[发明专利]功率放大器及其调制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率放大器及其调制器，且特别是涉及一种具有自动调 制频率功能的三角积分脉冲宽度调制(Sigma-Delta Pulse-Width Modulation)D类功率放大器及其调制器。

背景技术

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％)的优点而广泛的被使用。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D类放大器输出信号非线性失真的问题，便有人提出一 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，且也保留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，积化和差D类功率放大器 具有一个致命缺点。当输入信号大到某程度时，通常约为参考电平的一半， 积化和差D类功率放大器的全谐波噪音比(total harmonic distortion plus noise，THD+N)会急遽变大，其中全谐波噪音比为设备本身产生的失真谐波 功率及噪声的总和与输出功率的比值。

为了解决上述积化和差D类功率放大器的致命缺点，一种三角积分脉冲 宽度调制式D类功率放大器的技术便应运而生。如此一来，除了可改善积化 和差D类功率放大器的全谐波噪音比急遽变大的问题之外，还可保有脉冲宽 度调制式D类功率放大器在一般常用功率下的转换效率。另外，此技术使用 了连续时间的三角积分调制概念，于是在回路滤波器的部分必须采用被动元 件如电阻、电容等...。

然而，由于工艺技术上的限制，被动元件的绝对值的大小约有±20％～ ±40％的差距，严重地影响电路的表现。而被动元件工艺上的变异无法精确地 被控制，以致于被动元件的绝对值的差距所造成的电路效能差异过大，导致 三角积分脉冲宽度调制式D类功率放大器的输出信号质量无法有效提升。

发明内容

根据本发明的范例提供一种调制器，其包括回路滤波单元、频率产生器 及量化单元。回路滤波单元用以计算一输入信号与一输出信号间的一差值， 并累加差值，以及依据差值与一参考频率产生一第一信号。频率产生器提供 具有参考频率的一第二信号至回路滤波单元。量化单元耦接回路滤波单元， 其将第一信号量化为一数字信号，并输出至该调制器的下一级电路。此外， 频率产生器包括逻辑电路、电流阵列及虚拟负载。逻辑电路用以接收一第三 信号，比较第三信号与一第一参考信号或一第二参考信号的电平，并输出一 逻辑信号。电流阵列耦接逻辑电路，依据逻辑信号产生第二信号与一虚拟信 号，其中第二信号与虚拟信号二者特性相关。虚拟负载耦接电流阵列，其用 以代表回路滤波单元内的一负载电路，其中电流阵列通过虚拟信号驱动虚拟 负载，使虚拟负载提供第三信号至逻辑电路。

根据本发明的范例提供一种功率放大器，其包括回路滤波单元、频率产 生器、量化单元及输出级模块。回路滤波单元用以计算一输入信号与一输出 信号间的一差值，并累加差值，以及依据差值与一参考频率产生一第一信号。 频率产生器提供具有参考频率的一第二信号至回路滤波单元。量化单元耦接 回路滤波单元，其将第一信号量化为一数字信号，并输出至下一级电路。输 出级模块耦接量化单元，其接收数字信号，并依据数字信号的逻辑电平产生 对应的输出信号，以驱动一外部负载。此外，频率产生器包括逻辑电路、电 流阵列及虚拟负载。逻辑电路用以接收一第三信号，比较第三信号与一第一 参考信号或一第二参考信号的电平，并输出一逻辑信号。电流阵列耦接逻辑 电路，依据逻辑信号产生第二信号与一虚拟信号，其中第二信号与虚拟信号 二者特性相关。虚拟负载耦接电流阵列，其用以代表回路滤波单元内的一负 载电路，其中电流阵列通过虚拟信号驱动虚拟负载，使虚拟负载提供第三信 号至逻辑电路。

基于上述，本发明采用所述的频率产生器，其可适当地调整频率，并输 出至回路滤波单元。这样一来，通过适当地调整频率的频率产生器，以降低 回路滤波单元中被动元件因工艺变异对功率放大器所造成的影响。进一步使 得功率放大器整体的表现可以维持在高质量的状态。