[发明专利]用于数字放大器的先断后合失真补偿

说明书

发明背景

本发明涉及用于减轻开关放大器中失真的技术。更具体地说，本发明提供用于在数字开关放大器中补偿先断后合失真的方法和装置。

数字功率放大器由于其高功率效率和信号保真度而越来越流行。图1示出了采用过抽样和噪声整形技术的数字音频放大器100的示例。输入音频信号被过抽样并被转换成1比特数字数据。这些数据被功率级驱动器102用来控制功率开关M1和M2，在本示例中，这两个开关包括两个NMOS功率晶体管。为了降低抽样引入的量化噪声，放大器100在反馈环路中采用了噪声整形环路滤波器104，它能将量化噪声推出音频信号带外。包括电感L和电容器C_AP的低通滤波器滤除高频噪声，并恢复被放大的用于驱动扬声器106的音频信号。

现在参考图1和图2a，先断后合(BBM)发生器108接收来自比较器110的1比特开关信号Y，并产生两个相位相差180度的信号A和B。A和B由功率级驱动器102进行电平移动，以便变换成用于交替地接通功率晶体管M1和M2的A’和B’。众所周知，如果A和B中的脉冲之间不存在死时，即A和B两者都为低电平的时间，则在每一次Y信号转换时，存在两只晶体管M1和M2被同时接通的可能性，导致一种不期望的、甚至是灾难性的从正电源VCC到负电源VSS的射通电流(shoot through current)(如图中被标识为1st的波形所示)。例如，由于信号A和B经过功率级驱动器102的延时，以及晶体管M1和M2的上升和下降时间，都会导致这种情形。在最轻微的情况下，这种射通电流会增加开关损耗，由此降低放大器的功率效率。在最严重的情况下，功率晶体管M1和M2可能被损害或被破坏。

为了消除射通电流和避免它的有害影响，如图2b中所示，在信号A和B之间引入一段死时(在此也被称为先断后合(BBM)时间)，使得在信号转换之间有一段时间两个信号同时为低。这确保即使晶体管的上升和下降时间有延迟失配时，晶体管M1和M2也不会同时接通。输入数据BBM<2：0>允许调整BBM时间以满足特定放大器的设计要求，如表I所示。不幸的是，虽然BBM发生器消除射通电流，然而它又因引入谐波失真而对放大器的性能产生退化作用。这种失真的特性将在下面参考图3a、3b和4a-4c来进行描述。