[发明专利]多电平D类放大器

说明书

背景技术

D类放大器生成占空比被调制以再现施加到该D类放大器的输入的音频信号的方波。由于输出是二进制的，因此耗散(dissipation)通常远低于传统线性放大器的耗散。而且，由于D类放大器的输出信号的频谱的低频部分基本上是想要的音频信号，并且高频部分除了使波形变为二进制而不用于其它目的，因此通常利用基本上由电抗部件(例如L-C滤波器)制成的无源低通滤波器来去除输出信号的高频部分以保持高效率。然而，取决于调制方案，D类放大器可以是“较少滤波器(filter-less)”的，例如除了负载(例如电动式扬声器)的本征L-R滤波器之外，其将不要求任何滤波。

在输入信号非常低或者甚至为零时，较少滤波器操作在空置状态期间最显著。在这种情况下，如果没有正确地设计或者操作滤波器，向负载提供高频信号的“非较少滤波器”放大器将耗散能量。这对于较少滤波器放大器不会发生，其中对于零信号或者小信号，仅将小量的高频能量施加到扬声器。

许多参数贡献于D类放大器的总功率耗散。尽管换向损失(commutation loss)也很重要，但是欧姆传导(也被称为“IR”)损失通常是最大的。换向损失包括用于驱动输出晶体管的功率以及用于在输出处进行转换的功率(例如，对输出寄生电容器进行充电和放电的电流)。

任何开关放大器的缺点在于射频(RF)发射。由于二进制转换(binary transition)是清晰的，因此输出频谱在射频范围中具有显著含量。将放大器连接到扬声器的导线用作发射天线并且会与附近的RF敏感设备发生干扰。RF发射取决于二进制信号的斜率及其幅度。由于被强制与国际标准和指令兼容，如果不采用其它设计方案，则必须以外部滤波部件为代价来降低RF发射。

传输到负载的最大功率取决于通常等于电源电压的二进制信号的幅度。为了从特定供应源获得更多功率，可以使用自举(boost)技术，例如 由自举电压供电的D类放大器。在这种情况下，RF发射由于二进制波形的较大幅度而更高并且效率由于供应DCDC转换器的损失而更低。

描述D类放大器的专利是Kirn的发明名称为“Multi-Reference，High Accuracy Switching Amplifier”的美国专利No.6,535,058。作为非限制性示例，Kirn没有解决较少滤波器空置操作、放大器效率或者其放大器的RF发射特性的问题。

对于本领域的普通技术人员来说，在阅读下面的描述和研究几副附图之后，现有技术的这些和其它限制将变得明显。

发明内容

在一个实施例中，通过示例而非限制的方式进行阐述，一种多电平D类放大器包括第一功率级和第二功率级。所述第一功率级具有第一输入、第二输入、输出和至少三个功率输入。所述第一功率级还包括逻辑电路以使得在第一输入处于第一逻辑电平时输出处于第一电压电平，在第一输入处于第二逻辑电平并且第二输入处于第一逻辑电平时输出处于第二电压电平，并且在第一输入和第二输入二者均处于第二逻辑电平时输出处于第三电压电平。所述第二功率级具有第一输入、第二输入、输出和至少三个功率输入。所述第二功率级包括逻辑电路以使得在第一输入处于第一逻辑电平时输出处于第一电压电平，在第一输入处于第二逻辑电平并且第二输入处于第一逻辑电平时输出处于第二电压电平，并且在第一输入和第二输入二者均处于第二逻辑电平时输出处于第三电压电平。

在一个实施例中，通过示例而非限制的方式进行阐述，一种放大器包括第一功率级、第一比较器和第二比较器，所述第一功率级包括第一输入、第二输入、输出和三个功率输入，所述第一比较器包括信号输入、三角波输入和耦合到所述第一功率级的第一输入的输出，并且所述第二比较器具有信号输入、三角波输入和耦合到所述第一功率级的第二输入的输出，其中所述第二比较器的信号输入耦合到所述第一比较器的信号输入。所述示例放大器还包括第二功率级、第三比较器以及第四比较器，所述第二功率级具有第一输入、第二输入、输出和三个功率输入，所述第三比较器具有信号输入、三角波输入和耦合到所述第二功率级的第一输入的输出，其中 所述第三比较器的三角波输入耦合到所述第一比较器的三角波输入，并且所述第四比较器具有信号输入、三角波输入和耦合到所述第二功率级的第二输入的输出，其中所述第四比较器的信号输入耦合到所述第三比较器的信号输入，并且其中所述第四比较器的三角波输入耦合到所述第二比较器的三角波输入。