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D類音頻功率放大器及其音頻信號處理方法.pdf

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音頻 功率放大器 及其 信號 處理 方法
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摘要
申請專利號:

CN201110121855.6

申請日:

2011.05.11

公開號:

CN102215029B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H03F 3/217申請日:20110511|||公開
IPC分類號: H03F3/217 主分類號: H03F3/217
申請人: 嘉興禾潤電子科技有限公司
發明人: 沈世龍; 黃武康; 代軍; 楊志飛; 趙玉月; 馬琳; 張偉; 周長勝; 殷明
地址: 314006 浙江省嘉興市南湖區凌公塘路3339號(嘉興科技城)綜合樓A座301室
優先權:
專利代理機構: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220 代理人: 王萍萍
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201110121855.6

授權公告號:

102215029B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2011.11.30|||2011.10.12

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種D類音頻功率放大器及其音頻信號處理方法。該D類音頻功率放大器包括前級放大模塊、三角波發生器、積分器、反饋回路、比較器和驅動模塊;還包括幅值檢測器,用于檢測輸入音頻信號的幅值,幅值檢測器的輸入電壓幅值在0V~2V范圍內。由于增設了幅值檢測器,本發明的D類音頻功率放大器降低了還原的音頻信號的飽和失真。PWM信號通過功率開關來驅動揚聲器,而揚聲器將音頻信號還原,由于PWM信號的脈沖寬度準確包含了輸入音頻信號的幅值信息,本發明的D類音頻功率放大器也提高了輸出音質。

權利要求書

權利要求書
1.  一種D類音頻功率放大器,包括前級放大模塊、三角波發生器、積分器、反饋回路、比較器和驅動模塊,其特征在于:
還包括幅值檢測器,用于檢測輸入音頻信號的電壓幅值,所述幅值檢測器的輸入電壓幅值在0V~2V范圍內;
所述前級放大模塊的輸出端與所述幅值檢測器和所述積分器的輸入端連接,所述輸入音頻信號從通過所述前置放大模塊的輸出端輸出到所述幅值檢測器和所述積分器的輸入端;
所述幅值檢測器的輸出端與所述三角波發生器的輸入端連接,所述幅值檢測器的檢測輸出信號通過所述幅值檢測器的輸出端輸出到所述三角波發生器的輸入端;
所述比較器的輸入端與所述積分器和所述三角波發生器的輸出端連接;
所述檢測輸出信號的電壓幅值隨著所述輸入音頻信號的電壓幅值的增大而增大;所述三角波輸出信號的電壓峰峰值隨著所述檢測輸出信號的電壓幅值的增大而增大。

2.  根據權利要求1所述的D類音頻功率放大器,其特征在于:所述幅值檢測器的輸入電壓幅值在0V~1.5V范圍內。

3.  根據權利要求2所述的D類音頻功率放大器,其特征在于:所述三角波輸出信號的電壓峰峰值在2V~4V范圍內。

4.  根據權利要求1~3中的任一項所述的D類音頻功率放大器,其特征在于:所述檢測輸出信號的電壓幅值隨著所述輸入音頻信號的電壓幅值的增大而減小,所述三角波輸出信號的電壓峰峰值隨著所述檢測輸出信號的電壓幅值的減小而增大。

5.  一種D類音頻功率放大器的音頻信號處理方法,其特征在于:
a)提供一種幅值檢測器,用于檢測輸入音頻信號的電壓幅值,所述幅值檢測器通過所述輸入音頻信號來控制檢測輸出信號,所述檢測輸出信號的電壓幅值隨著所述輸入音頻信號的電壓幅值的增大而增大,所述幅值檢測器的輸入電壓幅值在0V~2V范圍內;
b)所述幅值檢測器的所述檢測輸出信號輸入三角波發生器并控制所述三角波發生器的三角波輸出信號的電壓峰峰值,所述三角波輸出信號的電壓峰峰值隨著所述檢測輸出信號的電壓幅值的增大而增大;
c)所述三角波輸出信號與包含有輸入音頻信號的信息的積分器輸出信號在比較器中比較,當所述三角波輸出信號的電壓峰峰值大于所述積分器的輸出信號的電壓幅值時,所述比較器輸出所述三角波輸出信號。

