放大器電路的制作方法

專利名稱：放大器電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及放大器電路，具體地但不排他地，涉及包括功率放大器的放大器電路。
背景技術：
圖1示出了基礎的AB類放大器10。雙極(即，錯層(split level))電源輸出了 電壓v+、v_，且這些輸出電壓跨越放大器10而施加，放大器10放大了輸入信號sin并將以地 為參考的放大輸出信號s。ut輸出至負載20。假設被供應至放大器10的電壓是足夠的，則放 大器10具有基本線性的放大行為(忽略交叉效應(crossover effect)).也就是說，從該 電源輸出的電壓V+、V_必須是足夠的，以避免輸出信號“削波(clipping)”——即當該信號 靠近、等于或超過從電源供應至放大器的電壓V+、V_時發生的輸出衰減。通過使最大輸出信 號S。ut_與電源導軌(rails)之間具有“凈空(headroom)”避免了這種現象。圖2示出了當Sin是正弦波時的S。ut。在這一實施例中，V+和V_被設置得足夠高，以使輸入正弦波被線性地放大。也就 是說，在V+及v_與最大輸出信號之間有少量的凈空，以使信號不被削波。該圖中的陰影區域代表在放大器10中浪費的功率；可以看到，當輸出接近V+或 V_時，放大器10十分高效，但是當輸出接近OV(GND)時，放大器十分低效。也就是說，即使 當輸出信號S。ut很小時，放大器10仍然消耗大量的功率。AB類放大器的最大理論效率是 78. 5%。通過提供多于一組的電源導軌——即電源電壓(supply voltage)，G類放大器克 服了這一效率上的限制。也就是說，如圖3所示，如果輸出信號S-合理地大，則該放大器 產出(rim off) 一個電源V+-V_;如果輸出信號S。ut較小，則該放大器產出另一個較小的電 源\^ 。理想地，可以提供無限數量的電源導軌，以使被供應至該放大器的電壓有效地“跟 蹤”輸入信號，而總是提供剛好足夠的電壓，以避免削波的出現。圖4示出了 G類放大器50的實施例。待放大的數字信號Sin被輸入至放大器50。該數字輸入信號首先通過數模轉 換器(DAC)51被轉換為模擬信號。所產生的模擬信號被饋送至包絡檢波器(envelope detector) 52.包絡檢波器52檢測DAC 51的模擬輸出信號的包絡的大小(size)，并將控制 信號輸出至開關式(switching)DC-DC轉換器54。該控制信號指示DAC 51的模擬輸出的包 絡的大小。接著，DC-DC轉換器54通過分別對電容器58、60充電來將電壓V+和V_供應至 功率放大器56。由DC-DC轉換器54供應的電壓V+和V_隨著來自包絡檢波器52的控制信 號而變化，以使相對大的包絡將導致相對高的電壓被供應至功率放大器56 ；相反地，小的 包絡將導致相對小的電壓被供應至功率放大器56，以使浪費較少的功率。V+被供應至第一電容器58的一個接線端(terminal)，V_被供應至第二電容器60 的一個接線端。各電容器58、60的第二接線端接地。DC-DC轉換器54以固定頻率Fs被接 通或斷開，以使電容器58、60輪換地充電和放電，從而，假設模擬信號的包絡不變化，則將 近似恒定的電壓施加至功率放大器56。
圖5是跨越電容器58、60之一的電壓的示意圖(在實踐中，該電容器的充電和放 電圖線(profile)將是指數曲線)。在時刻、，DC-DC轉換器54被接通，從而該電容器開始 充電。在時刻、，DC-DC轉換器54被斷開，從而該電容器開始放電。在時刻t2，DC-DC轉換 器54被接通，從而該電容器再次開始充電。該動作被重復，以使跨越該電容器的電壓被維 持在近似恒定的水平，帶有被公知為“紋波電壓”(ripplevoltage)的少量變化。因此，tQ與 、之間的時間段是1/FS。與上述的包絡檢波平行地，圖4中DAC 51的模擬輸出信號通過模擬時延器 (delay) 62被饋送至前置放大器(preamplifier) 63，前置放大器63通常是可編程增益放大 器(PGA)，其通過根據所接受的控制信號(即，音量)的增益設置來放大經時延的信號。來 自前置放大器63的輸出被饋送至功率放大器56，在功率放大器56中被放大并輸出至負載 64。模擬時延器62是有必要的，以使由包絡檢波實現的功率調制同步于功率放大器56的 信號的到達。但是，模擬時延經常導致信號失真；需要的時延越長，經時延的信號的失真就越 嚴重。通常，為使該效應最小化，必須使包絡檢波和功率調制盡可能快地運行；也就是說， DC-DC轉換器54必須對輸入信號的變化作出迅速反應。但是，這一方法也存在缺陷。例如， 在使用功率放大器56放大音頻信號時，運行在降低信號失真所需的頻率的DC-DC轉換器本 身可以產生用戶可聽見的噪音。在實踐中，在信號失真和電源產生的噪聲之間需要實現一個折衷。

發明內容
根據本發明的一個方面，提供了放大器電路，其包括輸入端，其用于接收待放大 的輸入信號；前置放大器，其用于基于可變增益(variable gain)來放大該輸入信號；功率 放大器，其用于放大從該前置放大器輸出的信號；可變壓電源，其用于向該功率放大器供應 功率，所述功率被基于該可變增益而調整。根據本發明的一個相關方面，提供了放大信號的方法，其包括以下步驟接收輸入 信號；在前置放大器中基于可變增益來放大該輸入信號；從可變壓電源向功率放大器供應 功率；以及在該功率放大器中放大該模擬信號，其中該可變壓電源被基于該輸入信號和該 可變增益而控制。根據本發明的另一個方面，提供了放大器電路，其包括輸入端，其用于接收待放 大的輸入數字信號；時延塊(delay block)，其用于使該輸入數字信號發生時延并輸出模擬 信號，該時延塊包括用于接收該數字信號并將該數字信號轉換為模擬信號的數模轉換器； 功率放大器，其用于放大該模擬信號；以及可變壓電源，其用于向該功率放大器供應至少一 個供應電壓，其中由該可變壓電源供應的該至少一個電源電壓被基于該輸入數字信號而控 制。根據本發明的一個相關方面，提供了放大信號的方法。該方法包括以下步驟接收 輸入數字信號；將經時延的數字信號轉換為模擬信號；從可變壓電源向功率放大器供應至 少一個電源電壓；以及在該功率放大器中放大該模擬信號，其中由該可變壓電源供應的該 至少一個電源電壓被基于該輸入數字信號而控制。根據本發明的另一個方面，提供了放大器電路，其包括輸入端，其用于接收待放大的輸入信號；前置放大器，其用于基于音量信號來放大該輸入信號；功率放大器，其用于 放大從該前置放大器輸出的信號；時鐘發生器，其用于產生時鐘信號，該時鐘信號具有根據 該音量信號而變化的頻率；以及開關電源(switched power supply)，其用于接收所述時鐘 信號、以所述時鐘信號頻率來切換、并向該功率放大器供應至少一個電源電壓。根據本發明的一個相關方面，提供了放大信號的方法。該方法包括以下步驟接收 輸入信號；在前置放大器中根據音量信號來放大該輸入信號；從開關電源向功率放大器供 應至少一個電源電壓；以及在該功率放大器中放大從該前置放大器輸出的信號，其中該開 關電源以根據該音量信號而變化的頻率來切換。根據本發明的另一個方面，提供了放大器電路，其包括輸入端，其用于接收待放 大的輸入信號；功率放大器，其用于放大該輸入信號；時鐘發生器，其用于產生時鐘信號， 該時鐘信號具有隨該輸入信號而變化的頻率；以及開關電源，其用于接收所述時鐘信號、以 所述時鐘信號頻率來切換、并向該功率放大器提供至少一個電源電壓。根據本發明的一個相關方面，提供了放大信號的方法。該方法包括以下步驟接收 輸入信號；從開關電源向功率放大器供應至少一個電源電壓；以及在該功率放大器中放大 該輸入信號，其中該開關電源以根據該輸入信號而變化的頻率來切換。


