专利名称：用于增大开关放大器的采样频率的方法和系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及开关放大器和方法，更具体而言，涉及一种用于降低开关 放大器中电磁干扰的系统和方法。
背景技术：
开关放大器比非开关放大器具有显著更好的效率，主要是因为用于为 负载切换电压的晶体管在导通时，使得所述晶体管上的电压比较小，所述 晶体管在关闭时，使得流过所述晶体管的电流比较小。由于所述晶体管上 的电压小或者流过所述晶体管的电流小，所以所述晶体管的功耗就比较小。
采用单PWM流的开关放大器被广泛应用。然而，这些开关放大器不能 以合理的成本准确的放大宽带宽、高精度的信号。最近采用的一种方法是 采用能够利用包括两个或者更多PWM流的调制技术的开关放大器，例如多 基准(multi-reference)开关放大器。美国专利No. 6535058、发明名称为 "Multi-reference, High Accuracy Switching Amplifier(多基准、高精 度开关放大器)"的专利中描述了一种多基准开关放大器，通过引用将其所 有内容并入到本发明。多基准开关放大器的一个实例包括两个分离的 流，其中一个流是粗高压PWM流，而另一个流是细低压PWM流。
开关放大器有时会产生过多的电磁射频(RF)干扰，从而干扰所述放 大器以及位于所述放大器附近的其它电子器件的工作。通过将由所述放大 器驱动的负载耦合到由电感器和/或电容器形成的低通滤波器上，在一定程 度上能够对这种RF干扰进行衰减。低通滤波器对超过特定频率(通常被称为截止频率)的信号进行衰减。RF干扰的频率超过截止频率越大，则更多 的RF干扰得到衰减。然而，减小截止频率以更好地衰减RF干扰限制了开
关放大器的带宽。相反地，增大采样率以允许滤波器对RF干扰提供更好的 衰减降低了输出信号的可用动态范围，例如最强信号与最小信号的比率。
因此，需要在不劣化输出信号以及不损害输出信号动态范围的情况下 降低RF干扰。
发明内容
本发明涉及一种系统和方法，所述系统和方法能够在不损害输出信号 动态范围的情况下，降低开关放大器中的RF干扰。根据本发明的一个方 面， 一种开关放大器包括可操作地耦合到第一电压和可操作地耦合到第一 输出滤波器的第一组开关器件，以及可操作地耦合到第二电压和可操作地 耦合到第二输出滤波器的第二组开关器件。所述开关放大器还包括调制 器，所述调制器用于以第一采样率控制所述第一组开关器件，且以第二采 样率控制所述第二组开关器件，以便根据输入信号分别向所述第一和第二 输出滤波器提供第一和第二电压，所述第一采样率大于所述第二采样率。
图1是典型多基准开关放大器的框图2示出了根据现有技术在图1的电路中观察到的典型电压波形； 图3示出了根据本发明的一个实施例的图1的电压波形。
具体实施例方式
本发明实施例旨在提供一种在不劣化性能的情况下降低开关放大器中 的RF干扰的系统和方法。下面阐明的某些细节用于提供对本发明的充分理 解。然而，本领域技术人员很清楚，可以在没有这些特定的细节的情况下 实施本发明。
图1是根据本发明的一个实施例的双基准开关放大器的框图。尽管图1 是针对双基准开关放大器，但是本领域普通技术人员应当意识到，本发明
适用于任何多基准幵关放大器。图1的双基准开关放大器有两个基准正电源电压V+和从所述V+通过调节器114而提供的电压。正电源电压V+通过 控制开关108、 111向负载119提供能量。所述调节器114通过开关109、 112向所述负载119提供能量。负载119通过开关器件110、 113接地。在 一些实施例中，由所述V+基准提供的电压明显大于由所述调节器114所提 供的电压。例如，在一个实施例中，由所述正电源电压V+基准所提供的电 压近似为12V，而由所述调节器114所提供的电压为47mV。
