专利名称：无变压器的平衡放大器及其偏差检测和校正系统的利记博彩app
发明涉及一种输出端用于建立与负载的直流连接的平衡无变压器放大器(BTL)，包括一种用于检测输出端之间的差动直流偏差的偏差检测系统。上述类型的放大器是欧洲专利申请1006650中已知的。
目前，平衡无变压器放大器通常被使用在例如驱动扩音器的音频系统中。另一个应用是用在驱动致动器的系统中。这些放大器的优点在于它们可以用低电压电源产生大的交流功率，并且由于没有输出变压器或者大的直流隔离电容，它们可以很容易地以集成电路的形式实现。这些优点使它们特别适合被当作驱动一个或多个扩音器的功率放大器使用在汽车音频系统中。
但是，在放大器的输出端和负载之间直流连接的结果，特别当这个负载具有低直流阻抗时，如果无论什么原因在放大器的输出端之间存在直流偏差电压时，都会有大的直流电流流过所述负载。这样的直流偏差电压可以例如由位于放大器的输入端的漏电流直流隔离电容或者放大器本身的不平衡造成。流过负载的不期望的直流电流可能很大以至于损坏放大器或负载(例如扩音器)或者甚至产生严重的火灾。在上述欧洲专利申请中揭露的平衡无变压器放大器中，这些问题通过所述的偏差检测系统解决，此系统在直流偏差电压超过预定水平时起动一个报警系统。这一现有技术的系统周期性地减弱放大器的输入信号，然后测量输出端之间的直流偏差，并且在这个直流偏差超过预定水平的情况下，启动一个报警系统或者甚至关断放大器或者断开放大器与负载的连接。
本发明试图提供一种上述参考类型的具有改善功能的放大器并且本发明的放大器的特征在于所述的偏差检测系统包括一个模数转换器用来将输出端之间的信号电压转换成数字信号，一个计数器，用来在一个预定的时间周期中累计所述数字信号，评价装置，用来评价所述计数器的结果以及一个数模转换器用来响应所述评价装置输出产生一个模拟校正信号，该信号被加到放大器的输入端来抵消输出端之间的直流偏差。
在本发明的放大器中，输出端之间的整个信号即直流偏差和交流信号都被测量。这个整个信号被数字化并且在一个预定的足够长的周期内被计数以便使在所述预定周期后的计数结果实质上只取决于直流偏差而不取决于测量不期望的交流信号。数模转换后的计数结果可以被作为直流反馈加到放大器的输入端来减小偏差。本发明的放大器动态地减小直流偏差以便显著地减小在负载和放大器输出级上的消耗。这对用电池工作的放大器是尤为重要的。本发明放大器的另一个优点在于进行直流偏差的测量而不中断放大器的正常工作。而且，数字解决方法要强于模拟积分系统，模拟积分系统为了在一个合理的芯片面积上获得一个可用的时间常数必须以非常小的弱电流来工作。
根据本发明的一个优选平衡无变压器放大器，其特征在于所述模数转换器是一个∑-Δ调制器，该调制器产生放大器输出端之间的信号电压的一位数字表示。所述∑-Δ调制器是一个简单和直接的模数转换器，该转换器的其它优点是得到的模拟信号的一位数字表示可以直接供给计数器。计数器可以例如向上计数∑-Δ调制器的“1”位并且向下计数“0”位。但是，由于计数周期和位速率是预定的，简单计数器可以被这样使用，“1”位只向上计数并且“0”位没有作用。
计数器的输出可以被加到数模转换器来产生一个作用在放大器输入上的直流反馈信号。但是，计数结果仍然包括由于放大器输出端之间的交流分量没有被彻底消除而造成的测量误差。很明显，如果当交流信号为高时预定周期结束而且如果随后当交流信号为低时预定周期结束计数就会增加。为了消除这种失真并且使偏差控制系统较不瞬时地反应，本发明的平衡无变压器放大器是的优点在于所述评价装置被设置成当计数器的结果高于第一预定水平时产生一个第一信号并且当计数器的结果低于比第一预定水平低的第二预定水平时输出一个第二信号，提供了一个当评价装置产生第一信号时减小预定数量并且当评价装置产生第二信号时增加所述预定数量的校正计数器，该校正计数器的输出被作用到所述数模转换器。