6.  根據權利要求5所述的D類音頻功率放大器的音頻信號處理方法,其特征在于:
當所述輸入音頻信號的電壓幅值在0V~0.3V范圍內時,所述幅值檢測器將輸出所述檢測輸出信號,所述檢測輸出信號將控制所述三角波發生器輸出電壓峰峰值為2V的所述三角波輸出信號;
當所述輸入音頻信號的電壓幅值在0.3V~0.6V范圍內時,所述幅值檢測器將輸出所述檢測輸出信號,所述檢測輸出信號將控制所述三角波發生器輸出電壓峰峰值為2.5V的所述三角波輸出信號;
當所述輸入音頻信號的電壓幅值在0.6V~0.9V范圍內時,所述幅值檢測器將輸出所述檢測輸出信號,所述檢測輸出信號將控制所述三角波發生器輸出電壓峰峰值為3V的所述三角波輸出信號;
當所述輸入音頻信號的電壓幅值在0.9V~1.2V范圍內時,所述幅值檢測器將輸出所述檢測輸出信號,所述檢測輸出信號將控制所述三角波發生器輸出電壓峰峰值為3.5V的所述三角波輸出信號;
當所述輸入音頻信號的電壓幅值在1.2V~1.5V范圍內時,所述幅值檢測器將輸出所述檢測輸出信號,所述檢測輸出信號將控制所述三角波發生器輸出電壓峰峰值為4V的所述三角波輸出信號。

7.  根據權利要求5所述的D類音頻功率放大器的音頻信號處理方法,其特征在于:所述檢測輸出信號的電壓幅值隨著所述輸入音頻信號的電壓幅值的增大而減小,所述三角波輸出信號的電壓峰峰值隨著所述檢測輸出信號的電壓幅值的減小而增大。