為了更好地理解本發明并更清晰地示出如何實施本發明，現在將以實施例的方式 參照附圖，在附圖中圖1示出了基礎的AB類放大器；圖2示出了當輸入信號是正弦波時，來自圖1的放大器的輸出信號；圖3圖示了被用在放大器中的雙供應導軌(dual supply rails)；圖4示出了典型的G類放大器；圖5是圖解了跨越圖4中的電容器之一的電壓的示意圖；圖6示出了根據本發明的一個方面的放大器；圖7示出了根據本發明的另一個方面的放大器；圖8示出了根據本發明的另一個方面的放大器；圖9示出了根據本發明的另一個方面的放大器；圖10示出了另一個放大器；圖11示出了可以被用在圖10的放大器中的開關的實施例；圖12示出了圖10和11的開關的示例性實現方式；圖13示出了又一個放大器；圖14a和14b示出了適合用于本發明的任何放大器的第一電荷泵(charge pump)； 且圖15a和15b示出了適合用于本發明的任何放大器的第二電荷泵。
具體實施例方式圖6示出了根據本發明的一個方面的、用于放大音頻信號的放大器100。但是應 認識到，放大器100可以用于放大許多其他類型的信號。放大器100接收待放大的數字輸入信號。該數字輸入信號被輸入至包絡檢波器102。包絡檢波器102檢測該數字輸入信號 的包絡的大小，并將控制信號103輸出至可變壓電源(VVPS)104。被輸出至VVPS 104的控 制信號103指示所檢測到的包絡的大小。通過分別對電容器108、110充電，VVPS向功率放 大器106輪流提供兩個電壓V+和V_。隨著來自包絡檢波器102的控制信號103的變化，由 VVPS 104提供的電壓V+和V_變化，以使指示相對大的包絡的控制信號將導致相對高的電 壓被供應至功率放大器106 ；相反地，指示相對小的包絡的控制信號將導致相對小的電壓 被供應至功率放大器106，以使浪費較少的功率。V+被供應至第一電容器108的一個接線端，V_被供應至第二電容器110的一個接 線端。各電容器108、110的第二接線端接地。VVPS 104以頻率Fs被接通或斷開，以使電容 器108、110輪換地充電和放電，只要該數字輸入信號的包絡不變化，就向功率放大器106供 應近似恒定的電壓。控制信號103可以具有許多位(bit)，用于以高精度來表示該包絡的大小。替代性 地，控制信號103可以僅有單個位。與包絡檢波平行地，數字輸入信號被輸入至數字濾波器112。接著，經濾波的信號 被輸入至sigma-delta( E A)調制器114。經調制的經濾波的信號被輸入至數模轉換器 (DAC) 116，并被轉換為模擬信號。濾波器112、sigma-delta調制器114和DAC 116的作用是將數字信號轉換為模 擬信號，以使其可以被放大；以及使該信號發生時延，以使其到達功率放大器106的行為同 步于由包絡檢波器102確定的正確的電壓電平(voltage level)。因此，理論上所要求的只 是數字時延器和DAC。在圖6示出的實施例中，時延主要在數字濾波器112中被引入，雖然 sigma-delta調制器114和DAC116也具有固有的時延。如本領域普通技術人員所熟悉的， sigma-delta調制器114縮減了該輸入信號的字長(word length)。這簡化了 DAC 116，因 為該輸入信號可能是復雜的(音頻信號通常具有24位)而設計24位DAC是十分困難的。 通過使用sigma-delta調制器114或任何其他合適的字長縮減塊來縮減字長，大大地簡化 了 DAC 116的設計。sigma-delta調制器114要求該信號被上采樣(upsampled)，而這就是 數字濾波器112的目的。DAC 116的模擬輸出信號被輸入至前置放大器118，其將該信號放大一個可變增 益。該可變增益是通過控制信號來設置的，該控制信號在這一特定實施例中是音量信號。在 大多數音頻應用中，該可變增益通常是一個衰減，以改善信噪比(SNR)。經前置放大的信號從前置放大器118被輸出至功率放大器106，該信號在功率放 大器106中被放大并被輸出至負載120，諸如揚聲器、一副耳機、或引出式連接器(line-out connector)0與參照圖4描述的放大器50相比，放大器100具有許多優勢。通過檢測數字輸入 信號的包絡，放大器100可以，與包絡檢波平行地，利用數字時延器來使該信號發生時延。 數字時延器易于實現，且不會導致信號失真。進一步，數字時延器易于適配，因此VVPS 104 不需要像在現有技術中運行得那樣快，從而不會產生用戶可聽到的音調。如上所述，可以使用具有固有時延的一個或多個處理來實現數字時延。例如，圖6 所示的結構(arrangement)(即，數字濾波器112和sigma-delta調制器114的聯合)簡化 了 DAC 116，也使信號發生了時延；但是，均衡器電路可以被用來對信號進行調制和使信號發生時延；或者，立體聲或3D處理也會使信號發生時延。但是，這一列表不是窮舉的；可以 使用使信號發生時延的任何處理或處理的聯合。也應認識到，該時延可以單獨由DAC 116 提供。包絡檢波器102可以采用本領域普通技術人員熟悉的多種形式。例如，包絡檢波器102可以檢測該包絡并將其與某閾值比較。在控制信號103僅有單個位的情況下，包絡 檢波器102可以包括比較器，其將該包絡與一個閾值進行比較。如果該包絡小于該閾值， 則VVPS 104將提供相對低的電壓；如果該包絡大于該閾值，則VVPS 104將提供相對高的電壓。根據另一個實施例，可以直接從數字輸入信號得出控制信號103，例如基于數字輸 入信號的特定位——諸如最高有效位(MSB)。根據這一實施例，當MSB為高時，VVPS 104將 向功率放大器106提供較高的電源電壓；當MSB為低時，該VVPS將向功率放大器106提供 較低的電源電壓。應認識到，通過使用額外的比較器和對應的閾值，例如當使用多個電源導軌或電 壓電平來向功率放大器106供電時，可以向控制信號103提供更多位的精度。可變壓電源104可以采用本領域普通技術人員熟悉的多種形式中的任何一 種。VVPS 104可以是電荷泵、DC-DC轉換器、或其他開關模式的電源。進一步，雖然所示 的VVPS 104是開關電源，但放大器100可以使用非開關電源(例如，線性調節器(linear regulator))。而且，圖6示出的VVPS 104向該功率放大器提供了一個正的和一個負的電 壓輸出；但是，這不是必要的。該VVPS可以向該功率放大器供應僅一個電壓。下述的圖14 和15圖示了可以用作VVPS 104的兩個電荷泵。圖7示出了根據本發明的另一個方面的放大器200。