共同端与所述的共模校正积分器的正输入端相连接，所述的共模校正积分器的负输入端输入有预设的参考电平信号，所述的共模校正积分器的输出端与所述的比较器的输入端相连接，所述的比较器的输出端与所述的开关逻辑电路相连接。