本发明的平衡无变压器放大器，其特征还在于所述的评价装置还被设置成当计数器的结果高于比第一水平高的第三水平时产生一个第三信号并且当计数器的结果低于比第二水平低的第四水平时产生一个第四信号并且设置当计数装置产生所述第三或第四信号时启动的报警装置。通过这些措施保证当直流偏差很大时，无论在正向还是负向，都可以警戒对于放大器或者对于负载甚至对于环境的危险情况，启动警报，该警报是可听的或可视的或二者的结合。
在本发明的装置中会发生在偏差检测系统本身存在直流偏差，特别是在模数转换器中。这当然是不希望的因为结果将是放大器输出端之间的直流偏差被产生而不是被减小。为了避免这种情况，本发明的平衡无变压器放大器的特征还在于输出端通过一个反极性模拟开关连接到模数转换器并且模数转换器的输出通过一个反极性数字开关连接到累计计数器，该反极性数字开关在速率为产生计数器结果的速率的整数倍上与反极性模拟开关同步工作。通过这种方式，任何由模数转换器的直流偏差产生的计数错误在预定计数周期结束之前通过计数中的一个相等但是相反的错误得到补偿。
音频系统通常具有用于左右音频信号的两个放大器或者用于左右前后音频信号的四个放大器。在这种情况下每个放大器应该具有自己的偏差检测装置。为了避免当放大器集成在一个单一的单块集成电路芯片上时太多的电路和随之而来的太多的芯片面积，本发明的另一个目的是提供多个平衡无变压器放大器，其特征在于偏差检测系统的一个或多个部分为每个所述的放大器的偏差检测和校正连续地多路转换工作。
发明还涉及使用在根据本发明的平衡无变压器放大器中的偏差检测和校正系统。应该注意的是，当偏差检测和校正系统与平衡无变压器放大器在分开的集成电路上实现时，可以很容易的互连因为偏差检测和校正系统必须连接的放大器端，即两个输出端和输入端，经常是可接入的。
发明将参照附图进行进一步的解释。
此处显示
图1是根据本发明的具有偏差检测系统的平衡无变压器放大器的一个第一实施例，图2是根据本发明的具有偏差检测系统的平衡无变压器放大器的一个第二实施例，以及图3是根据本发明的具有偏差检测系统的多个平衡无变压器放大器。
图1显示了一个平衡无变压器放大器A，其中可以通过一个输入端In和一个直流隔离电容C来输入信号。放大器的输出端O直接连接到负载L，该负载可以例如由一个扩音器组成。由于电容C的漏电流或者由于不完全平衡放大器A，将在两个输出端之间产生不期望的直流偏差并且这个直流偏差可以造成相对大的直流电流流过负载L，而负载通常对直流电流具有一个低阻抗。这个电流造成在负载L和放大器A中的额外消耗，它减小放大器的线性范围以致于很容易发生大信号电平的失真并且甚至可能造成放大器和/或负载的损坏。
为了校正直流偏差，放大器包括直流偏差检测和校正装置D。这些装置测量两个输出端之间的整个电压(交流和直流)，检测其中的直流偏差并且最后将检测的结果加到放大器的输入端以便来校正和至少实质上减小直流偏差。所述装置D包括一个被施加放大器输出信号的衰减器At并且衰减的信号随后被加到一个模数转换器Ad。衰减器At用来将输出信号的电平调整到模数转换器Ad的工作范围。转换器的数字输出随后在一个累计计数器Ci中在一个预定的计数周期内被计数。模数转换器是产生1位比特流的同步∑-Δ调制器的形式。这种模数转换器是最佳选择因为比特流的位可以被直接施加给计数器Ci。在这个比特流中一位的密度与输入信号成正比，因此，当输入信号极大多数为负时，∑-Δ调制器只产生0位并且当输入信号极大多数为正时，∑-Δ调制器只产生1位。当输入信号为零时调制器产生相等数量的1位和0位。∑-Δ调制器适合产生例如每秒625k位并且计数周期Tc可以被选择等于Tc＝217/625000s＝2097152ms。在这一情况下计数器的输出是范围在0到217之间的数字，在整个计数周期当输入信号为零时产生的中间值等于216＝65536。
