[发明专利]减小跳跃噪声

说明书

技术领域

本发明涉及调整D类放大器的操作频率或相位以减小由频率或相位调整引起的跳跃(pop)噪声的方法。

背景技术

改变D类放大器中对脉冲宽度调制器(PWM)进行驱动的开关时钟的频率或相位将在输出处产生伪信号是众所周知的，这种伪信号表现为咔嗒声。这些咔嗒声被称为跳跃噪声，这对音频放大器而言是一个越来越重要的参数。

有若干原因使得D类开关时钟的频率或相位可能发生改变。这些原因包括：使用跳频以避免放大器输出开关频率或谐波出现在调谐的AM频率上；扩频调制，其中PWM开关时钟频率由慢变信号调制以拓宽开关频谱从而减小电磁干扰(EMI)的谱密度；对系统中几个D类放大器集成电路进行同步使他们都同相工作；以及在AD调制(其中输出通道的半桥切换为彼此不同相)和BD调制(其中所述半桥切换为同相)之间变化。

为测量D类音频放大器产生的跳跃噪声，音频放大器的差分输出电压首先转换成单端电压。该单端电压被馈送通过20kHz低通滤波器和ITU-R2K滤波器。最后，跳跃噪声被计量为ITU-R2K滤波器的峰值输出电压。大约5年前，10mV的跳跃噪声被认为是完全可以接受的；现在则要求3mV的跳跃噪声，并预计在将来会需求更低的值。

发明内容

根据本发明，提供了如独立权利要求中所述的装置和方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种调整D类放大器的操作频率或相位的方法，该方法包括对频率或相位进行一系列阶跃变化来将频率或相位从起始值调整到所需的最终值，频率或相位的每一阶跃变化引起D类放大器的输出的相应扰动，从而产生一系列扰动，每一扰动从初始幅度开始变化，沿第一方向(sense)具有第一峰值且随后沿相反的第二方向具有第二峰值，其中，对阶跃变化之间的时间进行选择，使得所述一系列扰动中除了最后扰动之外的其余每一扰动的第二峰值与紧随其后的扰动的第一峰值交迭。

每一扰动都是产生跳跃噪声的上述伪信号之一。每一扰动包括正峰和负峰。代替单一大步长的频率改变，本发明通过对阶跃变化进行定时使一系列扰动中一个扰动的正峰与相邻扰动的负峰相对准来工作。这样，该系列扰动中除了第一扰动和最后扰动之外，所有扰动的正负峰均抵消，使得频率变化的可听效果大大降低。

正负峰没有必要精确对准。因此，虽然阶跃变化之间的时间可以选择为使得该系列扰动中除了最后扰动之外的其余每一扰动的第二峰值与紧随其后的扰动的第一峰值完全重合，但是只需要基本上重合即可。

对信号的扰动的可听性取决于很多方面。音频频带(20Hz～20kHz)内的重复信号(例如，由频率或相位的一系列小阶跃变化引起)产生音调(tone)，在音频频带内具有能量成分的短扰动会导致跳跃噪声。跳跃噪声由听者感知的结果还取决于两个扰动之间的高度形状和距离。音调通常比跳跃更令人讨厌。

本发明有效地使D类放大器的频率或相位变化的可听效果表现为两个小的跳跃噪声，而不是音调。当跳跃噪声在ITU-2k滤波器输出处的峰值电压在7mV-20mV的范围中时，跳跃噪声对于听者是可以接受的。

感知的可听扰动不一定等于导致该可听扰动的电扰动，因为只有音频频带内的能量是可听见的。与电信号相关联的感知到的可听扰动通过使该电信号通过ITU-2k滤波器来建模。因此，如果没有可听结果，频率或相位的变化产生的电扰动没有必要完全抵消，但ITU-2k滤波器的输出应该被抵消。该滤波器的特性在相对较低的频率处相当迅速的下降，因此这些相对较低的频率优选地应被抵消。通常，希望所有4kHz以下的都被抵消，这可以通过使该系列扰动中除了最后扰动的其余每一扰动的第二峰值与紧随其后的扰动的第一峰值在约0.25ms内重合来实现。于是可以认为该系列中除了最后扰动之外的其余每一扰动的第二峰值与紧随其后的扰动的第一峰值基本重合。

因此，阶跃变化之间的时间优选地选择为使得该系列中除了最后扰动之外的其余每一扰动的第二峰值与紧随其后的扰动的第一峰值基本重合。

通常，阶跃变化之间的时间被选择为等于每一扰动的持续时间的一半。选择该时间，使得阶跃变化在扰动通过初始幅度的时刻发生。这确保了相邻扰动的第一和第二峰值之间的良好对准，但是少许偏差，例如由于元件公差而导致的偏差，是可以接受的，而不会引起严重的退化。

对于众多应用，特别是对于音频放大，阶跃变化之间的时间在5μs到200μs的范围中，优选的是在10μs到100μs的范围中，更优选的是在30μs到80μs的范围中。发现这些值对于音频放大器中使用的典型PWM时钟频率提供所需的脉冲抵消。例如，相应的PWM时钟频率在250kHz到550kHz的范围中。