8.  根據權利要求5~7中的任一項所述的D類音頻功率放大器的音頻信號處理方法,其特征在于:所述幅值檢測器的輸入電壓幅值在0V~1.5V范圍內。

9.  根據權利要求8所述的D類音頻功率放大器的音頻信號處理方法,其特征在于:所述三角波輸出信號的電壓峰峰值在2V~4V范圍內。

10.  根據權利要求9所述的D類音頻功率放大器的音頻信號處理方法,其特征在于:所述三角波輸出信號的頻率在200KHz以上。

說明書

說明書D類音頻功率放大器及其音頻信號處理方法
技術領域
本發明涉及音頻功率放大技術領域,尤其涉及一種D類音頻功率放大器及其音頻信號處理方法。
背景技術
D類音頻功率放大器以高效率,低功耗,產生熱量較小等優點,在手機,MP3等便攜式電子產品中得到越來越廣泛的應用。其工作原理是:D類音頻功率放大器將輸入音頻信號與載波信號(三角波輸出信號)比較以產生包含有輸入音頻信號信息的PWM(脈沖寬度調制)信號,PWM信號通過功率開關來驅動揚聲器,而揚聲器將音頻信號還原。或者也可以將PWM信號在輸出端輸出,在后端加濾波器將音頻信號還原后再驅動揚聲器。
如圖1所示,現有技術中的D類音頻功率放大器包含有前級放大模塊10、積分器20、比較器30、驅動模塊40、反饋回路50和固定峰峰值的三角波發生器60。現有技術中的D類音頻功率放大器的三角波輸出信號的頻率和幅值是固定的,當輸入音頻信號的幅值過大時,輸入音頻信號與三角波輸出信號比較產生的PWM信號的脈沖寬度將不能準確包含輸入音頻信號的幅值信息,此時會在還原的音頻信號上產生飽和失真。
因此,本領域的技術人員致力于開發一種D類音頻功率放大器的系統以克服上述缺陷。
發明內容
有鑒于現有技術的上述缺陷,本發明所要解決的技術問題是提供一種D類音頻功率放大器及其音頻信號處理方法,以降低現有技術中的D類音頻功率放大器會由于輸入的音頻信號的幅值過大而導致輸出的音頻信號產生飽和失真。
為實現上述目的,本發明提供了一種D類音頻功率放大器,包括前級放大模塊、三角波發生器、積分器、反饋回路、比較器和驅動模塊;還包括幅值檢測器,用于檢測輸入音頻信號的電壓幅值,所述幅值檢測器的輸入電壓幅值在0V~2V范圍內;所述前級放大模塊的輸出端與所述幅值檢測器和所述積分器的輸入端連接,所述輸入音頻信號從通過所述前置放大模塊的輸出端輸出到所述幅值檢測器和所述積分器的輸入端;所述幅值檢測器的輸出端與所述三角波發生器的輸入端連接,所述幅值檢測器的檢測輸出信號通過所述幅值檢測器的輸出端輸出到所述三角波發生器的輸入端;所述比較器的輸入端與所述積分器和所述三角波發生器的輸出端連接;所述檢測輸出信號的電壓幅值隨著所述輸入音頻信號的電壓幅值的增大而增大;所述三角波輸出信號的電壓峰峰值隨著所述檢測輸出信號的電壓幅值的增大而增大。
較佳地,所述幅值檢測器的輸入電壓幅值在0V~1.5V范圍內。
較佳地,所述三角波輸出信號的電壓峰峰值在2V~4V范圍內。
可替換地,所述檢測輸出信號的電壓幅值隨著所述輸入音頻信號的電壓幅值的增大而減小,所述三角波輸出信號的電壓峰峰值隨著所述檢測輸出信號的電壓幅值的減小而增大。
為實現上述目的,本發明也提供了一種D類音頻功率放大器的音頻信號處理方法,a)提供一種幅值檢測器,用于檢測輸入音頻信號的電壓幅值,所述幅值檢測器通過所述輸入音頻信號來控制檢測輸出信號,所述檢測輸出信號的電壓幅值隨著所述輸入音頻信號的電壓幅值的增大而增大,所述幅值檢測器的輸入電壓幅值在0V~2V范圍內;b)所述幅值檢測器的所述檢測輸出信號輸入三角波發生器并控制所述三角波發生器的三角波輸出信號的電壓峰峰值,所述三角波輸出信號的電壓峰峰值隨著所述檢測輸出信號的電壓幅值的增大而增大;c)所述三角波輸出信號與包含有輸入音頻信號的信息的積分器輸出信號在比較器中比較,當所述三角波輸出信號的電壓峰峰值大于所述積分器的輸出信號的電壓幅值時,所述比較器輸出所述三角波輸出信號。
較佳地,當所述輸入音頻信號的電壓幅值在0V~0.3V范圍內時,所述幅值檢測器將輸出所述檢測輸出信號,所述檢測輸出信號將控制所述三角波發生器輸出電壓峰峰值為2V的所述三角波輸出信號;當所述輸入音頻信號的電壓幅值在0.3V~0.6V范圍內時,所述幅值檢測器將輸出所述檢測輸出信號,所述檢測輸出信號將控制所述三角波發生器輸出電壓峰峰值為2.5V的所述三角波輸出信號;當所述輸入音頻信號的電壓幅值在0.6V~0.9V范圍內時,所述幅值檢測器將輸出所述檢測輸出信號,所述檢測輸出信號將控制所述三角波發生器輸出電壓峰峰值為3V的所述三角波輸出信號;當所述輸入音頻信號的電壓幅值在0.9V~1.2V范圍內時,所述幅值檢測器將輸出所述檢測輸出信號,所述檢測輸出信號將控制所述三角波發生器輸出電壓峰峰值為3.5V的所述三角波輸出信號;當所述輸入音頻信號的電壓幅值在1.2V~1.5V范圍內時,所述幅值檢測器將輸出所述檢測輸出信號,所述檢測輸出信號將控制所述三角波發生器輸出電壓峰峰值為4V的所述三角波輸出信號。
可替換地,所述檢測輸出信號的電壓幅值隨著所述輸入音頻信號的電壓幅值的增大而減小,所述三角波輸出信號的電壓峰峰值隨著所述檢測輸出信號的電壓幅值的減小而增大。
較佳地,所述幅值檢測器的輸入電壓幅值在0V~1.5V范圍內。
較佳地,所述三角波輸出信號的電壓峰峰值在2V~4V范圍內。
較佳地,所述三角波輸出信號的頻率在200KHz以上。