放大器200與參照圖6描述的放大器100相似，除了一些將在下文詳細描述的構 件(component)以外。放大器100、200共同的構件保留了它們的原始參考標號，并將不再 被描述。包絡檢波器202和VVPS 204以與它們在放大器100中的對應部分相同的方式運 行；但是，該兩個構件中的任一或兩者的運行可以被以下述方式調整。在放大器200中，被施加至前置放大器118以設置前置放大器118內的可變增益 的控制信號(即，音量信號)也被用來調整供應至功率放大器106的電壓。如上所述，被應用在前置放大器118中的可變增益通常是一個衰減，以改善信噪 比。但是，在放大器100中，包絡檢波——從而供應至功率放大器106的電壓——基于的是 完整的輸入信號(full inputsignal) 0在包絡檢波之后，該系統中的全部增益都存在。因 此，在音量導致衰減的情況下，將出現功率浪費；如果音量導致增益，從功率放大器106輸 出的信號將出現削波。有多種方式來將音量應用至包絡檢波。在輸入信號進入包絡檢波器202之前，可以通過音量控制信號來修改該輸入信 號，以使音量在所檢測的包絡檢波中已被考慮(例如，輸入信號可以與音量信號相乘)。替代性地，從包絡檢波器202輸出到VVPS 204的控制信號可以被該音量修改，以 使VVPS 204可以相應地調整其電壓輸出(例如，控制信號可以與音量信號相乘)。后一方 法具有增加該系統的分辨率(resolution)的有益效果；包絡檢波器202可以使用完整的輸 入信號來檢測包絡。替代性地，包絡檢波器202的檢測機構可以被該音量適配，以輸出被針對該音量而調整的控制信號。在又一個替代性方法中，VVPS204的輸出可以被該音量適配， 以使供應至功率放大器106的電壓被針對該音量而調整。上述討論描述了將音量控制信號不僅應用至前置放大器118——如常規那樣為了 設置前置放大器118內的可變增益——而且應用至輸入信號的包絡檢波。但是，對本領域普 通技術人員也顯然，該可變增益自身可以被應用至輸入信號的包絡檢波。上文和下文的參 考中的“基于音量”來適配或修改一個量(quantity)或信號也因此覆蓋了基于該可變增益 來適配那個量或信號；根據定義，該前置放大器中的可變增益根據該音量控制信號而變化， 因此，基于該可變增益來更改或修改一個量或信號等同于基于該音量間接地更改或修改那 個量或信號。
到現在為止，僅關聯于數字輸入信號以及混合信號放大器而討論了上述的將音量 應用至放大器中的包絡檢波的概念。但是，本領域普通技術人員可以容易地看到，將音量增 益應用至包絡檢波，在具有模擬輸入信號和模擬放大器的系統中將同等地有益，如參照圖4 描述的。例如，在放大器50中，音量可以在包絡檢波器52中的包絡檢波之前、之中或之后 被應用，如此前參照放大器200和圖7描述的。圖8示出了根據本發明的另一個方面的放大器300。放大器300與參照圖6描述的放大器100相似，除了一些將在下文詳細描述的構 件以外。放大器100、300共同的構件保留了它們的原始參考標號，并將不再被描述。包絡 檢波器302和VVPS 304以與其在放大器100中的對應部分相同的方式運行；但是，該兩個 構件中的任一或兩者的運行可以被以下述方式調整。與前述的放大器類似，當VVPS 104被接通時，電容器108、110充電，而當VVPS 104 被斷開時，電容器108、110放電。如上所述，跨越器108、110的電壓升降的量值(magnitude) 被公知為“紋波電壓”(見圖5)。為了降低跨越電容器108、110的紋波電壓，可以增加VVPS 304的切換頻率Fs，以 使電容器108、110在重新充電之前不進行那么多的放電。但是，增加切換頻率Fs將導致 VVPS 304自身內的更大功率消耗，因為VVPS 304在給定的時間段中將被接通更多次。電容器108、110的放電率取決于負載120消耗的功率量，該功率量則取決于被功 率放大器106放大的信號。在信號到達功率放大器106之前，該信號的包絡被檢測，且一個 可變增益(如由音量控制信號設置的)被應用至前置放大器118的輸入信號。這兩個因素 (即，信號包絡和音量)都對被輸入至功率放大器106的信號產生效果。放大器300包括時鐘發生器306，時鐘發生器306接收音量控制信號，并產生具有 頻率Fs'的時鐘信號。當音量相對高時，該時鐘信號的頻率Fs'被適配為相對高，當音量相 對低時，該時鐘信號的頻率Fs'被適配為相對低。該時鐘信號被輸出至VVPS 304，以使VVPS 304以頻率Fs'切換。因此，在較高的音量——此時流經負載120的電流較大從而電容器 108、110相對快地放電，VVPS 304的切換頻率Fs'也較高。這意味著，跨越電容器108、110 的電壓被維持在足夠的電平。相反地，如果音量相對低，則流經負載120的電流較小，因此跨越電容器108、110 的電壓將相對緩慢地放電。在這種情況下，切換頻率Fs'可以較小，因為電容器108、110將 不需要那么頻繁地充電，從而節約了功率。雖然圖8的實施方案被描述為具有第一和第二 切換頻率，但應認識到，可以采用多個切換頻率。
圖9示出了根據本發明的另一個方面的放大器400。 放大器400與參照圖6描述的放大器100相似，除了一些將在下文詳細描述的構 件以外。放大器100、400共同的構件保留了它們的原始參考標號，并將不再被描述。包絡 檢波器402和VVPS 404以與其在放大器100中的對應部分相同的方式運行；但是，該兩個 構件中的任一或兩者的運行可以被以下述方式調整。如上所述，對于給定的負載120，流經負載120的電流量取決于輸入信號的包絡的 大小。鑒于此，放大器400包括時鐘發生器406，其從包絡檢波器402接收又一個控制信號。 時鐘發生器406產生具有頻率Fs'的時鐘信號。該時鐘信號被輸出至VVPS 404，以使VVPS 404以頻率Fs'來切換。因此，當信號包絡較大時，流經負載120的電流將高，從而電容器 108、110將相對快地放電。因此，VVPS 404的切換頻率Fs'也高，以使跨越電容器108、110 的電壓被維持在足夠的電平。相反地，如果信號包絡相對小，則流經負載120的電流將較小，因此跨越電容器 108、110的電壓將相對慢地放電。在這種情況下，切換頻率Fs'可以較小，因為電容器108、 110將不需要那么頻繁地充電，從而節約了功率。雖然圖9的實施方案被描述為具有第一和 第二切換頻率，但應認識到，可以采用多個切換頻率。放大器300、400均可以被適配，以使VVPS 304,404的切換頻率將信號包絡和音量 都考慮進來。這可以通過多種方式實現。例如，音量可以被應用至包絡檢波器302、402，如 參照圖7描述的。也就是說，在信號的包絡在包絡檢波器402中被檢測之前，該信號可以在 放大器400中被該音量修改(例如，該信號可以與音量相乘)；或者，從包絡檢波器402輸 出至時鐘發生器406的控制信號可以被該音量修改(例如，控制信號可以與音量相乘)。在 放大器300中，包絡檢波器302可以向時鐘發生器306輸出控制信號，以在產生時鐘信號時 將包絡和音量都考慮進來。本領域普通技術人員應能夠想出多種方式來將音量、包絡及其 聯合用于改變VVPS的切換頻率。