[发明专利]积化和差D类功率放大器及其方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种功率放大器，且特别是有关于一种可提供无电流的 稳态的积化和差D类功率放大器。

背景技术

功率放大器(power amplifier)在集成电路设计中扮演着相当重要的角 色，其广泛地应用在无线电通讯、电视广播的发送机及接收机、高传真的立 体音响设备(high-fIoutelity stereo equipment)、微电脑及其它电子设备。 功率放大器的功用为增加信号能量，以驱动负载或者下一级电路。因此，功 率放大器的优劣可从其功率增益来探讨，其中功率增益为输出功率与输入功 率的比值。一般而言，功率增益越大，表示此功率放大器的放大能力越好， 而当输入信号较小时，一般的功率放大器其功率增益曲线都具有不错的线性 度。

功率放大器视其应用而有多种分类，主要有A类、B类、AB类、C类以 及D类等。举例来说，在手持式以及移动式装置中的音频信号处理，D类功 率放大器因具有高功率转换效率(大于90％)的优点而广泛地被使用。而且， 某些D类功率放大器会使用脉冲宽度调制器来产生连续脉冲，这些脉冲宽度 随音频信号幅度而变化，以控制D类功率放大器内切换电路的运作。然而， 对于信号失真度要求较高的产品上，D类功率放大器的表现却不如AB类功率 放大器那么地好。因此，为了改善传统D类放大器输出信号非线性失真的问 题，便发展出一种积化和差(sigma-delta)D类功率放大器，其信号失真度能 较AB类功率放大器低，且亦保留D类功率放大器高功率转换效率的特点，使 得积化和差D类功率放大器在市场上有很大的竞争优势。

然而，已知的积化和差D类功率放大器由于其取样频率受限于超取样比 (Over Sampling Ratio，OSR)，因此通常其频率都比传统D类放大器高出四 至五倍，使其动态损失(Switching Loss)比传统D类放大器要大许多，造成 在比较小功率输出时，已知的积化和差D类功率放大器的功率转换效率会比 已知D类功率放大器小很多。此外，已知的积化和差D类功率放大器输出的 驱动电流方向只有正向与反向两种状态，没有额外提供一种无电流的稳态。

发明内容

根据本发明的范例提供一种积化和差D类功率放大器，其包括回路滤波 单元、量化单元及输出级模块。回路滤波单元计算输入信号与输出信号间的 差值，并累加差值，以产生误差信号。量化单元耦接回路滤波单元，且依据 第一参考信号与第二参考信号的电平量化误差信号，并产生对应的第一平均 信号与第二平均信号。输出级模块耦接量化单元，并依据第一平均信号与第 二平均信号对应地产生输出信号以驱动负载。其中，输出信号的驱动电流至 少为第一驱动状态、第二驱动状态、无电流状态三者其中之一。

根据本发明的范例提出一种积化和差D类功率放大器的方法，其步骤如 下：首先，接收输入信号，且计算输入信号与输出信号间的差值，并累加差 值，以产生误差信号。接着，依据第一参考信号与第二参考信号的电平量化 误差信号，并产生对应的第一平均信号与第二平均信号。之后，依据第一平 均信号与第二平均信号对应地产生输出信号以驱动负载。其中输出信号的驱 动电流至少为第一驱动状态、第二驱动状态、无电流状态三者其中之一。

本发明的积化和差D类功率放大器因采用上述量化单元，其可量化误差 信号为第一及第二平均信号，其中不同的第一及第二平均信号的逻辑电平组 合对应于至少三种量化状态的等效电平的其中一种。如此一来，通过量化单 元输出的第一及第二平均信号控制输出级模块产生对应的驱动电流，以驱动 负载。其中，驱动电流具有无电流的稳态(等电位状态)，因此可减少功率放 大器的功率损失。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合 所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的一实施例的积化和差D类功率放大器的方块图。

图2为本发明的一实施例的回路滤波单元的电路图。

图3为本发明的一实施例的量化单元的示意图。

图4为本实施例的平均信号M1、M2的不同逻辑电平组合与对应的量化状 态的电平示意图。

图5为本发明的一实施例的量化单元的电路图。

图6为本发明的一实施例的驱动电流的输出状态与其对应的信号电平示 意图。

图7为本发明的一实施例的驱动电流Io的输出状态与其对应的输出信号 Vo的波形图。