D类功率放大器电路

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113141163A(43)申请公布日2021.07.20(21)申请号202010058159.4(22)申请日2020.01.19(71)申请人晶豪科技股份有限公司地址中国台湾新竹市(72)发明人孙绍茗　(74)专利代理机构北京市柳沈律师事务所11105代理人李芳华(51)Int.Cl.H03F3/217(2006.01)H03F1/02(2006.01)H03F1/12(2006.01)H03F1/26(2006.01)H03F1/30(2006.01)权利要求书1页3页附图3页(54)发明名称D类功率放大器电路(57)摘要一种D类功率放大器电路，其包含输入级，周期信号产生器，比较器，功率输出级和升压产生器。该输入级耦接至第一电源电压。该周期信号产生器用以产生周期性信号和参考信号。该功率输出级耦接至第二电源电压。该升压产生器用以比较该输入级的输出和该参考信号，藉以调整该第二电源电压的电压值。该第二电源电压的该电压值大于该第一电源电压的电压值。该参考信号正比于该周期性信号的振幅，且该周期性信号的该振幅由该第二电源电压的该电压值所决定。CN113141163ACN113141163A权　利　要　求　书1/1页1.一种D类功率放大器电路，包含：输入级，耦接至第一电源电压，该输入级用以在第一节点接收输入电压；周期信号产生器，用以产生周期性信号和参考信号；比较器，用以比较该输入级的输出和该周期性信号，藉以产生第一比较结果；功率输出级，耦接至第二电源电压，该功率输出级用以接收该比较结果，藉以产生脉波调变信号；以及升压产生器，用以比较该输入级的该输出和该参考信号，藉以调整该第二电源电压的电压值；其中，该第二电源电压的该电压值大于该第一电源电压的电压值；和其中，该参考信号正比于该周期性信号的振幅，且该周期性信号的该振幅由该第二电源电压的该电压值所决定。2.根据权利要求1所述的D类功率放大器电路，还包含反馈组件，耦接至该输入级和该功率输出级之间。3.根据权利要求2所述的D类功率放大器电路，还包含低频滤波器，用以对该脉波调变信号进行滤波。4.根据权利要求1所述的D类功率放大器电路，其中该输入级包含一双端差动输入，双端差动输出的放大器，且该输入级所接收的该输入电压为一对差分音频信号。5.根据权利要求1所述的D类功率放大器电路，其中该升压产生器包含：比较器，用以比较该输入级的该输出和该参考信号，藉以产生第二比较结果；N位计数器，用以接收该第二比较结果，藉以产生N位的输出信号；以及升压电路，用以接收该N位的输出信号，藉以调整该第二电源电压的该电压值。6.根据权利要求5所述的D类功率放大器电路，其中该升压电路为直流至直流电压转换器或电荷泵。2CN113141163A说　明　书1/3页D类功率放大器电路技术领域[0001]本发明关于一种D类功率放大器电路。背景技术[0002]图1示出现有的D类功率放大器电路100的框图。参照图1，该功率放大器电路100包含输入级10、比较器12和功率输出级14。该输入级10具有耦接至电源电压VDD的放大器(未绘出)。该比较器12用以比较该输入级10的输出Vs和周期性信号，藉以产生比较信号cmp。该功率输出级14耦接至另一电源电压PVDD，其由一升压电路16所产生，其中该电源电压PVDD的电压位准大于该电源电压VDD的电压位准。[0003]为了维持高效率，现有的D类功率放大器电路100会使用电压检测电路18来侦测输入信号IN的振幅，以藉由该输入信号IN的振幅来调整该电源电压PVDD的电压位准。然而，此种作法在该输入信号IN振幅很低时，该D类功率放大器电路100的效率会降低。发明内容[0004]根据本发明一实施例之一种D类功率放大器电路，其包含输入级，周期信号产生器，比较器，功率输出级和升压产生器。该输入级耦接至第一电源电压，该输入级用以在第一节点接收输入电压。该周期信号产生器用以产生周期性信号和参考信号。该比较器用以比较该输入级的输出和该周期性信号，藉以产生第一比较结果。该功率输出级耦接至第二电源电压，该功率输出级用以接收该比较结果，藉以产生脉波调变信号。该升压产生器用以比较该输入级的该输出和该参考信号，藉以调整该第二电源电压的电压值。该第二电源电压的该电压值大于该第一电源电压的电压值。该参考信号正比于该周期性信号的振幅，且该周期性信号的该振幅由该第二电源电压的该电压值所决定。附图说明[0005]图1示出现有的D类功率放大器电路的框图。[0006]图2示出结合本发明一实施例的一D类功率放大器电路的框图。[0007]图3示出结合本发明一实施例的该D类功率放大器电路的部分电路示意图。[0008]图4示出在本发明一实施例中该周期信号产生器的输出信号波形图。具体实施方式[0009]在说明书及后续的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及后续的申请专利范围并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的请求项当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。另外，“耦接”一词在此系包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代该第一装置可直接3CN113141163A说　明　书2/3页电气连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。