進一步，本領域普通技術人員可以容易地看到，將音量、信號包絡或其聯合應用至 切換頻率，在具有模擬輸出信號的系統中以及在模擬放大器中將同等地有益。因此，模擬放 大器——例如參照圖4描述的模擬放大器——將包括參照圖8和9描述的時鐘發生器，并 以本質上相同的方式運行。開關電源中的兩種功率損耗源是傳導損耗和切換損耗。傳導損耗與開關電源的每 次切換的功率消耗相關，切換損耗與切換——即驅動——每個開關的功率消耗相關。通常， 開關電源使用MOSFET作為切換元件(element)。對于給定的電流，大MOSFET較之相對較小 的MOSFET具有較小的溝道電阻(channel resistance)，即漏-源電阻RDS。但是，對于給定 的運行頻率，因為相對較大的柵極面積(gate area)，大MOSFET將需要較大的柵極電荷，這 導致比較小的MOSFET更大的切換驅動電流損耗，即切換損耗。雖然在高輸出電流中，切換 損耗通常不及傳導損耗顯著，但在低輸出電流中，切換損耗導致了顯著的低效率。因此，每當VVPS切換時，電荷泵的內部開關——例如通常被用于調整該電荷泵的 輸出電壓——消耗一些能量。這一切換損耗能量等于1/2CV2，其中C是該開關的電容，而V 是跨越該開關的電壓。因此，除了被接通更高的時間百分比以外，僅僅是切換動作就消耗能 量。如上所述，VVPS中的MOSFET開關具有固有的柵極電容和固有的溝道電阻RDS。電阻Rds與L/W成比例，其中L是該MOSFET開關的溝道長度，而W是其溝道寬度。柵極電容與 乘積WL成比例。R oc L/WC WL因此，增大MOSFET開關的寬度增大了其柵極電容，并減小了其電阻。減小該寬度 具有相反的作用。多種不同類型的開關可以被用在VVPS中，例如，單個M0SFET、傳輸門(S卩，NMOS和 PMOS晶體管)等。但是，上述的基本原理對于每一類型MOS開關都是相同的。在MOS開關 的運行中消耗的能量是1/2CV2，且電容與該開關的柵極面積(WL)成比例。圖10示出了又一個放大器500。放大器500與參照圖6描述的放大器100相似，除了一些將在下文詳細描述的構 件以外。放大器100、500共同的構件保留了它們的原始參考標號，并將不再被描述。包絡 檢波器502和VVPS 504以與其在放大器100中的對應部分相同的方式運行；但是，該兩個 構件中的任一或兩者的運行可以被以下述方式調整。放大器500還包括開關選擇塊506，其接收音量控制信號，并向VVPS504輸出控制 信號505。控制信號505指揮VVPS 504適配其開關，如下文將參照圖11和12更詳細地描 述的。圖11示出了可以被用在VVPS 504中的開關的一個實施例。兩個開關550、552在 輸入電壓Vin和輸出電壓V。ut之間并聯。第一開關550比較寬，因此具有比較低的電阻和高 的電容。第二開關552較窄，因此具有較高的電阻但卻具有較低的電容。為了輸出高的電 壓，在VVPS 504的開關中需要低的電阻(S卩，為了將盡可能多的Vin傳遞至V。ut)。因此，在 這一情況下使用寬的開關550。由于電容C高，所以消耗大量能量，但這對于實現足夠的V。ut 是必要的。但是，如果僅需要低的輸出電壓，則開關中的電阻可以較高。因此，在這一情況下 可以使用較窄的開關552。較窄的開關552的電容較低，因此在該開關的運行中消耗較少的 能量。雖然圖11僅示出了兩個開關550、552，但應認識到，也可以使用多個開關，其各自具 有不同的“寬度”。圖12示出了開關550和552的一個可能的實現方式。單個開關560可以如所示 被不均勻的劃分為區域562和564。這一結構給出了三個可能的開關寬度最小區域564 ； 較大的區域562 ；以及聯合562和564兩者的區域。替代性地，可以提供多個開關，接通不 同數量的開關以將總體電阻和電容適配至所需值。現在可以看出，放大器500中的開關選擇塊506如何降低放大器500的功率消耗。 如果音量高，則在電容器108、110中需要較大的電壓。因此，在這一情況下，開關選擇塊506 指揮VVPS 504使用相對寬的開關。如果音量低，則在電容器108、110中需要較小的電壓。 在這一情況下，開關選擇塊506指揮VVPS 504使用相對窄的開關，以使VVPS504中的切換損耗被最小化。圖13示出了又一個放大器600。放大器600與參照圖6描述的放大器100相似，除了一些將在下文詳 細描述的構 件以外。放大器100、600共同的構件保留了它們的原始參考標號，并將不再被描述。包絡檢波器602和VVPS 604與其在放大器100中的對應部分以相同的方式運行；但是，該兩個構件中的任一或兩者的運行可以被以下述方式調整。放大器600還包括開關選擇塊606，其從包絡檢波器602接收控制信號，并向VVPS 604輸出控制信號605。在一個替代性結構中，開關選擇塊606可以接收與輸出至VVPS 604 的信號相同的控制信號。控制信號605指揮VVPS 604適配其開關，如在下文中將參照圖11 和12更詳細地描述的。如果信號包絡相對高，則在電容器108、110中需要較大的電壓。因此，在這一情況 下，開關選擇塊606指揮VVPS 604使用相對寬的開關。如果信號包絡低，則在電容器108、 110中需要較小的電壓。在這一情況下，開關選擇塊606指揮VVPS 604使用相對窄的開關， 以使VVPS604中的切換損耗被最小化。如上所述，應認識到，可以使用多個開關，其各自具 有不同的“寬度”。放大器500、600都可以被適配，以使開關選擇塊506、606將信號包絡和音量都考 慮進來。這可以以多種方式實現。例如，音量可以被應用至如參照圖7描述的包絡檢波器 502、602。也就是說，在輸入信號在包絡檢波器602中被檢測之前，該輸入信號可以在放大 器600中被該音量修改(例如，該信號可以與音量相乘)；或者，從包絡檢波器602輸出至開 關選擇塊606的控制信號可以被該音量修改(例如，控制信號可以與音量相乘)；或者，從 開關選擇塊606輸出的控制信號605可以被該音量修改。在放大器500中，包絡檢波器502 可以向開關選擇塊506輸出又一個控制信號——該信號指示所檢測到的輸入信號包絡，以 使在產生開關選擇控制信號時將包絡和音量都考慮進來。本領域普通技術人員應能夠想出 多種方式來將音量、包絡及其聯合用于改變在VVPS中使用的開關。進一步，本領域普通技術人員可以容易地看到，將音量、信號包絡或其聯合應用至 開關選擇塊，在具有模擬輸出信號和模擬放大器的系統中將同等地有益。因此，模擬放大 器——例如參照圖4描述的模擬放大器——將包括參照圖10和13描述的開關選擇塊，并 以本質上相同的方式運行。圖14a示出了電荷泵1400，該電荷泵適合用作圖6、7、8、9、10和13中的任一幅中 分別的VVPS 104、204、304、404、504、606。進一步，電荷泵1400也適合用作放大器200、300、 400、500、600的任一模擬等價物中的VVPS。圖14a是一個新型的逆轉電荷泵電路(inverting charge pumpcircuit)的方 塊圖，我們將該電路稱為“電平移位電荷泵”(LSCP) 1400。