一种D类音频功放电路、功率放大器及音频播放装置制造方法及图纸

本发明专利技术适用于电子领域，提供了一种D类音频功放电路、功率放大器及音频播放装置，该电路包括：运放单元，用于对接收的音频信号进行放大，生成高增益音频信号；采样保持单元，用于通过双相非交叠时钟控制采样，以对高增益音频信号进行带阻滤波，PWM调制频率生成的谐波及噪声信号；脉宽调制单元，用于将带阻滤波后的音频信号与接收的三角波信号比较，生成PWM信号；死区控制单元，用于对PWM信号进行死区校正；开关单元，用于通过校正后的PWM信号驱动音频播放装置。本发明专利技术在高增益环路反馈的基础上增加采样保持单元实现带阻滤波，以滤除在PWM调制频率附近最容易出现的谐波，实现了低失真度的输出，其结构简单，成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种D类音频功放电路、功率放大器及音频播放装置
本专利技术属于电子领域，尤其涉及一种D类音频功放电路、功率放大器及音频播放装置。
技术介绍
目前功率放大器被广泛地应用于多种现代设备当中，其主要的作用就是将微弱的音频信号放大并以足够的功率驱动喇叭或者耳机，在达到所需的声音大小的同时保证音频信号很小的失真度。在驱动耳机或其它较小功率的声音需求时，采用A类、B类或者G类（H类）功放，可以实现很小的失真度，同时保证声音大小符合功率需求；但对于喇叭驱动或者大功率的声音播放，由于A类、B类或者G类功放其自身效率偏低的原因，导致大部分功耗损失在驱动器上，造成对功放本身散热和可靠性有非常高的要求，同时也造成了功耗的损失。因此，对于大功率音频播放需求，目前通常采用效率能购达到90%的D类功放，但是，D类功放电路的结构通常采用脉冲宽度调制技术（PWM，PulseWidthModulation）或者采用增量累积调制技术（ΣΔ），在驱动大功率音频播放装置时，容易引入较大的失真，同时也会将电源上的噪声引入到输出，影响音频信号的保真度。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种D类音频功放电路，旨在解决D类功放驱动大功率音频播放装置失真度较大的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种D类音频功放电路，所述功放电路的信号输入端与音频电路输出端连接，所述功放电路的信号输出端与音频播放装置连接，所述功放电路的三角波输入端与振荡器连接，所述功放电路的共模电平输入端与基准电源连接，所述功放电路的双时钟端与时钟电路连接，所述功放电路包括：一运放单元，所述运放单元的一个或多个输入端为所述功放电路的信号输入端，用于对接收的音频信号进行放大，生成高增益音频信号；至少一采样保持单元，一个或多个所述采样保持单元的输入端与所述运放单元的一个或多个输出端连接，一个或多个所述采样保持单元的共模电平输入端为所述功放电路的共模电平输入端，一个或多个所述采样保持单元的双时钟输入端为所述功放电路的双时钟输入端，用于通过双相非交叠时钟控制采样，以对所述高增益音频信号进行带阻滤波，衰减PWM调制频率生成的谐波及噪声信号；至少一脉宽调制单元，所述脉宽调制单元的第一输入端与所述采样保持单元的输出端连接，所述脉宽调制单元的第二输入端为所述功放电路的三角波输入端，用于将带阻滤波后的所述音频信号与接收的三角波信号比较，生成PWM信号；至少一死区控制单元，所述死区控制单元的输入端与所述脉宽调制单元的输出端连接，用于对所述PWM信号进行死区校正；至少一开关单元，所述开关单元的输入端与所述死区控制单元的输出端连接，所述开关单元的输出端为所述功放电路的信号输出端与所述运放单元的一个或多个驱动输出端连接，用于通过校正后的PWM信号驱动音频播放装置。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种采用上述D类音频功放电路的功率放大器。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种采用上述功率放大器的音频播放装置。本专利技术实施例在采用高增益环路反馈的基础上，通过增加基于双相非交叠时钟控制的采样保持单元实现带阻滤波，以滤除在PWM调制频率附近最容易出现的谐波，实现了低失真度的输出。本专利技术实施例结构简单，可完全在芯片内部实现，确保了片外不需要额外的LC滤波器，减小了电路体积，节省了成本。附图说明图1为本专利技术实施例提供的D类音频功放电路的结构图；图2为本专利技术实施例提供的基于H型全桥式输出的D类音频功放电路的示例电路图；图3为本专利技术实施例提供的基于半桥式输出的D类音频功放电路的示例电路图；图4为本专利技术实施例提供的D类音频功放电路中采样保持单元的双相时钟波形图以及开关导通状态图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例通过在运放单元后增加采样保持单元实现带阻滤波，以滤除在PWM调制频率附近最容易出现的谐波，实现了低失真度的输出，其结构简单，成本低。