[发明专利]差分式脉冲振幅波宽度数字模拟转换装置及信号编码方法

摘要

本发明公开一种差分式脉冲振幅波宽度数字模拟转换装置及信号编码方法，所述装置包含：一差分式脉冲振幅波宽度调制(aPWM)模块、一电源驱动模块，以及一滤波器；该aPWM模块接收一数字音频输入端输出的输入信号，该滤波器连接至一终端负载，例如，喇叭。该电源驱动模块连接于该aPWM模块与该滤波器之间，该aPWM模块根据来自该输入信号产生差分脉冲，该电源驱动模块提供能量至该终端负载，过程中由该滤波器移除不要的谐波信号而重新建构输出至终端负载的模拟信号。本发明公开的差分式脉冲振幅波宽度数字模拟转换装置可以使其所产生的PWM信号的信噪比高于100dB，且不受电路制程与接线影响。

主权项

1.一种差分式脉冲振幅波宽度数字模拟转换装置，包含：

一差分式脉冲振幅波宽度调制模块，该差分式脉冲振幅波宽度调制模块接收一数字音频输入端输入的输入信号产生差分脉冲；

一电源驱动模块，连接于该差分式脉冲振幅波宽度调制模块，以及

一滤波器，连接于该电源驱动模块与一终端负载之间，将来自该电源驱动模块所提供能量移除不要的谐波信号而重新建构成一模拟信号输出至该终端负载；

其中，该差分式脉冲振幅波宽度调制模块还包含：

一脉冲宽度调制产生器，接收该输入信号转换为一个时域宽度脉冲的级数；

一振幅调制单元，接收该输入信号以增加脉冲宽度的时域分辨率，并产生选择信号SX、SY；以及

一差分脉冲产生器，该差分脉冲产生器是连接于该脉冲宽度调制产生器，以接收来自该脉冲宽度调制产生器的该时域宽度脉冲的级数及一正负符号，并将其转为电压域及时域定义的差分形式，输出脉冲DN、DP；

其中，该电源驱动模块还包括：

一脉冲振幅选择器，连接至一电源，另接收来自该振幅调制单元的该选择信号SX、SY，以决定该电源的输出脉冲波的振幅强度；以及

两个功率级，分别连接至该脉冲振幅选择器并接收该输出脉冲波，另接收来自该差分脉冲产生器输出的该脉冲DN、及该脉冲DP，以输出一脉冲电压VDN、及一脉冲电压VDP。

2.如权利要求1所述的差分式脉冲振幅波宽度数字模拟转换装置，其中，该差分式脉冲振幅波宽度调制模块使用一编码方法来决定一被量化为N位元呈现的输入信号S的一位元数值K，该被量化为N位元呈现的输入信号S包含一位元的符号，J位元的一最大有效位元部分，以及K位元的一最小有效位元部分，其中N＝J+K，T_P是能够通过该电源驱动模块而不会减小的一最小脉冲宽度，而T_R是该被量化为N位元呈现的输入信号S的一最小时间分辨率，当该差分式脉冲振幅波宽度调制模块输出一脉冲电压VDP及一脉冲电压VDN，而该被量化为N位元呈现的输入信号S的范围是‑(2^N‑1)至(2^N‑1)，该编码方法所得到的输出Vo被定义为Vo＝VDP‑VDN，从而对于任何该被量化为N位元呈现的输入信号S值，Vo＝S*T_R*Vcc，其中Vcc为该电源的电压。

3.如权利要求2所述的差分式脉冲振幅波宽度数字模拟转换装置，其中在该编码方法中该输入信号S与所输出的编码SX与SY均为二进位，并且：

当S<2^K，且S>0时，则SY＝S，SX＝1111…1，其中，SX的位元数为K；

当S<2^K，且S<＝0时，则SX＝S，SY＝1111…1，其中，SY的位元数为K；

当S>＝2^K时，则SX＝1111…1，SY＝1111…1，其中，SX与SY的位元数均为K。

4.如权利要求2所述的差分式脉冲振幅波宽度数字模拟转换装置，其中，最小时间分辨率T_R时的输出电压为(T_R/T_P)*Vcc，其中Vcc为该电源的电压。

5.一种差分式脉冲振幅波宽度数字模拟转换装置的信号编码方法，包括：

选择一脉冲宽度调制取样率M以决定所需的N位元的数目；

选择能够通过一电源驱动模块而不会减小的一最小脉冲宽度T_P；

决定一最小时间分辨率T_R；

对于被量化为N位元呈现的输入信号S决定振幅分辨率位元数K，该被量化为N位元呈现的输入信号S包含一位元的符号，J位元的最大有效位元(MSB)部分，以及K位元的最小有效位元(LSB)部分，其中N＝J+K，T_R是输入信号S的最小时间分辨率；以及

输出指定脉冲宽度的一脉冲电压VDN、及一脉冲电压VDP；

其中，而该被量化为N位元呈现的输入信号S的范围是‑(2^N‑1)至(2^N‑1)，该编码方法所得到的输出Vo被定义为Vo＝VDP‑VDN，其中，输入信号S与所输出的编码SX与SY均为二进位，并且：

当S<2^K，且S>0时，则SY＝S，SX＝1111…1，其中，SX的位元数为K；

当S<2^K，且S<＝0时，则SX＝S，SY＝1111…1，其中，SY的位元数为K；

当S>＝2^K时，则SX＝1111…1，SY＝1111…1，其中，SX与SY的位元数均为K。

6.如权利要求5所述的差分式脉冲振幅波宽度数字模拟转换装置的信号编码方法，其中，最小时间分辨率T_R时的输出电压为(T_R/T_P)*Vcc，其中Vcc为一电源的电压。