D类开环放大器的增益控制转让专利
申请号 : CN201980049446.4
文献号 : CN112470400B
文献日 : 2021-12-10
发明人 : 朱磊 , 特贾斯维·达斯 , 约翰·L·梅兰森 , 沈威信 , 白婧 , 赵欣 , 费晓凡
申请人 : 思睿逻辑国际半导体有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种电路系统,包括:
数字调制器,所述数字调制器被配置为调制在所述数字调制器的输入处接收的输入信号,以在所述数字调制器的输出处生成经调制的输入信号;
数字增益元件,所述数字增益元件具有数字增益并耦接到所述数字调制器;
开环D类放大器,所述开环D类放大器耦接到所述数字调制器的输出并被配置为放大所述经调制的输入信号,其中所述开环D类放大器由可变电源供电,所述可变电源具有能够响应于所述输入信号的一个或多个特性而变化的可变电源电压;以及控制电路,所述控制电路被配置为控制所述数字增益,以近似抵消由于响应于所述输入信号的一个或多个特性的所述可变电源电压的变化而引起的所述开环D类放大器的模拟增益的变化。
2.根据权利要求1所述的电路系统,其中所述数字增益元件集成到被耦接在所述数字调制器的输出和所述数字调制器的输入之间的所述数字调制器的反馈路径中。
3.根据权利要求1所述的电路系统,其中所述数字增益元件将所述数字增益应用于所述数字调制器的输入。
4.根据权利要求1所述的电路系统,其中所述控制电路被配置成通过以下方式控制所述数字增益:
监控所述可变电源电压;以及
基于通过监控所述可变电源电压检测到的所述可变电源电压的变化来控制所述数字增益。
5.根据权利要求4所述的电路系统,其中所述控制电路包括:耦接到所述可变电源的模拟前端;以及耦接到所述模拟前端的模数转换器。
6.根据权利要求4所述的电路系统,其中所述控制电路被配置成通过以下方式控制所述数字增益:
将所述输入信号的一个或多个特性作为索引应用于增益查找表;以及根据由所述一个或多个特性索引的所述增益查找表的条目来设置所述数字增益。
7.根据权利要求1所述的电路系统,其中所述控制电路被配置成通过以下方式控制所述数字增益:
将所述输入信号的一个或多个特性作为索引应用于增益查找表;以及根据由所述一个或多个特性索引的所述增益查找表的条目来设置所述数字增益。
8.根据权利要求1所述的电路系统,其中所述可变电源以多种模式操作,所述多种模式包括快速充电模式,在所述快速充电模式中所述可变电源电压基本上被瞬时修改为新值,其中所述新值基于所述输入信号的所述一个或多个特性。
9.根据权利要求8所述的电路系统,其中所述多种模式还包括第二模式,在所述第二模式中所述可变电源电压被修改为所述新值。
10.根据权利要求1所述的电路系统,其中所述输入信号的一个或多个特性包括所述输入信号的幅值、所述输入信号的信号频率和所述输入信号的信号升降速率中的一个或多个。
11.一种在具有以下组件的电路系统中进行的方法:数字调制器,所述数字调制器被配置为调制在所述数字调制器的输入处接收的输入信号,以在所述数字调制器的输出处生成经调制的输入信号;数字增益元件,所述数字增益元件具有数字增益并耦接到所述数字调制器;以及开环D类放大器,所述开环D类放大器耦接到所述数字调制器的输出并被配置为放大所述经调制的输入信号,其中所述开环D类放大器由可变电源供电,所述可变电源具有能够响应于所述输入信号的一个或多个特性而变化的可变电源电压,所述方法包括:控制所述数字增益以近似抵消由于响应于所述输入信号的一个或多个特性的所述可变电源电压的变化而引起的所述开环D类放大器的模拟增益的变化。
12.根据权利要求11所述的方法,其中所述数字增益元件集成到被耦接在所述数字调制器的输出和所述数字调制器的输入之间的所述数字调制器的反馈路径中。
13.根据权利要求11所述的方法,其中所述数字增益元件将所述数字增益应用于所述数字调制器的输入。