該電路中有兩個存儲電容器 (reservoir capacitor) CRl和CR2、一個飛跨電容器Cf、以及一個由開關控制器1420控制 的開關陣列1410。但是，在這一結構中，存儲電容器CR1、CR2都不被直接連接至輸入電壓源 VDD，而是僅經由開關陣列1410連接至VDD。應注意到，LSCP 1400被配置為開環電荷泵，雖 然閉環結構也是本領域普通技術人員容易認識到和理解的。因此，LSCP 1400依賴于跨越 每一輸出N12-N11、N13-N11而連接并保持在預定約束內的各負載(未示出)。LSCP 1400 輸出以公共電壓源(節點mi)——即地——為參考的兩個電壓V。ut+、V。ut_。負載1450被連 接至輸出端￥。_、￥__、附1，并僅以示例為目的示出。在實際中，負載1450可以全部或部分 地與電源位于同一芯片上，或替代性地，它可以位于芯片外(off-chip)。負載1450是功率 放大器106和負載120的聯合。LSCP 1400運行，以使針對輸入電壓+VDD，LSCP 1400產生量值為+VDD/2和-VDD/2的輸出，雖然當負載輕時，這些電平實際上將是+/-VDD/2-Iload Rload，其中 Iload等于負載電流，而Rload等于負載電阻。應注意到，跨越節點N12&N13的輸出電壓的 量值(VDD)與跨越節點WO & Nil的輸入電壓的量值(VDD)是相同的，或者是基本相同的。圖14b示出了 LSCP 1400的一個更詳細的形式，特別地示出了開關陣列1410的細 節。開關陣列1410包括六個開關S1-S6，每個開關由來自開關控制器1420的對應控制信號 CS1-CS6控制。所述開關被布置為使第一開關S1被連接在飛跨電容器Cf的正極板和輸入 電壓源之間，第二開關S2被連接在該飛跨電容器的正極板和第一輸出節點N12之間，第三 開關S3被連接在該飛跨電容器的正極板和公共接線端Nil之間，第四開關S4被連接在該 飛跨電容器的負極板和第一輸出節點N12之間，第五開關S5被連接在該飛跨電容器的負極 板和公共接線端mi之間，第六開關S6被連接在該飛跨電容器的負極板和第二輸出接線端 N13之間。應注意到，所述開關可以以多種不同方式實現(例如，M0S晶體管開關或M0S傳 輸門開關)，這取決于，例如，集成電路處理技術或輸入和輸出電壓要求。圖15a示出了又一個電荷泵2400，該電荷泵適合用作圖6、7、8、9、10和13中的任 一幅中分別的VVPS 104、204、304、404、504、606。進一步，電荷泵2400也適合用作放大器 200、300、400、500、600的任一模擬等價物中的VVPS。圖15a是一個新型的逆轉電荷泵電路的方塊圖，我們將該電路稱為“雙模式電荷 泵”(DMCP)2400。該電路中也有兩個存儲電容器CR1和CR2、一個飛跨電容器Cf、以及一個 由開關控制模塊2420 (其可以以軟件或硬件實現)控制的開關陣列2410。在這一結構中， 存儲電容器CR1和CR2都不被直接連接至輸入電壓源VDD，而是僅經由開關陣列2410連接 至 VDD。應注意到，DMCP 2400被配置為開環電荷泵，雖然閉環結構也是本領域普通技術人 員容易認識到和理解的。因此，DMCP 2400依賴于跨越每一輸出N12-N11、N13-N11而連接 并保持在預定約束內的各負載(未示出)。DMCP 2400輸出以公共電壓源(節點mi)為參 考的兩個電壓V。ut+、V。ut_。負載2450被連接至輸出端V。ut+、V。ut_、附1，并僅以示例為目的示 出。在實際中，負載2450可以全部或部分地與電源位于同一芯片上，或替代性地，它可以位 于芯片外。負載2450是功率放大器106和負載120的聯合。DMCP 2400可運行在兩個主要模式中。在第一模式中，DMCP 2400運行，以使 針對輸入電壓+VDD，DMCP 2400產生的每一輸出的量值是輸入電壓VDD的數學分數 (mathematical fraction)。在以下實施方案中，在第一模式中產生的輸出的量值為+VDD/2 和-VDD/2，盡管在負載輕時，這些電平實際上將是+/-VDD/2_Iload Rload，其中Iload等 于負載電流，而Rload等于負載電阻。應注意到，在這一情況下，跨越節點N12&N13的輸出 電壓的量值(VDD)與跨越節點N10&N11的輸入電壓的量值(VDD)是相同的，或者是基本相 同的。在第二模式中，DMCP 2400提供了 +/-VDD的雙導軌輸出。圖15b示出了 DMCP 2400的一種更詳細的形式，特別地示出了開關陣列2410的細 節。開關陣列2410包括六個主要開關S1-S6，每個開關由來自開關控制模塊2420的對應 控制信號CS1-CS6控制。所述開關被布置為使第一開關S1被連接在飛跨電容器Cf的正極 板和輸入電壓源之間，第二開關S2被連接在該飛跨電容器的正極板和第一輸出節點N12之 間，第三開關S3被連接在該飛跨電容器的正極板和公共接線端Nil之間，第四開關S4被連 接在該飛跨電容器的負極板和第一輸出節點N12之間，第五開關S5被連接在該飛跨電容器的負極板和公共接線端mi之間，第六開關S6被連接在該飛跨電容器的負極板和第二輸出 節點N13之間。可選地，可以提供第七開關S7(以虛線示出)，其被連接在輸入電壓源(節 點WO)和第一輸出節點N12之間。控制模塊2420也被更詳細地示出，該模塊包括模式選擇 電路2430，其用于確定要使用哪個控制器2420a、2420b或哪個控制程序，從而確定該DMCP 運行在哪個模式中。替代性地，模式選擇電路2430和控制器2420a、2420b可以被實現在單 個電路模塊(未示出)中。在第一模式中，使用開關S1-S6，且DMCP 2400以與LSCP 1400相似的方式運行。 在第二模式中，使用開關S1-S3和S5-S6/S7，開關S4是冗余的。應注意到，所述開關可以以多種不同方式實現(例如，MOS晶體管開關或MOS傳輸 門開關)，這取決于，例如，集成電路處理技術或輸入和輸出電壓要求。本文中描述的放大器優選地被納入集成電路中。例如，所述集成電路可以是 音頻和/或視頻系統的一部分，所述系統諸如MP3播放器、移動電話、相機或衛星導航 系統，且所述系統可以是便攜的(諸如電池供電的掌上系統)，或者可以是市電供電的 (mains-powered)(諸如hi-fi系統或電視接收機)，或者可以是汽車載(in_car)、火車載 (in-train)或飛機載(in-plane)娛樂系統。除了上述信號，在所述放大器中被放大的信號 還可以代表用在噪聲消除處理中的環境噪聲。本領域普通技術人員應認識到，上述設備和方法中的某些可以作為處理器控制代 碼來實現，例如，在載體介質諸如光盤、CD-ROM或DVD-ROM、編程存儲器諸如只讀存儲器(固 件)上，或在數據載體諸如光信號或電信號載體上。對于許多應用，本發明的實施方案將被 實現在DSP (數字信號處理器)、ASIC (專用集成電路)或FPGA (現場可編程門陣列)上。因 此，所述代碼可以包括常規程序代碼或微碼，或者，例如，用于設置或控制ASIC或FPGA的代 碼。所述代碼也可以包括用于動態地配置可重配置設備(re-configuable apparatus)—— 諸如可重編程的邏輯門陣列。類似地，所述代碼可以包括用于硬件描述語言——諸如 Verilog TM或VHDL (超高速集成電路硬件描述語言)——的代碼。本領域普通技術人員應 認識到，所述代碼可以分布在多個彼此通信的相互連接的構件之間。適當的是，所述實施方 案也可以使用運行在現場可(重)編程的模擬陣列或類似裝置上的代碼來實現，以配置模 擬/數字硬件。應注意到，上述實施方案闡釋而非限制了本發明，且本領域普通技術人員在不脫 離所附權利要求的范圍的前提下將能夠設計許多替代性實施方案。單詞“包括”不排除權 利要求中列舉以外的要素或步驟的存在，“一”不排除多個，且單個處理器或其他單元可以 實現權利要求中陳述的數個單元的功能。權利要求中的任何參考標記不應被解釋為限制權 利要求的范圍。