直流偏差检测和校正装置D还包括评价装置E，其中计数器Ci输出的数字被评价并且依次控制一个8位校正计数器Cc。这个计数器的输出数字在经过数模转换器Da转换后通过连线V施加到放大器A的输入端以便校正此放大器的直流偏差。
在工作中，当累计计数器Ci的输出数字高于第一阈值时，其中所述第一阈值多少高于中间值65536，评价装置向校正计数器Cc发出一个向下的命令。这个向下的命令将校正计数器的值减小例如1以便在数模转换后，放大器A的输入端的直流电平并从而输出端的直流偏差减小一级。当在下一个计数周期Tc期间计数器Cc的输出仍然高于所述的第一阈值时，评价装置发出另一个向下命令到校正计数器并且直流偏差又一次被减小一级，如此直到计数输出小于第一阈值。
另一方面，当计数器Ci的输出数字低于多少低于中间值65536的第二阈值时，评价装置为校正计数器Cc产生一个向上命令并且放大器输入端的直流电平被增加一级。应该注意的是，当计数器输出数字在第一和第二阈值之间时，计数器输出数字接近它的中间值并且直流偏差为零或者很低以致于不需要校正。
另外，当累计计数器的输出数字高于实质上比第一阈值高的第三阈值，或者当输出数字低于实质上比第二阈值低的第四阈值时，这意味着在放大器的输出端存在一个很大的正向或负向直流偏差以致于将产生危险的情况。在这些情况下，评价装置E向报警装置A1发送一个报警信号，该报警装置可以给出一个可视或可听的警报和/或将放大器从电源断开，从而避免了任何对放大器和负载的破坏。
图2显示了对图1的装置所进行的修改，相应的元件使用相同的参考标号。图1的装置的一个问题在于偏差检测和校正系统的模拟部分即衰减器At和数模转换器Ad本身不能免除直流偏差(这里称作系统偏差)。偏差检测和校正系统将试图消除全部偏差并且随后在输出端O产生一个抵消系统偏差的偏差。为了消除这个影响图2的装置中包括了一个在衰减器A之前的反极性模拟开关Sa和一个在模数转换器Ad之后的反极性数字开关Sd。开关Sa和Sd以50％的占空比在速率为产生计数结果的速率的整数倍时同步工作。换言之，整数个开关周期(例如4)正好符合预定的计数间隔Tc并且开关在一个位置与另一位置中的时间长度相等。结果是模数转换器由于系统偏差产生的任何多余的1位数字跟随在相同的计数间隔内由于这个偏差产生的相同数目的0位数字后面。所以，计数器Ci的输出数字不再受到系统偏差的影响。应该注意的是，当模数转换器产生1位比特流时，如在∑-Δ调制器的情况下，反极性数字开关Sd可以由一个简单的EXOR门构成。
图3的装置包括四个BTL放大器A1到A4，每个具有自己的输入电容C1到C4和负载L1到L4，为了检测和校正偏差有可能为每个放大器提供自己的直流偏差检测和校正系统。然而，为了节约芯片面积，四个放大器顺序使用同一个衰减器At、模数转换器Ad、累计计数器Ci和评价装置E。为此放大器A1到A4的输出端O1到O4通过模拟多路开关M1连接到衰减器At并且评价装置E的输出通过数字多路开关M2连接到四个校正计数器Cc1到Cc4。多路开关M1和M2同步工作来连接单元At、Ad、Ci和E首先在输出端O1和输入端Cc1之间，然后是输出端O2和输入Cc2之间，依此类推。所以，单元At、Ad、Ci和E顺序地工作为每个放大器增加或者减小各自的校正计数。选择适当的多路速率以便使单元At、Ad、Ci和E在一个单一的计数周期Tc内为一个放大器工作。