14.根据权利要求11所述的方法,其中控制所述数字增益包括:监控所述可变电源电压;以及
基于通过监控所述可变电源电压检测到的所述可变电源电压的变化来控制所述数字增益。
15.根据权利要求14所述的方法,其中监控所述可变电源电压包括:由模拟前端接收所述可变电源电压;以及用耦接到所述模拟前端的模数转换器将由所述模拟前端调整的所述可变电源电压转换成等效数字信号。
16.根据权利要求14所述的方法,其中控制所述数字增益包括:将所述输入信号的一个或多个特性作为索引应用于增益查找表;以及根据由所述一个或多个特性索引的所述增益查找表的条目来设置所述数字增益。
17.根据权利要求11所述的方法,其中控制所述数字增益包括:将所述输入信号的一个或多个特性作为索引应用于增益查找表;以及根据由所述一个或多个特性索引的所述增益查找表的条目来设置所述数字增益。
18.根据权利要求11所述的方法,其中所述可变电源以多种模式操作,所述多种模式包括快速充电模式,在所述快速充电模式中所述可变电源电压基本上被瞬时修改为新值,其中所述新值基于所述输入信号的所述一个或多个特性。
19.根据权利要求18所述的方法,其中所述多种模式还包括第二模式,在所述第二模式中所述可变电源电压被修改为所述新值。
20.根据权利要求11所述的方法,其中所述输入信号的一个或多个特性包括所述输入信号的幅值、所述输入信号的信号频率和所述输入信号的信号升降速率中的一个或多个。
说明书 :
D类开环放大器的增益控制
技术领域
背景技术
个或多个扬声器的电路系统。这种电路系统通常包括用于将音频输出信号驱动到头戴式受
话器或扬声器的功率放大器。一般来说,功率放大器通过从电源获取能量并控制音频输出
信号以匹配输入信号形状(但具有较大幅值)来放大音频信号。
晶体管)作为电子开关操作。在D类放大器中,待放大的信号可以通过脉宽调制、脉冲密度调
制或另一调制方法转换成一系列脉冲,使得信号被转换成经调制的信号,其中经调制的信
号的脉冲特性(例如,脉冲宽度、脉冲密度等)是信号的幅值的函数。在用D类放大器进行放
大后,输出脉冲串可以通过无源低通滤波器而转换成未调制的模拟信号,其中这种低通滤
波器可以是D类放大器或由D类放大器驱动的负载固有的。通常由于这样的事实而使用D类
放大器,即,它们可能比线性模拟放大器更加功率有效,因为与线性模拟放大器相比,D类放
大器在有源设备中可以以热量的方式消耗更少的功率。
发明内容
号;数字增益元件,该数字增益元件具有数字增益并耦接到数字调制器;开环D类放大器,该
开环D类放大器耦接到数字调制器的输出并被配置为放大经调制的输入信号,其中开环D类
放大器由可变电源供电,该可变电源具有可响应于输入信号的一个或多个特性而变化的可
变电源电压;以及控制电路,该控制电路被配置为控制数字增益,以近似抵消由于响应于输
入信号的一个或多个特性的可变电源电压的变化而引起的开环D类放大器的模拟增益的变
化。
环D类放大器的模拟增益的变化,该系统具有:数字调制器,该数字调制器被配置为调制在
数字调制器的输入处接收的输入信号,以在数字调制器的输出处生成经调制的输入信号;
数字增益元件,该数字增益元件具有数字增益并耦接到数字调制器;以及开环D类放大器,
该开环D类放大器耦接到数字调制器的输出并被配置为放大经调制的输入信号,其中开环D
类放大器由可变电源供电,该可变电源具有可响应于输入信号的一个或多个特性而变化的
可变电源电压。
组合来实现和达到。
附图说明
具体实施方式
且应当理解的是,个人音频设备1可以与各种音频换能器结合使用,包括但不限于头戴式受
话器、耳塞、入耳式耳机和外部扬声器。插头4可以提供耳机3到个人音频设备1的电端子的
连接。替代性地,在一些实施例中,耳机3可以无线耦接(例如,通过蓝牙连接)到个人音频设
备1。个人音频设备1可以向用户提供显示,并使用触摸屏2接收用户输入,或者替代性地,标
准液晶显示器(liquid crystal display,LCD)可以与设置在个人音频设备1的面和/或侧