權利要求
放大器電路，其包括輸入端，其用于接收待放大的輸入數字信號；前置放大器，其用于基于音量信號來放大該輸入信號；功率放大器，其用于放大從該前置放大器輸出的信號；以及可變壓電源，其用于向該功率放大器供應一個或多個電源電壓，所述一個或多個電源電壓被基于音量信號而調整。
2.根據權利要求1的放大器電路，其中該前置放大器將該輸入信號放大可變增益，所 述可變增益根據該音量信號而變化。
3.根據權利要求2的放大器電路，其中所述一個或多個電源電壓被基于該可變增益而 調整。
4.根據前述任一權利要求的放大器電路，其中所述一個或多個電源電壓還被根據該輸 入信號而調整。
5.根據權利要求4的放大器電路，其還包括包絡檢波器，其用于檢測該輸入信號的包絡，并根據所檢測到的輸入信號包絡來輸出 控制信號；其中所述可變壓電源被適配為接收所述控制信號。
6.根據權利要求5的放大器電路，其中在包絡檢波器檢測該被調整的輸入信號的包絡 之前，該輸入信號被基于該可變增益而調整。
7.根據權利要求5的放大器電路，其中該包絡檢波器被適配為基于該可變增益來調整 所述控制信號。
8.根據權利要求5的放大器電路，其中在該控制信號被從該包絡檢波器輸出之后，所 述控制信號被基于該可變增益而調整。
9.根據前述任一權利要求的放大器電路，其中該可變壓電源是電平移位電荷泵。
10.根據權利要求9的放大器電路，其中所述電平移位電荷泵向該功率放大器供應多 個電源電壓，所述電平移位電荷泵包括輸入接線端和公共接線端，其用于連接至輸入電壓；第一和第二輸出接線端，其用于輸出所述多個電源電壓，所述輸出接線端在使用中分 別經由第一和第二負載，也分別經由第一和第二存儲電容器，連接至所述公共接線端；第一和第二飛跨電容器接線端，其用于連接至飛跨電容器；開關網絡，其可運行在多個不同狀態中，以用于互連所述接線端；以及控制器，其用于以所述狀態的序列來運行所述開關，所述序列被重復地適配，以根據狀 態將電荷包(packets of charge)從所述輸入接線端經由所述飛跨電容器傳遞至所述存儲 電容器，由此產生正的和負的電源電壓，該正的和負的電源電壓一同跨越近似等于該輸入 電壓的電壓，且以該公共接線端處的電壓為中點。
11.根據權利要求1至8中任一項的放大器電路，其中該可變壓電源是雙模式電荷泵。
12.根據權利要求11的放大器電路，其中所述雙模式電荷泵向該功率放大器供應多個 電源電壓，所述雙模式電荷泵包括輸入接線端和公共接線端，其用于連接至輸入電壓；第一和第二輸出接線端，其用于輸出所述多個電源電壓，所述第一和第二輸出接線端在使用中分別經由第一和第二負載，也分別經由第一和第二存儲電容器，連接至所述公共 接線端；第一和第二飛跨電容器接線端，其用于連接至一個飛跨電容器； 開關網絡，其可運行在多個不同狀態中，以用于互連所述接線端；以及 控制器，其用于以所述不同狀態的序列來運行所述開關網絡，其中，所述控制器可運行在第一和第二模式中，且其中，在所述第一模式中，所述序列 被重復地適配，以根據狀態將電荷包從所述輸入接線端經由所述飛跨電容器傳遞至所述存 儲電容器，由此產生正的和負的電源電壓，該正的和負的電源電壓一同跨越近似等于該輸 入電壓的電壓，且以該公共接線端處的電壓為中點。
13.根據權利要求1至12中任一項的放大器電路，其中該輸入信號是數字信號。
14.根據權利要求1至12中任一項的放大器電路，其中該輸入信號是模擬信號。
15.集成電路，其包括根據權利要求1至14中任一項的放大器電路。
16.音頻系統，其包括根據權利要求15的集成電路。
17.根據權利要求16的音頻系統，其中該音頻系統是便攜裝置。
18.根據權利要求16的音頻系統，其中該音頻系統是市電供電裝置。
19.根據權利要求16的音頻系統，其中該音頻系統是汽車載、火車載或飛機載娛樂系統。
20.根據權利要求16至19中任一項的音頻系統，其中該輸入數字信號代表用在噪聲消 除處理中的環境噪聲。
21.視頻系統，其包括根據權利要求15的集成電路。
22.根據權利要求21的視頻系統，其中該視頻系統是便攜裝置。
23.根據權利要求21的視頻系統，其中該視頻系統是市電供電裝置。
24.根據權利要求21的視頻系統，其中該視頻系統是汽車載、火車載或飛機載娛樂系統。
25.放大信號的方法，其包括 接收輸入信號；根據音量信號，在前置放大器中放大該輸入信號； 從可變壓電源向功率放大器供應至少一個電源電壓；以及 在該功率放大器中放大經前置放大的信號，其中由該可變壓電源供應的該至少一個電源電壓被基于該音量信號而控制。
26.根據權利要求25的方法，其中該前置放大器將該輸入信號放大可變增益，所述可 變增益根據該音量信號而變化。
27.根據權利要求26的放大器電路，其中所述一個或多個電源電壓被基于該可變增益 而調整。
28.根據權利要求25至27中任一項的方法，其中該可變壓電源還被基于輸入信號而控制。
29.根據權利要求28的方法，其還包括 檢測該輸入信號的包絡；以及根據所檢測到的輸入信號包絡來輸出控制信號，其中所述可變壓電源被適配為接收所述控制信號。
30.根據權利要求29的方法，其中在該包絡檢波器檢測該輸入信號的包絡之前，該輸 入信號被基于該可變增益而調整。
31.根據權利要求29的放大器電路，其中所述控制信號被基于該可變增益而調整。
32.放大器電路，其包括輸入端，其用于接收待放大的輸入數字信號；時延塊，其用于使該輸入數字信號產生時延，并輸出模擬信號，該時延塊包括用于接收 數字信號并將數字信號轉換為模擬信號的數模轉換器； 功率放大器，其用于放大該模擬信號；以及 可變壓電源，其用于向該功率放大器供應至少一個電源電壓， 其中由該可變壓電源供應的該至少一個電源電壓被基于該輸入數字信號而控制。
33.根據權利要求32的放大器電路，其還包括包絡檢波器，其用于檢測該輸入數字信號的包絡，并用于根據所檢測到的輸入數字信 號包絡來輸出控制信號，其中該可變壓電源被該控制信號控制。
34.根據權利要求32或33的放大器電路，其還包括前置放大器，用于接收模擬信號并 將經前置放大的模擬信號輸出至該功率放大器。
35.根據權利要求32至34中任一項的放大器電路，其中該時延塊包括濾波器。
36.根據權利要求32至35中任一項的放大器電路，其中該時延塊包括sigma-delta調 制器。
