[发明专利]自动输入增益控制电路及其方法

说明书

                         技术领域

本发明涉及一种音频放大器的自动增益控制电路及其方法。

                         背景技术

通常，数字/模拟(A/D)D类放大器电路对音响信号执行脉冲宽度调制(PWM)以将音响信号转换为一种类型的数字信号，放大该数字信号，并使放大的数字信号通过低通滤波器(LPF)以恢复原始的模拟信号。

图1是示出传统的D类放大器电路的结构的示意图。参照图1，传统的D类放大器电路包括放大器110、比较器120、栅极驱动器130、低通滤波器(LPF)140、三角波发生器150和限幅器160。

如图1所示，放大器110以积分器的形式来实现，并且对输入信号和输出信号进行比较以产生信号Vea。

比较器120对信号Vea和三角波信号进行比较以产生脉冲宽度调制(PWM)信号。栅极驱动器130放大PWM信号以驱动金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关。从根据栅极信号执行开关操作的MOSFET开关输出的信号被LPF 140低通滤波并且作为音响信号被施加到扬声器SP。这里，可以在输入端构成限幅器160以改善当传统的D类放大器电路的输出信号Vo被电源削波时产生的高频失真分量。如图2A和图2B所示，普通的限幅器可包括普通的齐纳二极管ZD1和ZD2或者普通的小信号二极管D1和D2。

如果音响信号Vin被输入到传统的D类放大器电路，则具有积分器形式的放大器110对音响信号Vin和从输出信号Vo反馈的信号进行比较，以产生与音响信号Vin和输出信号Vo的差相应的信号Vea。比较器120对信号Vea和三角波信号进行比较以产生PWM信号，并且比较器120的输出由PWM信号进行PWM开关。PWM信号通过低通滤波器(LPF)140以再现音响信号Vin。这里，输出信号Vo和音响信号Vin由于反馈电阻而具有如等式1所示的增益。

V o V in = 1 + R b R a . . . ( 1 ) ]]>

如等式1所示，输出信号Vo随着音响信号Vin的增加而增加。如果输出信号Vo的峰顶点Vp由于音响信号Vin的进一步增加而超过电源电压VCC，则如图3A或图3B所示，输出信号Vo在与电源电压VCC相应的输出电平上被削波。如果传统的D类放大器电路是模拟放大器电路而不是数字放大器电路，则如图3A所示，输出信号Vo被简单地削波。这里，输出信号Vo具有被定义为D1的失真分量。然而，如果传统的D类放大器电路是已被主要用作数字放大器电路的PWM开关放大器，则当被削波时，输出信号Vo具有如图3B所示的波形，其中除了失真分量D1之外在其削波部分的边缘具有附加的阶跃高频失真分量D2。

图3B所示的附加的阶跃高频失真分量D2的产生可参照图4所示的数字放大器电路的内部操作波形来理解。如图4所示，放大器110的信号Vea逐渐增大并与三角波信号比较，直到输出信号Vo被削波。因此，PWM信号的占空比逐渐增大并达到大约100％。占空比达到100％的时间点是放大器110的输出信号Vo增大到电源电压VCC的时间点。因此，虽然音响信号Vin在该时间点之后被进一步放大，但是输出信号Vo不超过电源电压VCC并被削波。这里，从放大器110输出的信号Vea超过三角波信号的范围并进入饱和状态。如果音响信号Vin通过峰顶点Vp被衰减并且音响信号Vin的值变得小于削波的输出信号Vo的反馈值，则从放大器110输出的信号Vea经过饱和状态并进入三角波信号的范围。由于积分器的特性，因此必然出现时间延迟。信号Vea被延迟以经过饱和状态并进入三角波信号的范围。输出信号Vo由于积分器的特性而在延迟时间内被连续削波，并且从放大器110输出的信号Vea进入三角波信号的范围，随后进入正常的PWM操作。其后，输出信号Vo以陡坡变化来快速跟随与音响信号Vin相应的输出。因此，出现阶跃失真。