部上的各种按钮、滑动件和/或拨号盘相组合。同样如图1所示,个人音频设备1可以包括音
频集成电路(integrated circuit,IC)9,该音频集成电路用于生成模拟音频信号以便传输
到耳机3和/或另一音频换能器(例如,扬声器)。
18(例如,数字信号处理器或“DSP”)可以向数模转换器(digital‑to‑analog converter,
DAC)14供应数字音频输入信号DIG_IN,该数模转换器可以将数字音频输入信号转换成模拟
输入信号VIN。DAC 14可以向放大器16提供模拟信号VIN,该放大器可以放大或衰减模拟输入
信号VIN以提供音频输出信号VOUT,该音频输出信号可以操作扬声器、头戴式受话器换能器、
线路电平信号输出和/或其他合适的输出。
以驻留在耳机3内。
的放大器16的全部或一部分。如图3所示,示例脉宽调制放大器22可以包括数字PWM子系统
24、预驱动器级33、由低压差(low‑dropout,LDO)调节器32供电的驱动器级34、以及控制子
系统30。
信号VIN转换成等效PWM信号的任何合适的系统、设备或装置。如图3所示,数字PWM子系统24
可以包括前馈路径,该前馈路径包括环路滤波器40、量化器44以及包括数字增益元件46的
反馈路径。
器44的经滤波的输入信号的任何系统、设备或装置。在一些实施例中,这种经滤波的输入信
号可以包括指示输入信号和反馈信号之间的积分误差的信号。
或装置。如图3中示出并在下面更详细地描述那样,数字增益元件46的可变数字增益可以由
控制子系统30生成的一个或多个控制信号控制。
括信号缓冲器和/或用于提供对驱动器级34的开关的栅极端子的控制的其他逻辑元件。
其他换能器)的任何系统、设备或装置。因此,驱动器级34可以包括多个输出开关,该多个输
出开关被配置为根据由数字PWM子系统24生成的经调制的信号生成输出信号VOUT。
性电压调节器,即使当LDO调节器的输入电压非常接近其输出电压时,该直流线性电压调节
器也可以调整其输出电压。同样如图3中示出并在下面更详细地描述那样,由LDO调节器32
生成的电源电压VDD在由控制子系统30生成的一个或多个控制信号的控制下是可变的。在
一些实施例中,LDO调节器32可以以多种模式操作,该多种模式包括快速充电模式,在该快
速充电模式中可变电源电压VDD基本上被瞬时修改为新值,其中新值基于输入信号VIN的一
个或多个特性。在这样的实施例中,多个模式还可以包括第二模式,在该第二模式中可变电
源电压VDD被修改为新值,其中对新值的修改速率被限制为转换速率。
器32)生成的可变电源电压(例如,电源电压VDD)的任何系统、设备或装置。输入信号的这种
一个或多个特性包括输入信号的幅值、输入信号的信号频率和输入信号的信号升降速率
(例如,幅值的增加或减小的速率)中的一个或多个。例如,当输入信号的一个或多个特性包
括输入信号的幅值中的一个或多个时,可变电源电压可以跟踪输入信号的信号包络。
益元件46的可变数字增益。例如,随着可变电源电压VDD增加,驱动器级34的模拟增益可以增
加,并且模拟增益的这种增加可以通过控制子系统30检测可变电源电压/模拟增益的增加
并作为响应降低数字增益元件46的可变数字增益来补偿。同样地,随着可变电源电压VDD降
低,驱动器级34的模拟增益可能降低,并且模拟增益的这种降低可以通过控制子系统30检
测可变电源电压/模拟增益的降低并作为响应增加数字增益元件46的可变数字增益来补
偿。为了提供这种监控和控制,控制子系统30可以包括耦接到LDO调节器32的模拟前端
(analog front end,AFE)62,该模拟前端用于接收电源电压VDD并调整所感测的电源电压
VDD并将经调整的电源电压VDD输出到耦接到AFE 62的模数转换器64,该模数转换器可以被
配置成将经调整的电源电压信号转换成可以用于控制增益元件46的可变数字增益的等效
数字信号。因此,控制子系统30可以被配置为控制数字增益元件46的数字增益,以近似抵消
