[发明专利]声频驱动电路及其方法

说明书

本发明提供了声频驱动电路及其方法，其中该声频驱动电路包含调变电路，调制器电路被配置为接收声频输入信号且产生第一调变数字脉冲信号。第一调变数字脉冲信号具有在供应电源电压和供应接地电压之间切换的振幅。声频驱动电路也包含耦合到调变电路的切换式驱动电路，以接收第一调变数字脉冲信号，且被配置为提供第二调变数字脉冲信号以驱动金属氧化物半导体输出晶体管。第二调变数字脉冲信号具有与第一调变数字脉冲信号相同的时序模式，且具有与声频输入信号的振幅线性追踪的振幅。

技术领域

本发明涉及声频系统中的电子电路的领域。更具体地，本发明涉及用于声频应用的有效扬声器驱动器。本发明的实施例也可以应用于有效的功率转换电路。

背景技术

D类放大器(class-D amplifier)，也称为开关放大器(switching amplifier)，是一种电子放大器，其中所有晶体管均作为二进制开关操作。它们完全开启或完全关闭。D类放大器采用轨对轨(rail-to-rail)输出开关，理想情况下，其输出晶体管实际上总是能达到零电流或零电压。因此，它们的功率消耗极小，并且它们在很宽的功率位范围内都能提供高效率。它们出色的高效率推动了它们在从手机到平板电视和家庭影院接收器的各种声频应用中的使用。D类声频功率放大器比AB类声频功率放大器效率更高。由于效率更高，D类放大器要求更小的电源供应并消除散热器，从而大大降低了整体系统成本，尺寸和重量。

D类声频功率放大器根据声频输入信号，将声频信号转换为高频脉冲切换输出。某些D类放大器使用脉冲宽度调变器(PWM)来产生一系列调节脉冲，这些调节脉冲的宽度会随音频信号的振幅而变化。宽度变化的脉冲以固定的频率切换功率输出晶体管。其他D类放大器可能依赖于其他类型的脉冲调变器。以下讨论将主要参考脉冲宽度调变器，但是所属技术领域具有通常知识者将认识到，D类放大器可以配置有其他类型的调变器。

图1为说明常规D类放大器100的简化示意图。差分输入声频信号INP及INM输入至比较器101及102，其输入信号INP及INM与从振荡器103产生的三角波VREF作比较，以产生脉冲宽度调变信号106及107。脉冲宽度调变信号106及107分别耦合至晶体管M1、M2、M3及M4的栅极。D类放大器的差分输出信号OUTM及OUTP也分别提供在标有OUTM和OUTP的端子上。如图1所示，输出信号OUTM及OUTP连接至扬声器负载110，其负载通过电感器L1及电阻器R1表示。

图2为说明在图1的D类放大器中的信号调变的波形图。如图2所示，差分输入信号，例如声频信号INM及INP，由两个比较器与三角参考波形比较，如以上结合图1所描述。比较器的输出信号为固定频率的脉冲信号，其迈冲宽度正比于输入信号。在图2中所示的两个脉冲宽度调变信号为OUTP及OUTM。

传统D类放大器具有输出(OUTP及OUTM)，其输出具有从接地Vss至Vdd的摆幅范围。

发明内容

发明人已经观察到，在声频应用中，音乐信号通常具有较大的波峰因数(峰值与RMS之比)，其可以在10至20dB的数量级。这意味着，当通过放大器将声频档案播放到扬声器时，大部分时间都以较低的功率位消耗功率，且有时以峰值功率位消耗功率。因此，播放期间消耗的总能量在很大程度上取决于较低输出功率位下的放大器功率效率。与AB类驱动器相比，D类驱动器由于切换门(switched gates)的充电和放电而在低信号位下遭受切换损耗的困扰。为了解决这个问题，本发明的各种实施例解决了在较低输出功率位下开关驱动器级的效率。

根据本发明的一些实施例，声频驱动电路包括配置为接收声频输入信号的调变电路及用于驱动金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor,MOS)输出晶体管的切换式驱动电路。