本發明提供的一種D類音頻功率放大器及其音頻信號處理方法有如下技術效果:由于增設了幅值檢測器,幅值檢測器使得三角波輸出信號的電壓峰峰值隨著輸入音頻信號的電壓幅值的增大而增大。包含有輸入音頻信號的信息的積分器輸出信號與三角波輸出信號在比較器中比較,當三角波輸出信號的電壓峰峰值大于積分器的輸出信號的電壓幅值時,比較器將輸出三角波輸出信號。由于比較器輸出的PWM信號的脈沖寬度準確包含了輸入音頻信號的幅值信息,本發明的D類音頻功率放大器及其音頻信號處理方法降低了還原的音頻信號的飽和失真。PWM信號通過功率開關來驅動揚聲器,而揚聲器將音頻信號還原,由于PWM信號的脈沖寬度準確包含了輸入音頻信號的幅值信息,本發明的D類音頻功率放大器及其音頻信號處理方法也提高了輸出音質。
以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明,以充分地了解本發明的目的、特征和效果。
附圖說明
圖1是現有技術的D類音頻功率放大器的結構框圖;
圖2是本發明的D類音頻功率放大器的一較佳實施例的結構框圖。
具體實施方式
如圖2所示,根據本發明的D類音頻功率放大器的一具體實施例,該D類音頻功率放大器包括前級放大模塊100、三角波發生器300、積分器400、反饋回路700、比較器500和驅動模塊600。
D類音頻功率放大器還包括幅值檢測器200,用于檢測輸入音頻信號150的電壓幅值,幅值檢測器200通過輸入音頻信號150的電壓幅值來控制檢測輸出信號250。在本實施例中,幅值檢測器200的輸入電壓幅值在0V~1.5V范圍內。
幅值檢測器200的輸入端與前級放大模塊100的輸出端連接,輸入音頻信號150通過幅值檢測器200的輸入端輸入。幅值檢測器200的輸出端與三角波發生器300的輸入端連接,幅值檢測器200的檢測輸出信號250通過幅值檢測器200的輸出端輸出。
比較器500的輸入端與積分器400和三角波發生器300的輸出端連接。輸入音頻信號150從前置放大模塊的輸出端輸出,輸入到幅值檢測器200和積分器400中。幅值檢測器200輸出檢測輸出信號250,檢測輸出信號250輸入三角波發生器300。
三角波發生器300根據檢測輸出信號250控制三角波發生器300的三角波輸出信號350的電壓峰峰值。檢測輸出信號250的電壓幅值隨著輸入音頻信號150的電壓幅值的增大而增大;三角波輸出信號300的電壓峰峰值隨著檢測輸出信號250的電壓幅值的增大而增大。
其中,輸入音頻信號150的電壓幅值與三角波輸出信號350的電壓峰峰值之間的對應關系如下:
當輸入音頻信號150的電壓幅值在0V~0.3V范圍內時,幅值檢測器200將輸出檢測輸出信號250,檢測輸出信號250將控制三角波發生器300輸出電壓峰峰值為2V的三角波輸出信號350。
當輸入音頻信號150的電壓幅值在0.3V~0.6V范圍內時,幅值檢測器200將輸出檢測輸出信號250,檢測輸出信號250將控制三角波發生器300輸出電壓峰峰值為2.5V的三角波輸出信號350。
當輸入音頻信號150的電壓幅值在0.6V~0.9V范圍內時,幅值檢測器200將輸出檢測輸出信號250,檢測輸出信號250將控制三角波發生器300輸出電壓峰峰值為3V的三角波輸出信號350。
當輸入音頻信號150的電壓幅值在0.9V~1.2V范圍內時,幅值檢測器200將輸出檢測輸出信號250,檢測輸出信號250將控制三角波發生器300輸出電壓峰峰值為3.5V的三角波輸出信號350。
當輸入音頻信號150的電壓幅值在1.2V~1.5V范圍內時,幅值檢測器200將輸出檢測輸出信號250,檢測輸出信號250將控制三角波發生器300輸出電壓峰峰值為4V的三角波輸出信號350。
由于增設了幅值檢測器200,幅值檢測器200使得三角波輸出信號300的電壓峰峰值隨著輸入音頻信號150的電壓幅值的增大而增大。包含有輸入音頻信號150的信息的積分器400輸出信號與三角波輸出信號350將輸入比較器500并在比較器500中比較。當三角波輸出信號350的電壓峰峰值大于積分器400的輸出信號的電壓幅值時,比較器500將輸出三角波輸出信號350。
由于比較器輸出的PWM信號的脈沖寬度準確包含了輸入音頻信號150的幅值信息,本發明的D類音頻功率放大器及其音頻信號處理方法降低了還原的音頻信號的飽和失真。PWM信號通過功率開關來驅動揚聲器,而揚聲器將音頻信號還原,由于PWM信號的脈沖寬度準確包含了輸入音頻信號150的幅值信息,本發明的D類音頻功率放大器及其音頻信號處理方法也提高了輸出音質。
在本實施例中,三角波輸出信號350的電壓幅值在2V~4V范圍內,三角波輸出信號350的頻率在200KHz以上。
在其他實施例中,檢測輸出信號250的電壓幅值隨著輸入音頻信號150的電壓幅值的增大而減小;三角波輸出信號300的電壓峰峰值隨著檢測輸出信號250的電壓幅值的減小而增大。
在其他實施例中,幅值檢測器200的輸入電壓幅值可根據輸入的音頻信號的最大幅值調整。一般的應用中,幅值檢測器200的輸入電壓幅值在0V~2V范圍內。
在其他實施例中,通過三角波發生器300,三角波輸出信號350的峰峰值隨著檢測輸出信號250的電壓幅值的減小而增大。
以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解,本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此,凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案,皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。

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