[发明专利]用于D类功率级的纠错系统

说明书

技术领域

本发明一般涉及纠错系统和实施这种纠错系统的功率转换系统。更特别地， 本发明涉及一种脉冲参考(pulse-referenced)控制系统，用于减少由D类输出级引 入的误差。应用是从数字域控制的直接数字音频功率转换和通用DC-DC或 DC-AC功率转换系统。

背景技术

基于开关功率级的功率放大的优势是众所周知的。高效率在最小重量和音 量、更高功率处理能力和提高可靠性方面提供了若干优势。在开关功率放大中 的基本元件是调制器、开关功率级和用于重建调制信号的解调滤波器。开关功 率级的非线性在由开关功率级在整个后续功率转换中保持调制器性能方面呈现 出明显的障碍。这个问题是主要的，并且与如模拟PWM的模拟调制、或如直 接数字PCM-PWM转换的数字调制的使用无关。

现有技术

现有技术中，对于脉冲参考系统中的输出级的非理想性能的补偿一般包括：

1)误差信号和数字纠错的A/D转换，参见例如US-6,373,334、 US-2006-034365、US-2006-208794、US-6,504,427。对于这类系统，误差信号的 A/D转换是复杂的，而且延迟或相移会固有地限制校正回路增益。这种类型的 系统如图1所示。

2)边缘或斜坡校正单元，参见例如US-2005-012546、WO-9844626。这种类 型的系统如图2所示。对于这类系统，主要问题是斜坡的产生引入了噪声和复 杂度。进一步，在改变载波频率的情况下，纠错增益与调制指数成反比，因此 在高调制指数时减少THD(总谐波失真)补偿。另一个问题是相位噪声的生成。 因为校正单元不能在PWM信号的自然采样点周围对称地调节脉冲的宽度，所 以当调节脉冲宽度时，结果是相位噪声的增加。

在WO-2006/051478、WO-2006/079960、US-6,404,280中提到了克服纠错限 制或相位噪声的尝试，但是是以提高的复杂度为代价。

由于线性调控方法，斜坡校正系统需要很多(例如两个至五个)长时间量用于 过滤误差信号。如果保持合适的阻抗级别，该功率会占用大的硅面积。

保持低阻抗级别从而最小化热噪声是非常重要的，并且因为电容器大小一 般与阻抗级别成反比，具有接近音频带的极点/零点以及低阻抗级别的滤波器都 需要大的硅面积。

3)振幅控制例如在US2006158245中被描述，并且在图3中示出。一种实 现校正单元的不同方法是控制电源电压，这将发明清楚地限制为其中电源是放 大器的集成部分的系统。

不同的现有技术系统和方法解决了上述问题中的一些问题，但并不能够同 时解决这些问题，因而存在着达到更高性能水平的需求。

发明目的

本发明的一个目的是提供一种方法和相应的系统，通过此方法和系统可达 到一种高效硅实现方式，获得接受变频PDM信号、高PSRR、无相位噪声和无 限制调控区的能力。可按照根据本发明的方法和相应系统获得这些和其他目的 以及优势。

发明内容

现有技术中公知的是，模拟自振荡D类放大器具有非常高的回路增益以抑 制来自输出级的误差和电源上的微扰。通过将输出级嵌入在固有非稳定的回路 内，可获得一些非常有益的性能。首先，回路增益带宽是常规回路的5-10倍， 其中可服从常规的稳定性准则。第二，全部的时间量也低5-10倍，这意味着电 容器大小相应的减少。当在硅芯片上等实现这种系统时，这是非常重要的方面。

本发明使用这种模拟系统，其通过重新布置可接受脉冲编码信号而不是未 调制的基带信号作为输入。

因为现在使用脉冲参考信号，所以振荡控制回路将锁定输入载波，并且回 路自身不稳定的行为会被载波掩蔽。输入载波经短时延迟通过系统进行传输。

重要的任务是使这种模拟系统能够接受在不具有例如在运算放大器上所做 的不合理带宽和转换速率(Slew Rate)要求的情况下接收脉冲参考信号。

根据本发明，提出一种通过使用反相(invert)实现来解决此任务，这意味着 可能完全通过无源元件生成过滤的误差信号。这种情况下通过将输出信号与参 考信号相加，并且随后通过全部通过无源装置的低通滤波来扣除误差信号。因 为有源元件不能处理输出和参考信号的高频部分，这里使得能够使用无源元件 是特别重要的。

在解调滤波器之前和之后用反馈均可实现本发明。