此外，还通过校正计数器Cc1到Cc2和数模转换器的输入端之间的数字多路开关M3和在数模转换器的输出端和四个电流存储器Me1到Me4之间的同步工作的模拟多路开关M4共用数模转换器来为四个放大器的每一个进行偏差校正。这些电流存储器通过导线V1到V4将计算出的量化的直流电流提供给每个放大器A1到A4的输入端来校正各自的偏差。当直流转换器为其它放大器的一个工作时，电流存储器对于保持直流电平是必需的。电流存储器的使用可以在R.van de Plassche，ISBN 0-7923-9436-4的“集成模数和数模转换器”一书的6.8节找到。
应该注意的可以复用单元At、Ad、Ci和E而不复用数模转化器并且可以复用数模转换器而不复用单元At、Ad、Ci和E。还应该注意的是多路开关M3和M4不必与多路开关M1和M2同步工作。很显然参照图3说明的多路转换功能和图2表明的系统偏差清零可以结合使用。那时图2的极性开关Sa的功能和图3的多路开关M1可以很方便地组合。
权利要求
1.一种输出端用来建立与负载直流连接的平衡无变压器放大器，包括一个偏差检测系统(D)用来检测输出端(O)之间的差动直流偏差，其特征在于所述偏差检测系统(D)包括一个模数转换器(Ad)用来将输出端之间的信号电压转换成数字信号，一个计数器(Ci)用来积分在预定时间周期(Tc)内的数字信号，评价装置(E)用来评价所述计数器的结果以及一个数模转换器(Da)用来响应评价装置的输出产生一个被施加到放大器的输入端的用来抵消输出端之间的直流偏差的模拟校正信号。
2.如权利要求1所述的平衡无变压器放大器，其特征在于所述的模数转换器(Ad)是一个产生放大器输出端(O)之间的信号电压的1位数字表示的∑-Δ调制器。
3.如权利要求1所述的平衡无变压器放大器，其特征在于所述的评价装置(E)被设置成当计数器(Ci)的结果高于一个第一预定水平时产生一个第一信号并且当计数器(Ci)的结果低于比第一预定水平低的一个第二预定水平时产生一个第二信号，提供了一个当评价装置产生第一信号时减小预定数量并且当评价装置产生第二信号时增加预定数量的校正计数器(Cc)，以及该校正计数器(Cc)的输出被加到所述数模转换器(Da)。
4.如权利要求3所述的平衡无变压器放大器，其特征在于所述的评价装置(E)还被设置成当计数器的结果高于比第一水平高的第三水平时产生一个第三信号并且当计数器的结果低于比第二水平低的第四水平时产生一个第四信号并且设置了当计数装置产生所述的第三或第四信号时启动的报警装置(A1)。
5.如权利要求1所述的平衡无变压器放大器，其特征在于输出端(O)通过一个反极性模拟开关(Sa)连接到模数转换器(Ad)并且模数转换器(Ad)的输出通过反极性数字开关(Sd)连接到累计计数器(Ci)，该反极性数字开关在速率为产生的计数器结果的速率的整数倍上与反极性模拟开关同步工作。
6.如前面的一个或多个权利要求所要求的具有偏差检测系统(D)的多个平衡无变压器放大器(A1…A4)，其特征在于偏差检测系统的一个或多个部分被多路复用来顺序地为每个所述的放大器的偏差检测和校正工作。
7.在一个或多个前述权利要求所要求的平衡无变压器放大器中使用的一种偏差检测和校正系统。
全文摘要
一种包括用来检测和校正放大器输出端之间的直流偏差的系统的平衡无变压器放大器。输出信号最好在∑－Δ调制器中被数字化，数字化的信号在一个预定的期间内被计数并且计数的结果被用来获得一个反馈到放大器输入端的直流校正信号。
文档编号H03F3/34GK1460324SQ02800936
公开日2003年12月3日 申请日期2002年2月25日 优先权日2001年3月29日
发明者P·A·T·M·弗尔梅伦 申请人:皇家菲利浦电子有限公司