37.根據權利要求32至36中任一項的放大器電路，其中該時延塊包括均衡器塊。
38.根據權利要求33至37中任一項的放大器電路，其中所述控制信號采用兩個值中的一個。
39.根據權利要求32至38中任一項的放大器電路，其中該可變壓電源是電平移位電荷泵。
40.根據權利要求39的放大器電路，其中所述電平移位電荷泵向該功率放大器供應多 個電源電壓，所述電平移位電荷泵包括輸入接線端和公共接線端，其用于連接至輸入電壓；第一和第二輸出接線端，其用于輸出所述多個電源電壓，所述輸出接線端在使用中分 別經由第一和第二負載，也分別經由第一和第二存儲電容器，連接至所述公共接線端； 第一和第二飛跨電容器接線端，其用于連接至飛跨電容器； 開關網絡，其可運行在多個不同狀態中，以用于互連所述接線端；以及 控制器，其用于以所述不同狀態的序列來運行所述開關，所述序列被重復地適配，以根 據狀態將電荷包從所述輸入接線端經由所述飛跨電容器傳遞至所述存儲電容器，由此產生 正的和負的電源電壓，該正的和負的電源電壓一同跨越近似等于該輸入電壓的電壓，且以 該公共接線端處的電壓為中點。
41.根據權利要求32至38中任一項的放大器電路，其中該可變壓電源是雙模式電荷泵。
42.根據權利要求41的放大器電路，其中所述雙模式電荷泵向該功率放大器供應多個電源電壓，所述雙模式電荷泵包括輸入接線端和公共接線端，其用于連接至輸入電壓；第一和第二輸出接線端，其用于輸出所述多個電源電壓，所述第一和第二輸出接線端 在使用中分別經由第一和第二負載，也分別經由第一和第二存儲電容器，連接至所述公共 接線端；第一和第二飛跨電容器接線端，其用于連接至一個飛跨電容器； 開關網絡，其可運行在多個不同狀態中，以用于互連所述接線端；以及 控制器，其用于以所述不同狀態的序列來運行所述開關網絡，其中所述控制器可運行在第一和第二模式中，且其中，在所述第一模式中，所述序列被 重復地適配，以根據狀態將電荷包從所述輸入接線端經由所述飛跨電容器傳遞至所述存儲 電容器，由此產生正的和負的電源電壓，該正的和負的電源電壓一同跨越近似等于該輸入 電壓的電壓，且以該公共接線端處的電壓為中點。
43.集成電路，其包括根據權利要求32至42中任一項的放大器電路。
44.音頻系統，其包括根據權利要求43的集成電路。
45.根據權利要求44的音頻系統，其中該音頻系統是便攜裝置。
46.根據權利要求44的音頻系統，其中該音頻系統是市電供電裝置。
47.根據權利要求44的音頻系統，其中該音頻系統是汽車載、火車載或飛機載娛樂系統。
48.根據權利要求44至47中任一項的音頻系統，其中所述輸入數字信號代表用在噪聲 消除處理中的環境噪聲。
49.視頻系統，其包括根據權利要求43的集成電路。
50.根據權利要求49的視頻系統，其中該視頻系統是便攜裝置。
51.根據權利要求50的視頻系統，其中該視頻系統是市電供電裝置。
52.根據權利要求50的視頻系統，其中該視頻系統是汽車載、火車載或飛機載娛樂系統。
53.放大信號的方法，其包括 接收輸入數字信號；將經時延的數字信號轉換為模擬信號； 從可變壓電源向功率放大器供應至少一個電源電壓；以及 在該功率放大器中放大該模擬信號，其中由該可變壓電源供應的該至少一個電源電壓被基于該輸入數字信號而控制。
54.根據權利要求53的方法，其還包括 檢測該輸入數字信號的包絡；根據所檢測到的輸入數字信號包絡來輸出控制信號；以及 根據該控制信號來控制該可變壓電源。
55.放大器電路，其包括輸入端，其用于接收待放大的輸入信號；前置放大器，其用于基于音量信號來放大該輸入信號；功率放大器，其用于放大從該前置放大器輸出的信號；時鐘發生器，其用于產生時鐘信號，該時鐘信號具有根據該音量信號而變化的頻率；以及開關電源，其用于接收所述時鐘信號、以所述時鐘信號頻率來切換、并向該功率放大器 供應至少一個電源電壓。
56.根據權利要求55的放大器電路，其中該前置放大器將該輸入信號放大可變增益， 所述可變增益根據該音量信號而變化。
57.根據權利要求56的放大器電路，其中所述時鐘信號頻率根據該可變增益而變化。
58.根據權利要求55至75中任一項的放大器電路，其中該時鐘信號頻率還隨該輸入信 號而變化。
59.根據權利要求58的放大器電路，其還包括包絡檢波器，其用于檢測該輸入信號的包絡，并根據所檢測到的輸入信號包絡，向該時 鐘發生器輸出控制信號；其中該時鐘信號頻率隨所檢測到的輸入信號包絡而變化。
60.根據權利要求59的放大器電路，其中在該包絡檢波器檢測該輸入信號的包絡之 前，該輸入信號被基于音量信號而修改。
61.根據權利要求59的放大器電路，其中該包絡檢波器被適配為基于該音量信號來調 整所述控制信號。
62.根據權利要求59的放大器電路，其中在該控制信號被從該包絡檢波器輸出之后， 該控制信號被基于音量信號而修改。
63.根據權利要求55至62中任一項的放大器電路，其中該開關電源是電平移位電荷泵。
64.根據權利要求63的放大器電路，其中所述電平移位電荷泵向該功率放大器供應多 個電源電壓，所述電平移位電荷泵包括輸入接線端和公共接線端，其用于連接至輸入電壓；第一和第二輸出接線端，其用于輸出所述多個電源電壓，所述輸出接線端在使用中分 別經由第一和第二負載，也分別經由第一和第二存儲電容器，連接至所述公共接線端； 第一和第二飛跨電容器接線端，其用于連接至飛跨電容器； 開關網絡，其可運行在多個不同狀態中，以用于互連所述接線端；以及 控制器，其用于以所述不同狀態的序列來運行所述開關網絡，所述序列被重復地適配， 以根據狀態將電荷包從所述輸入接線端經由所述飛跨電容器傳遞至所述存儲電容器，由此 產生正的和負的電源電壓，該正的和負的電源電壓一同跨越近似等于該輸入電壓的電壓， 且以該公共接線端處的電壓為中點。
65.根據權利要求55至62中任一項的放大器電路，其中該開關電源是雙模式電荷泵。
66.根據權利要求65的放大器電路，其中所述雙模式電荷泵向該功率放大器供應多個 電源電壓，所述雙模式電荷泵包括輸入接線端和公共接線端，其用于連接至輸入電壓；第一和第二輸出接線端，其用于輸出所述多個電源電壓，所述第一和第二輸出接線端 在使用中分別經由第一和第二負載，也分別經由第一和第二存儲電容器，連接至所述公共 接線端；第一和第二飛跨電容器接線端，其用于連接至一個飛跨電容器； 開關網絡，其可運行在多個不同狀態中，以用于互連所述接線端；以及 控制器，其用于以所述不同狀態的序列來運行所述開關網絡，其中所述控制器可運行在第一和第二模式中，且其中，在所述第一模式中，所述序列被 重復地適配，以根據狀態將電荷包從所述輸入接線端經由所述飛跨電容器傳遞至所述存儲 電容器，由此產生正的和負的電源電壓，該正的和負的電源電壓一同跨越近似等于該輸入 電壓的電壓，且以該公共接線端處的電壓為中點。
67.根據權利要求55至66中任一項的放大器電路，其中所述至少一個電源電壓經由各 自的電容器被供應至該功率放大器。
68.集成電路，其包括根據權利要求55至67中任一項的放大器電路。
69.音頻系統，其包括根據權利要求68的集成電路。
70.根據權利要求69的音頻系統，其中該音頻系統是便攜裝置。
