[发明专利]控制信号路径的噪声传递函数以减少电荷泵噪声

说明书

一种装置可包括：Δ‑Σ调制器，其用于对数字信号进行量化噪声整形；数模转换器，其被配置为从数字信号生成模拟信号；以及放大器，其被配置为放大模拟信号并由电荷泵供电，其中电荷泵被配置为以近似等于Δ‑Σ调制器的调制器噪声传递函数的零点的开关频率操作，使得电荷泵噪声对装置的总谐波失真噪声的影响最小化。

交叉引用和相关申请

本公开要求2017年4月27日提交的美国临时专利申请第62/490,730号、2017年4月27日提交的美国临时专利申请第62/490,922号和2017年6月6日提交的美国临时专利申请第62/515,785号的权益，所述申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体涉及电荷泵电源，包括但不限于个人音频设备诸如无线电话和媒体播放器，并且更具体地，涉及用于调节由电荷泵生成的输出功率以维持电荷泵的输入电流限制的系统和方法。

背景技术

包括无线电话诸如移动/蜂窝电话、无绳电话、mp3播放器的个人音频设备和其他消费音频设备被广泛使用。此类个人音频设备可包括用于驱动一对头戴式耳机或者一个或多个扬声器的电路。此类电路通常包括用于将音频输出信号驱动到头戴式耳机或扬声器的功率放大器。

可影响其适销性和期望性的个人音频设备的一个特定特征是其音频输出信号的动态范围。简而言之，动态范围是音频输出信号的最大值与最小值之间的比。增加动态范围的一种方法是对功率放大器施加高增益。然而，音频输出信号中存在的噪声通常可是功率放大器增益的单调递增函数，使得由于高增益放大器而带来的任何动态范围增加可被信号噪声抵消，其可有效掩盖更低强度的音频信号。

2013年11月19日提交的转让给本公开的申请人(思睿逻辑有限公司(CirrusLogic,Inc.))的标题为“增强音频信号路径的动态范围(Enhancement of Dynamic Rangeof Audio Signal Path)”的美国专利申请第14/083,972号(“’972申请”)公开了用于增强音频信号路径的动态范围的方法和系统。在’972申请中，一种用于向音频换能器提供输出信号的装置包括数字信号路径部分、模拟信号路径部分、在数字信号路径部分与模拟信号路径部分之间接合的数模转换器(DAC)，以及控制电路。数字路径部分可具有可选的数字增益，并且可被配置为根据可选的数字增益生成数字音频输出信号，并且DAC可被配置为从数字输出信号生成模拟信号。模拟信号路径部分可具有用于接收模拟信号的音频输入端，用于提供输出信号的音频输出端，以及可选的模拟增益，并且可被配置为基于模拟信号以及根据可选的模拟增益生成输出信号。控制电路可被配置为基于指示输出信号的信号的幅值来选择可选的模拟增益并选择可选的数字增益。

动态范围增强系统的有效操作通常需要信号路径在感兴趣的频率范围内的通带平坦度，因为偏离平坦通带可导致动态范围增强系统的误触发，从而改变可选的模拟增益和可选的数字增益。然而，信号路径的模拟信号路径部分和数字路径部分中的每个均可具有在感兴趣的频率范围内不平坦的传递函数，这种情况通常称为“幅值下垂”。

功率放大器通常可是个人音频设备中功率的主要消耗者，因此，可对个人音频设备的电池寿命产生最大影响。在具有用于输出级的线性功率放大器的设备中，在低信号电平输出期间会浪费功率，因为有源输出晶体管两端的压降加上输出电压将等于恒定电源轨电压。因此，放大器拓扑诸如G类和H类对于减少(一个或多个)输出晶体管两端的压降并由此减少由(一个或多个)输出晶体管的功耗所浪费的功率是可取的。

为向此类功率放大器提供可变的电源电压，可使用电荷泵电源，例如，诸如美国专利8,311,243中所公开的电源，其中在电路输出端处的信号电平的指示用于控制G类拓扑中的电源电压。通常，只要音频源中存在低信号电平的周期，上述拓扑就可以提高音频放大器的效率。通常，在此类拓扑中，多个阈值定义电荷泵电源的输出信号电平相关的工作模式，其中，在每种模式下，电荷泵电源生成不同的电源电压。

发明内容