[发明专利]高保真D类音频放大器

说明书

技术领域

本发明涉及音频功率放大器，特别涉及一种脉宽调制（PWM）D类音频放大器电路及其构成的单片集成电路。

背景技术

D类放大器也称为数字式放大器，与模拟放大器的主要差别在于功放管的工作状态。传统模拟放大器有甲类、乙类、甲乙类和丙类等。一般的小信号放大都是甲类功放，即A类，放大器件需要偏置，放大输出的幅度不能超出偏置范围，所以，能量转换效率很低，理论效率最高才25%。乙类放大器，也称B类放大器不需要偏置，靠信号本身来导通放大管，理想效卒高达78.5%。但因为这样的放大，小信号时失真严重实际电路都要略加一点偏置，形成甲乙类（AB类）放大器，这么一来效率也就随之下降。虽然高频发射电路中还有一种丙类，即C类放大器，效率可以更高，但电路复杂、失真大，音频放大中一般都不采用。这几种模拟放大电路的共同特点是晶体管都工作在线性放大区域中，它按照输入音频信号的大小控制输出的大小，就像串在电源与输出间的一只可变电阻，控制输出，但同时自身也在消耗电能。D类放大器采用脉宽调制原理设计，其功放管工作在开关状态。

近年来，便携式音频设备等低功耗应用的兴起使得D类放大器备受关注。其中，由于无滤波D类音频放大器（放大器功率输出级没有通常的滤波电容、电感等构成的滤波电路）具有高效率、小尺寸的优点，其对包括手机，笔记本电脑等在内的消费类电子产品具有极大的吸引力，因为无滤波D类音频放大器对于延长这些产品的电池寿命和减小热损耗具有重要意义。

在无滤波D类音频放大器结构中，相比于其他的调制方式，传统的PWM调制形式放大器具有相对高的信号失真。这种程度的失真可以归因于高频互调失真（inter-modulation distortion，IMD），互调失真是对由两个或两个以上频率分量构成的输入信号失真的度量，如公式（1）所示：

%IMD=[Vo(mf1+nf2)+Vo(mf1-nf2)]2+...Vo(f2)×100%---(1)]]>

其中m，n=1，2，3…，当两个输入频率f₁=60Hz且f₂=7kHz时，输出电压Vo(f₁)=4Vo(f₂)。通常情况下，占据主导地位的三阶互调分量在2f₁±f₂和f₁±2f₂处对无滤波D类放大器具有重要意义。