以下结合具体实施例对本专利技术的实现进行详细描述：图1示出了本专利技术实施例提供的D类音频功放电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本专利技术相关的部分。作为本专利技术一实施例，该D类音频功放电路可以应用于各种功率放大器以及音频播放装置中。该D类音频功放电路1的信号输入端与音频电路2的输出端连接，D类音频功放电路1的信号输出端与音频播放装置3连接，D类音频功放电路1的三角波输入端与振荡器（OSC，Oscillator）连接，D类音频功放电路1的共模电平输入端与基准电源4连接，D类音频功放电路1的双时钟端与时钟电路5连接，D类音频功放电路1包括：一运放单元11，该运放单元11的一个或多个输入端为D类音频功放电路1的信号输入端，用于对接收的音频信号进行放大，生成高增益音频信号；至少一采样保持单元12，一个或多个采样保持单元12的输入端与运放单元11的一个或多个输出端连接，一个或多个采样保持单元12的共模电平输入端为D类音频功放电路1的共模电平输入端，一个或多个采样保持单元12的双时钟输入端为D类音频功放电路1的双时钟输入端，用于通过双相非交叠时钟控制采样，以对高增益音频信号进行带阻滤波，衰减PWM调制频率生成的谐波及噪声信号；至少一脉宽调制单元13，该脉宽调制单元13的第一输入端与采样保持单元12的输出端连接，脉宽调制单元13的第二输入端为D类音频功放电路1的三角波输入端，用于将带阻滤波后的音频信号与接收的三角波信号比较，生成PWM信号；至少一死区控制单元14，该死区控制单元14的输入端与脉宽调制单元13的输出端连接，用于对PWM信号进行死区校正；至少一开关单元15，该开关单元15的输入端与死区控制单元14的输出端连接，开关单元15的输出端为D类音频功放电路1的信号输出端与运放单元11的一个或多个驱动输出端连接，用于通过校正后的PWM信号驱动音频播放装置。在本专利技术实施例中，将接收的音频信号放大后通过一级采样保持单元滤波，并将滤波后的运放输出与三角波比较，形成PWM信号输出，再经过死区校正后，通过开关单元驱动喇叭。该采样保持单元由双相非交叠时钟控制的若干开关和电容构成，其时钟频率在几百KHZ到2MHZ的范围，相差为180度，通过调节电容值和双相时钟频率，使得该采样保持单元在20KHZ到2MHZ范围内形成一个带阻滤波功能，即，该采样保持单元形成一个等效带阻滤波器，进而将人耳频率附近的谐波滤掉，从而实现降低失真度。本专利技术实施例在采用高增益环路反馈的基础上，通过增加基于双相非交叠时钟控制的采样保持单元实现带阻滤波，以滤除在PWM调制频率附近最容易出现的谐波，实现了低失真度的输出。本专利技术实施例结构简单，可完全在芯片内部实现，确保了片外不需要额外的LC滤波器，减小了电路体积，节省了成本。作为本专利技术一实施例，该D类音频功放电路1可在CMOS、BICOMS以及BCD（即，在同一芯片上制作Bipolar，CMOS和DMOS器件）制程下实现。本专利技术实施例既可用于差分的H型全桥式输出的喇叭（大功率音频播放装置）驱动，也可用于单端的半桥式输出喇叭（大功率音频播放装置）驱动，详述如下：图2示出了本专利技术实施例提供的基于H型全桥式输出的D类音频功放电路的示例电路结构，为了便于说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种D类音频功放电路，所述功放电路的信号输入端与音频电路输出端连接，所述功放电路的信号输出端与音频播放装置连接，所述功放电路的三角波输入端与振荡器连接，所述功放电路的共模电平输入端与基准电源连接，所述功放电路的双时钟端与时钟电路连接，其特征在于，所述功放电路包括：一运放单元，所述运放单元的一个或多个输入端为所述功放电路的信号输入端，用于对接收的音频信号进行放大，生成高增益音频信号；至少一采样保持单元，一个或多个所述采样保持单元的输入端与所述运放单元的一个或多个输出端连接，一个或多个所述采样保持单元的共模电平输入端为所述功放电路的共模电平输入端，一个或多个所述采样保持单元的双时钟输入端为所述功放电路的双时钟输入端，用于通过双相非交叠时钟控制采样，以对所述高增益音频信号进行带阻滤波，衰减PWM调制频率生成的谐波及噪声信号；至少一脉宽调制单元，所述脉宽调制单元的第一输入端与所述采样保持单元的输出端连接，所述脉宽调制单元的第二输入端为所述功放电路的三角波输入端，用于将带阻滤波后的所述音频信号与接收的三角波信号比较，生成PWM信号；至少一死区控制单元，所述死区控制单元的输入端与所述脉宽调制单元的输出端连接，用于对所述PWM信号进行死区校正；至少一开关单元，所述开关单元的输入端与所述死区控制单元的输出端连接，所述开关单元的输出端为所述功放电路的信号输出端与所述运放单元的一个或多个驱动输出端连接，用于通过校正后的PWM信号驱动音频播放装置。...

