[发明专利]D类功率放大器及其输入信号调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及D类功率放大器，特别涉及一种D类功率放大器及其输入信号调制技术。

背景技术

传统的功率放大器分为A类、B类和AB类几种。其中，A类功率放大器工作在功放管的线性区，虽然信号失真度比较小，但是静点工作电流较大，其功率效率通常只有20％左右；B类功率放大器采用一对功放管以推挽的形式对信号进行放大，具有较小的静点工作电流，但是在过零附近存在严重的交越失真现象，其功率效率通常也只有60％左右；AB类功率放大器是在B类功率放大器的基础上改进而成，信号失真度和静点工作电流都介于A、B类功率放大器之间，但是其功率效率也只有45％左右。随着娱乐消费电子产品的日益普及，对功率放大器，特别是音频放大器提出了新的要求。不仅要求功率放大器器件对原始信号具有较高的保真度，同时还要求功率放大器器件具有较高的功率效率和较小的体积(特别是便携式、电池供电的电子设备)。随着半导体技术的不断进步，新一代D类功率放大器的出现满足了市场的这种需求，其具有高达85～90％的功率效率和较小的体积，还具有较高的音频性能指标。D类功率放大器不同于传统的功率放大器，其功放管工作在开关状态，而不是线性放大区，因而具有较小的功率消耗，功率效率较高。目前，D类功率放大器典型的调制算法分为脉冲宽度调制(PWM)与脉冲密度调制(PDM)两类，脉冲密度调制以Sigma-Delta调制为多。这两类调制算法的理论基础是：面积相等而形状不同的窄脉冲加在低通滤波器上其效果基本相同，这里所谓效果基本相同指的是频率响应的低频段非常接近，高频段略有差异。

参见图1，由三角波发生器、比较器、功放电路、低通滤波器、扬声器顺次连接组成D类功率放大器的PWM调制方案，PWM调制方法是利用周期性的三角波或锯齿波与输入信号进行比较而产生PWM信号，每一个三角波周期输出一个PWM脉冲，输入信号幅度越大，输出的PWM脉冲宽度越大，如图2所示。其优点是调制方法简单、易于实现，且开关频率较低；其缺点是在音频带外有较大的调制载波及其谐波的频谱，这会造成较大的电磁干扰(EMI)问题。

参见图3，由SDM(Sigma-Delta Modulation)调制器、功放电路、低通滤波器、扬声器顺次连接组成D类功率放大器的PDM调制方案，SDM调制器包括噪声整形滤波器、量化器和延时反馈环路组成，量化器采用单电平量化器。SDM调制方法是由增量调制算法改进而来，调制出的脉冲串根据输入信号的变化快慢而疏密变化。当输入信号比较平坦时，输出脉冲串比较稀疏；而当输入信号急剧变化时，输出脉冲串比较稠密，如图4所示。为了保证调制系统的性能指标和稳定性，SDM调制方法的实现结构较为复杂，但是其输出脉冲信号频谱没有固定频率的调制载波，其EMI优势要优于PWM调制方法，且其调制输出信号的性能指标较高。PWM与SDM调制方法可以采用模拟或者纯数字的调制方法实现，采用模拟调制可以利用负反馈来达到较高的性能指标，但是其输入必须是模拟信号，这对大量的数字设备来说必须加入高精度的数模转换器件，增加了系统成本；采用纯数字调制方法可以满足现代数字化趋势的要求，提高信号源精度，直接对数字信号进行放大，减少系统成本，且可以增加许多模拟调制不易实现的附加功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种在功率放大器的系统性能与稳定性之间取得良好平衡的D类功率放大器以及该D类功率放大器的输入信号调制方法。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，D类功率放大器，其特征在于，包括脉冲密度调制器、脉冲宽度调制器、脉冲成型电路、功放电路、低通滤波器，所述脉冲密度调制器、脉冲宽度调制器、脉冲成型电路、功放电路、低通滤波器顺次连接；

进一步的，本发明的D类功率放大器还包括数据重取样电路，所述脉冲密度调制器通过数据重取样电路与脉冲宽度调制器连接；

进一步的，所述数据重取样电路由数据预处理单元和取样单元顺次连接组成；

进一步的，所述脉冲密度调制器的量化器为多电平量化器；

进一步的，所述功放电路为BTL功放电路。

D类功率放大器的输入信号调制方法，其特征在于，包括下列步骤：

a、对输入信号进行脉冲密度调制，得到密度调制信号；

b、对所述密度调制信号进行脉冲宽度调制，得到混合调制信号；

c、对所述混合调制信号进行电平变换并输入到功放电路；

进一步的，所述步骤b还包括，对所述密度调制信号进行数据重取样；

进一步的，所述步骤c包括下列步骤：