[发明专利]高能效消费电子产品的音频功率输出级及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种消费电子产品的音频功率输出级，尤其是一种采用可 选电压电荷泵来节省能量的音频功率级。

背景技术

在用电池驱动的音频消费电子产品中，功率放大器输出由于被用来驱 动一对耳机或者一个喇叭，从而成为最消耗电池电能的部分。在输出级具 有一个线性功率放大器的电子产品中，在输出低水平信号的时候会造成功 率的损失，这是因为工作的输出晶体管的压降加上输出电压等于电源固定 不变的轨(rail)电压。即使变换器中的电流降低到低水平信号的振幅， 与正常负载相比，更多的能量仍然由于在输出晶体管中散失而被浪费。在 线性放大器电路中，电池电源仅仅由于电源电压的降低而减少，这会限制 可用的输出功率，并且有可能不能用于功率放大器输出被用作行输出信号， 同时必须提供一个特定的信号水平作为饱和信号水平的一些应用中，例如 +5dBm(-10dBm向上15dB)加载到一个600ohm的负载，就需要3V的信号 变化。

因此，提供一种更高能效、更低功耗，同时保证所需要的饱和信号输 出水平的音频消费电子产品的功率放大器电路就非常有必要。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种音频消费电子产品的高能效、 低功耗的线性功率放大器电路及其使用方法。

该功率放大器电路包括一个具有可选操作模式的电荷泵电源，使得在 第一种操作模式中，电源产生的电压为第二操作模式中产生的电压的一个 有理分式。一个电容分压器，通过将一组串联连接的电容切换到输入端， 同时将其中一个电容切换到输出端的一端，从而在那个输出端提供输入电 压的分数值。所述电源可以是一个单极电源，或者是具有关于一个参考水 平对称的一个双极输出，该电源作为输入电源端的其中一个。

本发明的上述以及其它目的、特征以及进步之处将在下面结合附图以 及实施例作更详细的描述。

附图说明

图1为本发明音频消费电子产品音频输出级的一个实施例的原理图；

图2为本发明实施例中图1所示的电荷泵电源10的原理图；

图3A-3D为图2中电荷泵电源电路每种操作模式的原理图；

图4为本发明实施例中放大器控制电路的原理图。

具体实施方式

本发明包括一种音频消费电子产品的功率放大器级，以及一个用来至 少提供末级功率放大器级使用的轨电源的电荷泵电源。提供给末级放大器 级的电源电压是可选的，并且被设置为与被放大的音频信号指定的或者实 际的信号水平一直，从而使得信号的振幅不需要最大的电源电压，电源电 压被降低从而节省能量。例如，将一个最大振幅为-6dB，瞬间峰值达到0dB 的信号放大，末级放大器级的电源电压就可以降低到上述峰值之间间隔的 二分之一，并且不会产生削波(clipping)。由此，功耗就降低到四分之一， 并且功率散失降低到至少是放大器没有可选电源的水平。所述电荷泵电源 提供了一个简单的可选电压操作来按比例降低电源电压，这是采用一个电 容分压器将输入电压分压，然后将至少一个分压后的电压传送到电源的输 出端，从而降低电压。

现在如图1所示，这是本发明音频消费电子产品的音频输出级的一个 实施例。一个数模转换器(DAC)14提供一个模拟信号到由一个固定的电压 源驱动的第一放大器级A2。数模转换器14的输入端还可以连接一个解码器 13，用来将文件或者一串数据流，例如MP3数据流解码。第一放大器级A2 输出的信号提供给一个用来接收音量控制信号，并且据此对信号进行衰减 控制的衰减器16。衰减器16可以是由一个微控制器或者其它数字控制电路 根据用户界面、音量调节按钮译码器或者程序命令进行控制的数字分压计， 或者衰减器16也可以是一个提供音量控制信号作为一个来自于第二控制板 (单独的耦合到公共转轴或者其他机构的分压计电路)的输出指示的模拟 分压计，供下文描述的电源控制运算法则使用。例如所展示的衰减器16的 音量控制机构，很明显同样的音量控制可以由一个放大器A2中或者信号通 路中另一个放大器级中的反馈回路中的可编程电阻来提供。末级功率放大 器级A2将接收自衰减器16的信号放大，并且提供一个音频输出信号，用 来驱动喇叭、耳机变换器，以及/或者一个行信号输出。一个电容C1可以 被用来将输出信号耦合到变换器或者行信号输出，特别是在放大器A1被一 个具有相对于地的固定电压的单极电源驱动的情况下。