【技术特征摘要】
1.一种D类音频功放电路，所述功放电路的信号输入端与音频电路输出端连接，所述功放电路的信号输出端与音频播放装置连接，所述功放电路的三角波输入端与振荡器连接，所述功放电路的共模电平输入端与基准电源连接，所述功放电路的双时钟端与时钟电路连接，其特征在于，所述功放电路包括：一运放单元，所述运放单元的一个或多个输入端为所述功放电路的信号输入端，用于对接收的音频信号进行放大，生成高增益音频信号；至少一采样保持单元，一个或多个所述采样保持单元的输入端与所述运放单元的一个或多个输出端连接，一个或多个所述采样保持单元的共模电平输入端为所述功放电路的共模电平输入端，一个或多个所述采样保持单元的双时钟输入端为所述功放电路的双时钟输入端，用于通过双相非交叠时钟控制采样，以对所述高增益音频信号进行带阻滤波，衰减PWM调制频率生成的谐波及噪声信号；至少一脉宽调制单元，所述脉宽调制单元的第一输入端与所述采样保持单元的输出端连接，所述脉宽调制单元的第二输入端为所述功放电路的三角波输入端，用于将带阻滤波后的所述音频信号与接收的三角波信号比较，生成PWM信号；至少一死区控制单元，所述死区控制单元的输入端与所述脉宽调制单元的输出端连接，用于对所述PWM信号进行死区校正；至少一开关单元，所述开关单元的输入端与所述死区控制单元的输出端连接，所述开关单元的输出端为所述功放电路的信号输出端与所述运放单元的一个或多个驱动输出端连接，用于通过校正后的PWM信号驱动音频播放装置；所述采样保持单元包括：第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、电容C1以及电容C2；所述第一开关的电流输入端为所述采样保持单元的输入端与所述第二开关的电流输入端连接，所述第一开关的电流输出端同时与所述第三开关的电流输入端和所述电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端为所述采样保持单元的共模电平输入端与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端同时与所述第二开关的电流输出端和第四开关的电流输入端连接，所述第四开关的电流输出端为所述采样保持单元的输出端与所述第三开关的电流输出端连接。2.如权利要求1所述的功放电路，其特征在于，所述运放单元包括：运算放大器、电阻R31、电阻R32、电阻R33以及电容C31；所述运算放大器的正向输入端接地，所述电阻R33的一端与所述运算放大器的正向输入端连接，所述电阻R33的另一端为所述运放单元的驱动输出端，所述运算放大器的反向输入端与所述电阻R31的一端连接，所述电阻R31的另一端为所述运放单元的输入端，所述运算放大器的反向输入端同时与所述电容C31的一端连接，所述电容C31的另一端通过所述电阻R32与所述运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的输出端为所述运放单元的输出端。3.如权利要求1所述的功放电路，其特征在于，所述运放单元为差分结构，包括：差分运算放大器、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电容C11及电容C21；所述电阻R11的一端为所述差分结构运放单元的正向输入端，所述电阻R11的另一端与所述差分运算放大器的正向输入端连接，所述电阻R21的一端为所述差分结构运算放大器的反向输入端，所述电阻R21的另一端与所述差分运算放大器的反向输入端连接，所述差分运算放大器的正向输入端同时与所述电容C11的一端连接，所述电容C11的另一端通过所述电阻R12与所述差分运算放大器的反向输出端连接，所述差分运算放大器的反向输入端同时与所述电容C21的一端连接，所述电容C21的另一端通过所述电阻R22与所述差分运算放大器的正向输出端连接，所述差分运算放大器的正向输出端为所述差分结构运放单元的正向输出端，所述差分运算放大器的反向输出端为所述差分结构运放单元的反向输出端，所述差分结构运放单元的正向输入端还与所述电阻R13的一端连接，所述电阻R13的另一端为所述差分结构运放单元的一驱动输出端，所述差分结构运放单元的反向输入端还与所述电阻R23的一端连接，所述电阻R23的另一端为所述差分结构运放单元的另一驱动输出端。4.如权利要求3所述的功放电路，其特征在于，所述功放电路包括两个所述采样保持单元，第一采样保持单元包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘少辉，胡胜发，
申请(专利权)人：安凯广州微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44