集成升压电路的音频功率放大器的制造方法

xiaoxiao2020-9-10  2

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集成升压电路的音频功率放大器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及放大器,公开了一种集成升压电路的音频功率放大器。包含提供恒定电源的内置电源管理模块,功放选择模块,D类音频功率放大器,AB类音频功率放大器,输出模块。内置电源管理模块的输入端输入电池电压Vin,并将Vin进行升压转换,输出恒定的电压VRG,并受功放选择模块模式信号控制,根据音频信号的类型,选择输出分别与D类音频功率放大器和AB类音频功率放大器相匹配的电源电压。利用上述内置电源管理模块可以为音频功率放大器提供恒定的电源,这样就可以避免D类、AB类音频功率放大器的输出功率随电池电压的变化而变化,以及因为电池电压的下降而导致的输出削波,音质变差的问题,同时也可以为外部器件提供稳定的电压。
【专利说明】集成升压电路的音频功率放大器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及音频功率放大器,特别涉及集成升压电路的音频功率放大器。
【背景技术】
[0002]在移动音频设备中,D类音频功率放大器(指数字功率放大器)由于效率高,所需散热面积小,节省布局等优点被广泛应用。图1是传统的使用D类音频功放驱动扬声器的示意图。D类功放是通过高频PWM (Pulse Width Modulation脉冲宽度调制)波对音频信号进行调制,采用开关器件来驱动外部扬声器。由于采用开关技术,输出是数字信号,如图2所不,编号21表不高频调制信号,编号22表不高频开关信号。一般会产生三方面的EMI(Electro Magnetic Interference 电磁干扰)高频噪声:
[0003]1.输出方波本身上下沿时的高频信号;
[0004]2.死区(PWM的上下桥臂的三极管是不能同时导通的。如果同时导通就会使电源两端短路,所以,两路触发信号要在一段时间内都是使三极管断开的。这个区域就叫做“死区”)时功率管Mn (图2中23)、Mp的寄生二极管(图2中24)开启和反向恢复(寄生二极管反向恢复时间越短越好)时的尖峰能量;
[0005]3.输出方波上下沿切换时通过PCB (PrintedCircuitBoard,印制电路板)连线上的寄生电容和电感所引起的振铃能量。这些高频噪声会破坏FM (Frequency Modulation,调频)接收器端的输入信号,导致FM接收器无法正常分辨广播信号。
[0006]由于上述高频EMI噪声的存在,严重影响到FM调频。
[0007]AB类(甲乙类互补推挽)音频功率放大器因为输出的是模拟信号,不会产生EMI噪音,但是效率不高。
[0008]一种技术方案是将D类、AB类功率放大器集成在一个芯片里,如图3所示,根据需要自动的选择合适的音频功率放大器:在播放音乐时选择D类功率放大器,在FM调频时选择AB类功率放大器,如图4所示。
[0009]该技术方案虽然可以解决FM噪声干扰问题,但是移动设备里,由于这种音频设备通常直接连接到电池上,音质,功率等受限于电池电压,当电池电压下降会导致输出削波,音质变差,输出功率下降,尤其是对于4欧姆或者更高阻抗的扬声器,输出功率不大。
实用新型内容
[0010]本实用新型的目的在于提供一种集成升压电路的音频功率放大器,使得这种音频功率放大器可以避免音频功率放大器的输出功率随电池电压的变化而变化,以及由于电池电压的下降而导致的输出削波,音质变差的问题。
[0011]为解决上述技术问题,本实用新型提供了一种集成升压电路的音频功率放大器,包含提供恒定电源的内置电源管理模块,功放选择模块,D类音频功率放大器,AB类音频功率放大器,输出模块;
[0012]所述内置电源管理模块的输入端输入电池电压Vin,输出端与所述D类音频功率放大器和所述AB类音频功率放大器的输入端并列相连;
[0013]所述功放选择模块与所述内置电源管理模块相连,控制所述内置电源管理模块输出与所述D类音频功率放大器或所述AB类音频功率放大器相匹配的电源电压;
[0014]所述D类音频功率放大器和所述AB类音频功率放大器的输出端与所述输出模块的输入端相连;
[0015]所述输出模块的输出端输出音频信号。
[0016]相对于现有技术而言,利用上述内置电源管理模块提供的开关升压电源为音频功率放大器提供恒定的电源,这样就可以避免D类、AB类音频功率放大器的输出功率随电池电压的变化而变化,以及因为电池电压的下降而导致的输出削波,音质变差的问题,有着很好的PSRR (Power Supply Rejection Ratio,电源抑制比:把电源电压看作独立的信号源,电源纹波与输出纹波的比值即是PSRR),同时上述内置的电源模块也可以为外部器件提供稳定的电压。
[0017]作为本实用新型的进一步改进,上述内置电源管理模块还包含开关升压电源和电源选择开关;
[0018]所述开关升压电源的输入端输入电池电压,输出端与所述电源选择开关的输入端相连;
[0019]所述电源选择开关的输出端与所述D类音频功率放大器和所述AB类音频功率放大器的输入端并列相连;