输入数据流100作为输入施加至脉宽调制器(PWM) 107，所述PWM107 输出PWM控制信号101、 102、 103、 104、 105和106以分别控制开关器件 108、 109、 110、 111、 112和113。所述负载119以桥式结构连接在两个独 立的输出节点之间。第一输出节点A直达开关器件108、 109和110。第二 输出节点B直达开关器件lll、 112和113。所述第一输出节点A耦合到电 感器115，所述电感器115进一步耦合到电容器116。在将输出施加到负载 119的第一端子之前，电感器115结合电容器116对开关器件108、 109和 110的输出进行滤波。所述第二输出节点B耦合到电感器117，所述电感器 117进一步耦合到电容器118。在将输出施加到负载119的第二端子之前， 所述电感器117结合电容器118对开关器件111、 112和113的输出进行滤 波。因此，开关器件108和111将所述正电源V+耦合到所述负载119，而 开关器件109和112将通过调节器114从所述V+提供的基准电压耦合到所 述负载119，并且开关器件110和113将所述负载119接地。图l的电路在 上述美国专利No. 6535058中有进一步的详细描述。
图1的电路在所述负载119的每一侧导致两个分离的PWM数据流。在 图1所示的实施例中，通过开关器件108和111施加至所述负载119的PWM 数据流是粗高压调制流。通过开关器件109、 112施加至所述负载119的PWM 数据流是细低压调制流。然而，对本领域普通技术人员来说是显然的，所 述粗和细电压流的配置取决于哪些开关器件耦合到高压源和低压源。
图2示出了根据现有技术在图1所示放大器中观察到的典型输出电压 和电流波形。迹线200示出了图1中将被放大的数据流100的波形。电压 迹线201、 202、 203、 204、 205和206分别反映了当图1中所述负载119 的输出极性改变时，图1中控制信号101、 102、 103、 104、 105和106的 状态。电压迹线207示出了开关器件108、 109和110的共同输出，该输出作为第一输入节点A处电感器115的输入。电压迹线208示出了开关器件
111、 112和113的共同输出，该输出作为第二输入节点B处电感器117的 输入。
正如上面引用的专利所教导的，注意到迹线207和208中由粗数据所 调制的高压V+脉冲遵循迹线200中的相对符号，而迹线207和208中由细 数据所调制的基准电压脉冲则遵循迹线200中V+脉冲的相反相对符号。电 压迹线207和208表明，当由粗数据所调制的V+脉冲被施加到所述负载119 的一侧时，由细数据所调制的所述基准电压脉冲则被施加到所述负载119 的另一侧。例如，当开关器件108向所述第一输入节点A提供V+脉冲时， 开关器件112则向所述第二输入节点B提供基准电压脉冲。与现有技术常 用的做法一样，为了在所述负载110的两侧保持同样的电压，迹线207和 208中所示的V+粗调制脉冲和基准电压细调制脉冲以共同的固定输出采样 率出现。
根据本发明的一个实施例，图1所示的开关放大器采用图3所示的方 式工作。迹线300示出了图1中将被放大的数据流100的波形。迹线301、 302、 303、 304、 305和306分别表示控制开关器件108、 109、 110、 111、
112、 113的信号101、 102、 103、 104、 105、 106。迹线307表示开关器件 108、 109和110的共同输出，该输出作为电感器115的输入。迹线308表 示开关器件lll、 112和113的共同输出，该输出作为电感器117的输入。 与图2类似，迹线307和308中的所述V+粗调制脉冲和基准电压细调制脉 冲遵循输入波形300的相反符号。
与图2的迹线207中的所述V+粗调制脉冲的采样频率相比，如迹线307 中所示的所述V+粗调制脉冲的采样频率增大了，由于进一步来自截止频率 的操作的原因，增大所述V+粗调制脉冲的频率提供更好的滤波衰减。特别 地，尽管粗高压脉冲的频率的增大与低频操作相比将产生更大幅值的RF干 扰，但是二阶或更高阶滤波器更加能够以增大的频率衰减该RF干扰。更具 体而言，在频率变为两倍时，来自高压脉宽调制的RF干扰增大不超过6dB。 但是在频率变为两倍时，二阶滤波器衰减的增大将高达12dB。因此，在不 劣化输出信号以及不损害输出信号动态范围的情况下，输出滤波器可以降 低RF干扰。因而，降低RF干扰不会损害性能。在一个实施例中，除了增大粗调制脉冲，脉冲的长度同样减小。例如，