71.根據權利要求69的音頻系統，其中該音頻系統是市電供電裝置。
72.根據權利要求69的音頻系統，其中該音頻系統是汽車載、火車載或飛機載娛樂系統。
73.根據權利要求70至72中任一項的音頻系統，其中該輸入數字信號代表用在噪聲消 除處理中的環境噪聲。
74.視頻系統，其包括根據權利要求68的集成電路。
75.根據權利要求74的視頻系統，其中該視頻系統是便攜裝置。
76.根據權利要求74的視頻系統，其中該視頻系統是市電供電裝置。
77.根據權利要求74的視頻系統，其中該視頻系統是汽車載、火車載或飛機載娛樂系統。
78.放大信號的方法，其包括 接收輸入信號；根據音量信號，在前置放大器中放大該輸入信號； 從開關電源向功率放大器供應至少一個電源電壓；以及 在該功率放大器中放大從該前置放大器輸出的信號， 其中該開關電源以根據該音量信號而變化的頻率來切換。
79.根據權利要求78的方法，其中該頻率還隨該輸入信號而變化。
80.根據權利要求79的方法，其還包括 檢測該輸入信號的包絡；其中該頻率隨所檢測到的輸入信號包絡而變化。
81.根據權利要求80的方法，其還包括 輸出指示所檢測到的輸入信號包絡的控制信號。
82.根據權利要求81的方法，其中在檢測該輸入信號的包絡之前，該輸入信號可以被 基于該音量信號而修改。
83.根據權利要求81的方法，其中在該控制信號被從該包絡檢波器輸出之后，該控制 信號被基于該音量信號而修改。
84.放大器電路，其包括輸入端，其用于接收待放大的輸入信號； 功率放大器，其用于放大該輸入信號；時鐘發生器，其用于產生時鐘信號，該時鐘信號具有隨該輸入信號而變化的頻率；以及 開關電源，其用于接收所述時鐘信號、以所述時鐘信號頻率來切換、以及向該功率放大 器供應至少一個電源電壓。
85.根據權利要求84的放大器電路，其還包括 包絡檢波器，其用于檢測該輸入信號的包絡；其中該時鐘信號頻率隨所檢測到的輸入信號包絡而變化。
86.根據權利要求85的放大器電路，其中該包絡檢波器還被適配為根據所檢測到的輸 入信號包絡來輸出控制信號，且其中，該時鐘發生器被適配為接收所述控制信號。
87.根據權利要求84至86中任一項的放大器電路，其還包括前置放大器，其用于基于音量信號來放大該輸入信號，以及將經放大的信號輸出至該 功率放大器；其中該時鐘信號頻率還根據該音量信號而變化。
88.根據權利要求87的放大器電路，其中該前置放大器將該輸入信號放大可變增益， 所述可變增益根據該音量信號而變化。
89.根據權利要求88的放大器電路，其中所述時鐘信號頻率根據該可變增益而變化。
90.根據權利要求84至89中任一項的放大器電路，其中該開關電源是電平移位電荷泵。
91.根據權利要求90的放大器電路，其中所述電平移位電荷泵向該功率放大器供應多 個電源電壓，所述電平移位電荷泵包括輸入接線端和公共接線端，其用于連接至輸入電壓；第一和第二輸出接線端，其用于輸出所述多個電源電壓，所述輸出接線端在使用中分 別經由第一和第二負載，也分別經由第一和第二存儲電容器，連接至所述公共接線端； 第一和第二飛跨電容器接線端，其用于連接至飛跨電容器； 開關網絡，其可運行在多個不同狀態中，以用于互連所述接線端；以及 控制器，其用于以所述不同狀態的序列來運行所述開關，所述序列被重復地適配，以根 據狀態將電荷包從所述輸入接線端經由所述飛跨電容器傳遞至所述存儲電容器，由此產生 正的和負的電源電壓，該正的和負的電源電壓一同跨越近似等于該輸入電壓的電壓，且以 該公共接線端處的電壓為中點。
92.根據權利要求84至89中任一項的放大器電路，其中該開關電源是雙模式電荷泵。
93.根據權利要求92的放大器電路，其中所述雙模式電荷泵向該功率放大器供應多個 電源電壓，所述雙模式電荷泵包括輸入接線端和公共接線端，其用于連接至輸入電壓；第一和第二輸出接線端，其用于輸出所述多個電源電壓，所述第一和第二輸出接線端 在使用中分別經由第一和第二負載，也分別經由第一和第二存儲電容器，連接至所述公共 接線端；第一和第二飛跨電容器接線端，其用于連接至一個飛跨電容器； 開關網絡，其可運行在多個不同狀態中，以用于互連所述接線端；以及控制器，其用于以所述不同狀態的序列來運行所述開關網絡，其中所述控制器可運行在第一和第二模式中，且其中，在所述第一模式中，所述序列被 重復地適配，以根據狀態將電荷包從所述輸入接線端經由所述飛跨電容器傳遞至所述存儲 電容器，由此產生正的和負的電源電壓，該正的和負的電源電壓一同跨越近似等于該輸入 電壓的電壓，且以該公共接線端處的電壓為中點。
94.根據權利要求84至93中任一項的放大器電路，其中所述至少一個電源電壓經由各 自的電容器被供應至該功率放大器。
95.集成電路，其包括根據權利要求84至94中任一項的放大器電路。
96.音頻系統，其包括根據權利要求95的集成電路。
97.根據權利要求96的音頻系統，其中該音頻系統是便攜裝置。
98.根據權利要求96的音頻系統，其中該音頻系統是市電供電裝置。
99.根據權利要求96的音頻系統，其中該音頻系統是汽車載、火車載或飛機載娛樂系統。
100.根據權利要求96至99中任一項的音頻系統，其中該輸入數字信號代表用在噪聲 消除處理中的環境噪聲。
101.視頻系統，其包括根據權利要求95的集成電路。
102.根據權利要求101的視頻系統，其中該視頻系統是便攜裝置。
103.根據權利要求101的視頻系統，其中該視頻系統是市電供電裝置。
104.根據權利要求101的視頻系統，其中該視頻系統是汽車載、火車載或飛機載娛樂 系統。
105.放大信號的方法，包括 接收輸入信號；從開關電源向功率放大器供應至少一個電源電壓；以及 在該功率放大器中放大該輸入信號， 其中該開關電源以根據該輸入信號而變化的頻率來切換。
106.根據權利要求105的方法，其還包括基于音量信號，在前置放大器中放大該輸入信號；以及 將經放大的信號從該前置放大器輸出至該功率放大器， 其中該頻率還隨該音量信號而變化。
107.根據權利要求105或106的方法，其還包括 檢測該輸入信號的包絡；其中該頻率隨所檢測到的輸入信號包絡而變化。
108.根據權利要求107的方法，其還包括 輸出指示所檢測到的信號包絡的控制信號。
109.根據權利要求108的方法，其中在檢測該輸入信號的包絡之前，該輸入信號被基 于該音量信號而修改。
110.根據權利要求108的方法，其中在該控制信號被從該包絡檢波器輸出之后，該控 制信號被基于該音量信號而修改。
全文摘要
放大器電路，其包括輸入端，其用于接收待放大的輸入信號；前置放大器，其用于基于可變增益來放大輸入信號；功率放大器，其用于放大從前置放大器輸出的信號；以及可變壓電源，其用于向功率放大器供應一個或多個電源電壓。所述電源電壓被基于該可變增益或該輸入數字信號而調整。根據本發明的其他方面，放大器電路的電源使用時鐘信號來定時，由此所述時鐘信號具有根據音量信號或輸入信號而變化的頻率。
文檔編號H03F1/02GK101809862SQ200880108519
公開日2010年8月18日 申請日期2008年8月4日 優先權日2007年8月3日
發明者J·P·萊索 申請人:沃福森微電子股份有限公司