[0010]图2示出结合本发明一实施例的一D类功率放大器电路200之框图。参照图2，该D类功率放大器电路200包含输入级20、比较单元22、功率输出级24、低频滤波器25、升压产生器26和周期信号产生器27。该输入级10耦接至电源电压VDD。该周期信号产生器27用以产生周期性信号Vp，例如周期性的三角波信号或周期性的锯齿波信号。该比较较单元22用以比较该输入级10的输出Vs和该周期性信号Vp，藉以产生比较结果cmp。该功率输出级24接收该比较结果cmp以产生脉波调变信号OUT。该低频滤波器25使该脉波调变信号OUT的高频成份衰减。经过滤波的输出VOUT被提供至扬声器(未绘出)以产生声音。[0011]参照图2，该功率输出级24耦接至另一电源电压PVDD，其由该升压产生器26所产生，其中该电源电压PVDD的电压位准大于该电源电压VDD的电压位准。该电源电压PVDD另外传送至该周期信号产生器27，藉以改变该周期性信号Vp的振幅。[0012]图3示出结合本发明一实施例之该D类功率放大器电路200’的部分电路示意图。参照图3，该输入级20’包含一双端差动输入，双端差动输出的放大器X1，电阻R1,R2和电容C1,C2。该等电阻R1,R2接收第一和第二输入信号INP和INN。该等输入信号INP和INN在本实施例中为一对差分音频信号，但本发明不以此为限。在其他实施例中，该放大器X1为一单端差动输入，双端差动输出的放大器。[0013]该放大器X1的输出信号Vs1,Vs2和该周期信号产生器27产生的该周期性信号Vp比较后产生比较信号cmp1和cmp2。在一实施例中，该等比较信号cmp1和cmp2为互补的信号。该等比较信号cmp1和cmp2经由该功率输出级24后产生互补的脉波调变信号OUTP和OUTN。在本实施例中，反馈组件28,28’为一电阻型式，其个别将脉波调变信号OUTP和OUTN反馈至该放大器X1的差动输入端。[0014]参照图3，该放大器X1的输出信号Vs1,Vs2另和该周期信号产生器27产生的一信号Va进行比较，其中该信号Va正比于该周期性信号Vp的振幅。图4示出在本发明一实施例中信号Va和Vp的关系。在本例中，该周期性信号Vp为三角波信号，其振幅为Vhl，其中该振幅由该电源电压PVDD的电压位准所决定。该信号Va为一直流信号，其电压值等于α×Vhl，其中α界于0至1之间。[0015]参照图3，该升压产生器26包含两比较器262,264，N位计数器266和升压电路268。该等比较器262,264用以比较该放大器X1的输出信号Vs1,Vs2和该信号Va。在一实施例中，低通滤波器(未绘出)设置于该放大器X1的输出端和该等比较器262,264的输入端之间，以对该放大器X1的输出信号Vs1,Vs2滤除噪声。该N位计数器266接收该等比较器262,264的比较结果以产生N位的输出信号。该升压电路268接收该N位的输出信号后产生该电源电压PVDD，以提供至该功率输出级24。该升压电路可以为直流至直流电压转换器(DC-DC voltage converter)，或电荷泵(charge pump)。[0016]在运作时，当输出信号Vs1,Vs2小于该信号Va，该N位计数器266产生输出信号[0,0]。因此该升压电路268产生该电源电压PVDD，其具有第一电压位准。随着输入信号INP和INN的差值变大，该放大器X1的输出信号Vs1,Vs2也随之增加。当输出信号Vs1,Vs2大于该信号Va时，该N位计数器266产生输出信号[0,1]。因此该升压电路268产生新的电源电压PVDD，其具有第二电压位准，且第二电压位准大于第一电压位准。由于该周期性信号Vp的振幅由该电源电压PVDD的电压位准所决定，因此当输出信号Vs1,Vs2增加并大于该信号Va时，该电4CN113141163A说　明　书3/3页源电压PVDD的电压位准会提高，使得该周期性信号Vp的振幅也会随之增加。换言之，本发明中的该周期性信号Vp的振幅会随该放大器X1的输出信号的大小而改变。[0017]本发明的技术内容及技术特点已公开如上，然而熟悉本项技术之人士仍可能基于本发明的教示及公开而作种种不背离本发明精神之替换及修饰。因此，本发明之保护范围应不限于实施例所公开者，而应包含各种不背离本发明之替换及修饰，并为随后之申请专利范围所涵盖。[0018]【符号说明】[0019]100    D类功率放大器电路[0020]10     输入级[0021]12     比较器[0022]14     功率输出级[0023]16     升压电路[0024]18     电压检测电路[0025]19     反馈组件[0026]200,200’   D类功率放大器电路[0027]20   输入级[0028]22     比较单元[0029]222,224  比较器[0030]24     功率输出级[0031]25     低频滤波器[0032]26     升压产生器[0033]262,264  比较器[0034]266    N位计数器[0035]268    升压电路[0036]27     周期信号产生器[0037]28,28’  反馈组件[0038]R1,R2    电阻[0039]RF1,RF2  电阻[0040]C1,C2    电容[0041]X1     放大器5CN113141163A说　明　书　附　图1/3页图16CN113141163A说　明　书　附　图2/3页图27CN113141163A说　明　书　附　图3/3页图3图48