迹线307、 308表示的最终V+粗调制脉冲是图2的迹线207、 208中的V+粗 调制脉冲长度的一半、频率的两倍。因此，迹线结果整体上与图2中迹线 207、 208是等效的，但是发射的频率变为两倍。在另一实施例中，最终￥+ 粗调制脉沖的长度可以被降低其他的量，而脉冲的频率可以增大不同的比 率。然而，在一个实施例中，所述粗调制信号的长度和频率将表示所述负 载119的相同输出信号。如迹线307、 308所示，所述基准电压细调制脉冲 的输出采样频率与图2中示出的相同。本领域普通技术人员容易理解，为 了调整相对于所述基准电压脉冲采样率的所述V+脉冲的采样率，图1中的 所述调制器107将有可能会变得更复杂。
本领域普通技术人员应该理解，图l所示的电压配置可以是其它配置。 例如，在一个实施例中，所述V+电源可以接地，而图l所示的地电位可以 是一个负电压。然而在另一个实施例中，图1中的V+可以作为一个负电压。
通过对本文所述方法的描述可以看出，能够在不影响输出信号的动态 范围的情况下实现降低多基准开关放大器中RF干扰。
虽然上面结合所公开的实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术 人员将意识到，在不脱离本发明精神和范围的前提下，可以在形式和细节 方面做出多种修改。所述修改完全落入本领域普通技术人员的技术常识内。 因而，本发明不受附加权利要求之外的其它内容的限制。
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权利要求
1、一种开关放大器，包括可操作地耦合到第一电压和可操作地耦合到第一输出滤波器的第一组开关器件；可操作地耦合到第二电压和可操作地耦合到第二输出滤波器的第二组开关器件；可操作地耦合到第三电压的第三组开关器件；以及调制器，所述调制器具有用于接收输入信号的输入端子和耦合到每一个所述开关器件的相应输出端子，所述调制器用于以第一采样率控制所述第一组开关器件，并用于以第二采样率控制所述第二组开关器件，从而根据所述输入信号分别向所述第一和第二输出滤波器提供第一和第二电压，所述第一采样率大于所述第二采样率。
2、 根据权利要求1所述的开关放大器，其中，所述第一组开关器件向 所述第一输出滤波器提供粗功率控制，所述第二组开关器件向所述第二输 出提供细功率控制。
3、 根据权利要求1所述的开关放大器，
4. 其中，所述第一和第二输出滤 波器是二阶滤波器。
5、 根据权利要求1所述的开关放大器，其中，所述调制器用于以第一 采样率来控制所述第一组开关器件，所述第一采样率是所述第二组开关器 件的采样率的两倍。
6、 根据权利要求5所述的开关放大器，其中，每一个输出滤波器包括 电感器和电容器。
7、 根据权利要求1所述的开关放大器，其中，所述第三组开关器件向 所述负载提供缺省电压状态。
8、 一种开关放大器，包括 第一、第二和第三基准电压；第一组控制开关，其中每一个控制开关耦合到所述基准电压中的一个， 并且还耦合到第一输出滤波器；第二组控制开关，其中每一个控制开关耦合到所述基准电压中的一个， 并且还耦合到第二输出滤波器；以及调制器，所述调制器具有用于接收输入信号的输入端子和耦合到所述 第一组控制开关中的相应的一个开关的第一多个输出端子以及耦合到所述 第二组控制开关中的相应的一个开关的第二多个输出端子，所述调制器可 操作地响应于所述输入信号生成用于所述第一和第二组控制开关的多个控 制信号，所述多个控制信号可操作地激活所述控制开关，以向所述第一输 出滤波器和第二输出滤波器提供具有调制脉宽的基准电压的脉冲，耦合到 所述第一基准电压的控制开关以高于耦合到所述第二基准电压的控制开关 的频率来调制所述脉宽。
