放大器電路的制作方法
【專利說明】放大器電路
[0001]本申請是申請日為2008年8月4日、申請號為200880108519.4、名稱為“放大器電路”的發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]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】
[0003]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-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) ” 一一即當該信號靠近、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Smto與電源導軌(rails)之間具有“凈空(headroom) ”避免了這種現象。
[0004]圖2示出了當Sin是正弦波時的S
[0005]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。
[0006]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—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.
[0007]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(run off) 一個電源^ ;如果輸出信號S-較小，則該放大器產出另一個較小的電源Vp-Vn。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。
[0008]圖4示出了 G類放大器50的實施例。
[0009]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(envelopedetector) 52ο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VJPV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。
[0010]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。
[0011]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t。，DC-DC轉換器54被接通，從而該電容器開始充電。在時刻h，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”(ripple voltage)的少量變化。因此，t。與七2之間的時間段是1/FS。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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】
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]總之，本發明包括如下技術方案:
[0024]1.放大器電路，其包括:
[0025]輸入端，其用于接收待放大的輸入數字信號；
[0026]前置放大器，其用于基于音量信號來放大該輸入信號；
[0027]功率放大器，其用于放大從該前置放大器輸出的信號；以及
[0028]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。
[0029]2.根據前述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。
[0030]3.根據前述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。
[0031]4.根據前述任一的放大器電路，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。
[0032]5.根據前述4的放大器電路，其還包括:
[0033]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；
[0034]其中所述可變壓電源被適配為接收所述控制信號。
[0035]6.根據前述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。
[0036]7.根據前述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。
[0037]8.根據前述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。
[0038]9.根據前述任一的放大器電路，其中該可變壓電源是電平移位電荷栗。
[0039]10.根據前述9的放大器電路，其中所述電平移位電荷栗向該功率放大器供應多個電源電壓，所述電平移位電荷栗包括:
[0040]輸入接線端和公共接線端，其用于連接至輸入電壓；
[0041]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;
[0042]第一和第二飛跨電容器接線端，其用于連接至飛跨電容器；
[0043]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
[0044]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。
[0045]11.根據前述I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栗。
[0046]12.根據前述11的放大器電路，其中所述雙模式電荷栗向該功率放大器供應多個電源電壓，所述雙模式電荷栗包括:
[0047]輸入接線端和公共接線端，其用于連接至輸入電壓；
[0048]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；
[0049]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；
[0050]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
[0051]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，
[0052]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