由于响应于输入信号的一个或多个特性(例如,输入信号的幅值、输入信号的信号频率和输
入信号的信号升降速率中的一个或多个,如在本公开的其他地方更详细讨论的那样)的可
变电源电压(电源电压VDD)的变化引起的开环D类放大器(PWM放大器22)的模拟增益的变化。
升降速率中的一个或多个),并且将输入信号的一个或多个特性作为索引应用到增益查找
表52,以便根据由一个或多个特性索引的增益查找表52的条目来设置增益元件46的可变数
字增益。各种条目可以包括数字增益值,这些数字增益值可以被应用来补偿由控制子系统
30响应于输入信号VIN的一个或多个特性而导致的电源电压VDD的变化。例如,下表表示增益
查找表52的示例实施例:
[‑15dBv,‑6dBv] ‑3 0.7
[‑6dBv,0] ‑6 1
元件46应用的数字增益和将由LDO调节器32输出的相对应的电源电压VDD。
入信号VIN的信号频率低于阈值频率,并且输入信号VIN的信号升降速率低于阈值升降速率,
则信号检测电路50可以简单地基于下表中阐述的信号电平索引条目应用增益元件46的数
字增益和要由LDO调节器32输出的相对应的电源电压VDD。然而,在这样的示例中,如果输入
信号VIN的信号频率高于阈值频率或者输入信号VIN的信号升降速率高于阈值升降速率,则
信号检测电路50可以应用增益元件46的最低数字增益和将由LDO调节器32输出的相对应的
最高电源电压VDD(例如,当信号频率和信号升降速率中的任一个或两个高于它们各自的阈
值时,应用增益查找表52的最后一行)。
字增益相关的功能。在其他实施例中,PWM放大器22可以不包括与监控电源电压VDD并且基于
这种监控修改可变数字增益相关的功能,但是可以包括与基于输入电压VIN从增益查找表52
中选择数字增益相关的功能。
关的功能。在这样的实施例中的一些中,与基于输入电压VIN从增益查找表52中选择数字增
益相关的功能可以用于为增益元件46设置“粗略”数字增益水平,并且与监控电源电压VDD并
且基于这种监控修改可变数字增益相关的功能可以用于为增益元件46设置“细化”数字增
益水平,该“精细”数字增益水平细化由增益查找表52定义的粗略设置。
放大器,并该申请通过引用结合于此。
例PWM放大器22A在许多方面类似于图3的PWM放大器22。因此,下面仅讨论PWM放大器22A和
PWM放大器22之间的差异。
输入电压VIN))而不是PWM放大器22的增益元件46。如同PWM放大器22的情况,控制子系统30
可以生成控制信号来控制可变数字增益46A,以便补偿由响应于输入电压VIN的一个或多个
特性的可变电源电压VDD的变化导致的驱动器级34的模拟增益的变化。
其他类型的放大器中使用,包括但不限于用于驱动触觉换能器的放大器。
具有中间元件或没有中间元件。
理解的对本文中的示例实施例的所有改变、替换、变化、变更和修改。此外,在所附权利要求
中对适配成、布置成、能够、配置成、使其能够、能够操作或可操作以执行特定功能的装置或
系统或装置或系统的组件的引用涵括该装置、系统或组件,无论其或该特定功能是否被激
活、开启或解锁,只要该装置、系统或组件如此适配、布置、能够、配置、使其能够、能够操作
或可操作即可。因此,在不脱离本公开的范围的情况下,可以对本文描述的系统、装置和方
法进行修改、添加或省略。例如,系统和装置的组件可以是集成的或分离的。而且,本文公开
的系统和装置的操作可以由更多、更少或其他组件来执行,并且所描述的方法可以包括更
多、更少或其他步骤。附加地,步骤可以以任何合适的顺序执行。如本文所用,“每一个”是指
集合的每一个成员或集合的子集的每一个成员。
描述的示例性实施方式和技术。
件。尽管已经详细描述了本公开的实施例,但是应当理解的是,在不脱离本公开的精神和范
围的情况下,可以对其进行各种改变、替换和变更。
后,其他技术优点对于本领域普通技术人员来说将变得显而易见。
骤”,否则他们不旨在所附权利要求或权利要求元素中的任何一个触发35U.S.C.§112(f)。