9、 根据权利要求8所述的开关放大器，其中，耦合到所述第一基准电 压的控制开关向所述第一输出滤波器和所述第二输出滤波器提供粗功率控 制，耦合到所述第二基准电压的控制开关向所述第一输出滤波器和所述第 二输出滤波器提供细功率控制。
10、 根据权利要求9所述的开关放大器，其中，所述第一输出滤波器 和所述第二输出滤波器是二阶输出滤波器。
11、 根据权利要求8所述的开关放大器，其中，在所述第一组控制开 关中的第一控制开关和第二控制开关耦合到所述第一输出滤波器，而所述 第二组控制开关中的第一控制开关和第二控制开关耦合到所述第二输出滤 波器。
12、 根据权利要求10所述的开关放大器，其中，所述第一和第二输出滤波器分别包括电感器和电容器。
13、 根据权利要求8所述的开关放大器，其中，第一和第二输出滤波 器包括三阶输出滤波器。
14、 一种操作开关放大器的方法，包括 向所述开关放大器的输入端子施加输入信号；在第一时间段期间，向所述开关放大器的第一滤波器施加多个第一脉 宽调制电压脉冲；以及在所述第一时间段期间，向所述开关放大器的第二滤波器施加多个第 二脉宽调制电压脉冲；所述第一脉宽调制电压脉冲的电压大于第二脉宽调 制电压脉冲的电压；所述第一脉宽调制电压脉冲以比所述第二脉宽调制电 压脉冲耦合到所述第二滤波器更高的频率耦合到所述第一滤波器。
15、 根据权利要求14所述的方法，还包括在第二时间段期间，向所述 开关放大器的所述第一滤波器施加多个第三脉宽调制电压脉冲，并且在所 述第二时间段期间，向所述开关放大器的所述第二滤波器施加多个第四脉 宽调制电压脉冲，所述第四脉宽调制电压脉冲的电压高于第三脉宽调制电 压脉冲的电压；所述第四脉宽调制电压脉冲以比所述第三脉宽调制电压脉 冲耦合到所述第一滤波器更高的频率耦合到所述第二滤波器。
16、 根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一脉宽调制电压脉冲 向所述第一滤波器提供粗功率传输控制，并且所述第二脉宽调制电压脉冲 向所述第二滤波器提供细功率传输控制。
17、 根据权利要求14所述的方法，其中，第一和第二滤波器是二阶滤 波器。
18、 根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一输出滤波器耦合到 负载的第一侧，而所述第二输出滤波器耦合到负载的第二侧。
19、 根据权利要求14所述的方法，其中，所述负载是扬声器。
20、 一种系统，包括 负载；以及开关放大器，所述开关放大器包括可操作地耦合到第一电压且可操作地耦合到第一输出滤波器的第一组开关器件； 可操作地耦合到第二电压且可操作地耦合到第二输出滤波器的第 二组开关器件；可操作地耦合到第三电压的第三组开关器件；以及 调制器，所述调制器具有用于接收输入信号的输入端子和耦合到 每一个所述开关器件的相应输出端子，所述调制器用于以第一采样率控制 所述第一组开关器件，并用于以第二采样率控制所述第二组开关器件，从 而根据所述输入信号分别向所述第一和第二输出滤波器提供第一和第二电 压，所述第一采样率大于所述第二采样率。
21、 根据权利要求20所述的系统，其中，所述负载是扬声器。
22、 根据权利要求20所述的系统，其中，所述第一和第二输出滤波器 是二阶滤波器。
23、 根据权利要求20所述的系统，其中，利用为由所述第二组开关器 件提供的脉宽的采样两倍的频率对由所述第一组开关器件提供的脉宽进行 调制。
24、 根据权利要求20所述的系统，其中，所述输出滤波器包括电感器 和电容器。
全文摘要
本发明旨在提供一种在不恶化性能的情况下降低开关放大器中的RF干扰的系统和方法。在一个实施例中，相对于细低压调制脉宽的采样率而言，粗高压调制脉宽的采样率被增加了。粗高压调制脉宽采样率的增加导致电磁干扰的降低。
文档编号H03F3/217GK101647199SQ200880010672
公开日2010年2月10日 申请日期2008年2月1日 优先权日2007年2月1日
发明者L·基恩 申请人:Jm电子技术有限公司