[0020]所述电源选择开关接收所述功放选择模块输出的控制信号,所述电源选择开关根据所述控制信号输出与所述D类音频功率放大器或所述AB类音频功率放大器相匹配的电源电压。
[0021 ] 上述电源选择开关可以根据所述功放选择模块选择的控制信号的模式信号,有选择的输出经过上述开关升压电源升压后的电池电压,并与对应的音频功率放大器相匹配。
[0022]另外,上述开关升压电源将电池电压Vin进行升压转换,输出恒定的电压VRG。
[0023]开关升压电源可以将输入的电池电压Vin进行升压转换,输出恒定的电压VRG,这个恒定的电压VRG就可以为D类音频功率放大器或所述AB类音频功率放大器的工作提供恒定的电压,这样就可以避免D类、AB类音频功率放大器的输出功率随电池电压的变化而变化,以及因为电池电压的下降而导致的输出削波,音质变差的问题。
[0024]另外,上述开关升压电源的电路为电流模的非同步开关升压电路。
[0025]由于升压电路需要给音频功率放大器提供电源,而音频功率放大器在大功率输出的情况下,需要电源能够提供足够大的电流,所以开关升压电源采用非同步结构,这样升压电路里功率管就只有电流能力比较强的nmos (N Metal Oxide Semiconductor,N沟道金属氧化物半导体晶体管)管,同时也可以节省芯片的面积。
[0026]另外,上述非同步开关升压电路包含电流环路和电压环路,其中电流环路是内环,电压环路是外环。
[0027]由上述两个环路的相互配合才能得到本实用新型中需要的开关升压电源,进而通过这个开关升压电源为所述的D类音频功率放大器或AB类音频功率放大器的正常工作提供电源电压。
[0028]另外,所述功放选择模块通过向所述内置电源管理模块输出低电平或高电平,控制所述内置电源管理模块输出与所述D类音频功率放大器或所述AB类音频功率放大器相匹配的电源电压。
[0029]所述功放选择模块向所述内置电源管理模块输出低电平时,所述AB类音频功率放大器处于工作状态;
[0030]所述功放选择模块向所述内置电源管理模块输出高电平时,所述D类音频功率放大器处于工作状态。
[0031]这种一一对应的关系能更好的使两类功率放大器的工作不受彼此影响,既可以解决FM噪声干扰问题,又可以提高音频设备的工作效率。
[0032]另外,本实用新型中的恒定电源的内置电源管理模块、D类音频功率放大器和AB类音频功率放大器制作在单颗芯片上,可以节省芯片面积,减少整个器件外围电阻电容数目,降低成本。
[0033]另外,本实用新型中的恒定电源的内置电源管理模块、D类音频功率放大器和AB类音频功率放大器也可以分别制作在三颗芯片上,这样会使整个器件的配置比较灵活。
【专利附图】

【附图说明】
[0034]图1是现有技术中无滤波器的D类音频功放示意图;
[0035]图2是现有技术中D类音频功放输出部分示意图;
[0036]图3是现有技术中D类和AB类组合音频系统示意图;
[0037]图4是现有技术中组合音频系统选择方式示意图;
[0038]图5是根据本实用新型中一种集成升压电路的音频功率放大器示意图;
[0039]图6是根据本实用新型中电流模的非同步开关升压电路示意图;
[0040]图7是根据本实用新型中功放选择模块输出的控制信号模式示意图。
【具体实施方式】
[0041]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而,本领域的普通技术人员可以理解,在本实用新型各实施方式中,为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是,即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改,也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
[0042]本实用新型的第一实施方式涉及一种集成升压电路的音频功率放大器。包含提供恒定电源的内置电源管理模块,功放选择模块,D类音频功率放大器(主要是指数字功率放大器),AB类(甲乙类互补推挽)音频功率放大器,输出模块。其中内置电源管理模块包含开关升压电源和电源选择开关,开关升压电源的输入端输入电池电压Vin,输出端与电源选择开关的输入端相连,电源选择开关的输出端与D类音频功率放大器和AB类音频功率放大器的输入端并列相连;功放选择模块与内置电源管理模块相连,根据音频信号的类型选择控制信号的模式,电源选择开关接收功放选择模块选择的控制信号的模式信号,选择输出与D类音频功率放大器或AB类音频功率放大器相匹配的电源电压,D类音频功率放大器和AB类音频功率放大器的输出端与输出模块的输入端相连,输出模块输出音频信号驱动外部的扬声器,其中所述音频信号可以是数字音频信号,也可以是模拟音频信号。具体的说,如图5所示:
[0043]内置电源管理模块51由开关升压电源52和电源选择开关53组成,开关升压电源52的输入端输入电池电压Vin (—般为2.7V~4.2V),并将Vin进行升压转换,输出恒定的电压VRG给电源选择开关53,电源选择开关53受功放选择模块54选择的控制信号的模式信号MODE控制,根据音频信号的类型,选择输出分别与D类音频功率放大器55相匹配的电源电压V_D或与AB类音频功率放大器56相匹配的电源电压V_AB,芯片工作时有两种工作状态,如果是处于FM调频状态,音频功率放大器需要放大的是广播音频信号,则功放选择模块54向电源选择开关53输出低电平模式的控制信号,电源选择开关53输出为V_AB,此时D类音频功率放大器55不工作,AB类音频功率放大器56工作,输出的音频信号Audio_AB经过输出部分57驱动外部的扬声器输出音频信号Audio_AB ;如果是播放音乐,向电源选择开关53输出高电平模式的控制信号,电源选择开关53输出为V_D,此时AB类音频功率放大器56不工作,D类音频功率放大器55工作,输出的音频信号Audio_D经过输出部分57驱动外部的扬声器输出音频信号Audio_D。
[0044]相对于现有技术而言,利用上述内置电源管理模块51提供的开关升压电源52将输入的电池电压Vin进行升压转换,输出恒定的电压VRG,这个恒定的电压VRG就可以为D类音频功率放大器55或所述AB类音频功率放大器56的工作提供恒定的电压,这样就可以避免D类、AB类音频功率放大器的输出功率随电池电压的变化而变化,以及因为电池电压的下降而导致的输出削波,音质变差的问题,有着很好的PSRR (Power Supply RejectionRatio,电源抑制比:把电源电压看作独立的信号源,电源纹波与输出纹波的比值即是PSRR),同时上述内置的电源模块51也可以为外部器件提供稳定的电压
[0045]其中,上述开关升压电源52为电流模的非同步开关升压电路,如图6所示。里面有两个环路,分别是电流环路61和电压环路62,电流环路61是内环,电压环路62是外环。在电压环路62里,电阻Rl和电阻R2构成反馈电路,VRG通过Rl和R2分压得到反馈电压Vfb,放大器EA放大Vfb和参考电压Vref的差值得到信号电压Vea,Vea经过电阻Rz和电容Cz构成的补偿网络和从电感LI采样回来的信号进行比较,得到数字开关信号,这个数字开关信号再经过驱动电路N驱动功率管Ml。由上述电压环路62和电流环路61的相互配合才能得到本实用新型中需要的开关升压电源电压,进而通过这个开关升压电源电压为所述的D类音频功率放大器55或AB类音频功率放大器56的正常工作提高电源电压。
[0046]根据开关升压电源的原理,VRG和Vin之间满足下面的公式:
[0047]
【权利要求】
1.一种集成升压电路的音频功率放大器,其特征在于,包含提供恒定电源的内置电源管理模块,功放选择模块,D类音频功率放大器,AB类音频功率放大器,输出模块; 所述内置电源管理模块的输入端输入电池电压Vin,输出端与所述D类音频功率放大器和所述AB类音频功率放大器的输入端并列相连; 所述功放选择模块与所述内置电源管理模块相连,控制所述内置电源管理模块输出与所述D类音频功率放大器或所述AB类音频功率放大器相匹配的电源电压; 所述D类音频功率放大器和所述AB类音频功率放大器的输出端与所述输出模块的输入端相连; 所述输出模块的输出端输出音频信号。
2.根据权利要求1所述的集成升压电路的音频功率放大器,其特征在于,所述内置电源管理模块包含开关升压电源和电源选择开关; 所述开关升压电源的输入端输入电池电压,输出端与所述电源选择开关的输入端相连; 所述电源选择开关的输出端与所述D类音频功率放大器和所述AB类音频功率放大器的输入端并列相连; 所述电源选择开关接收所述功放选择模块输出的控制信号,所述电源选择开关根据所述控制信号输出与所述D类音频功率放大器或所述AB类音频功率放大器相匹配的电源电压。
3.根据权利要求2所述的集成升压电路的音频功率放大器,其特征在于,所述开关升压电源的电路为电流模的非同步开关升压电路。
4.根据权利要求3所述的集成升压电路的音频功率放大器,其特征在于,所述非同步开关升压电路包含电流环路和电压环路,其中电流环路是内环,电压环路是外环。
5.根据权利要求1所述的集成升压电路的音频功率放大器,其特征在于,所述电池电压为2.7V?4.2V。
6.根据权利要求1所述的集成升压电路的音频功率放大器,其特征在于,所述功放选择模块通过向所述内置电源管理模块输出低电平或高电平,控制所述内置电源管理模块输出与所述D类音频功率放大器或所述AB类音频功率放大器相匹配的电源电压。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的集成升压电路的音频功率放大器,其特征在于,所述提供恒定电源的内置电源管理模块、D类音频功率放大器和AB类音频功率放大器制作在单颗芯片上。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的集成升压电路的音频功率放大器,其特征在于,所述提供恒定电源的内置电源管理模块、D类音频功率放大器和AB类音频功率放大器分别制作在三颗芯片上。
【文档编号】H03F3/217GK203675057SQ201320542651
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年9月2日 优先权日:2013年9月2日
【发明者】罗建军, 周塔, 郑欣, 陈友福, 徐光煜 申请人:上海智浦欣微电子有限公司

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