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    本發明公開用於音頻放大系統中減少失真的系統和方法。提供用於對輸入信號和輸出反饋信號進行積分、調變以產生輸出信號的系統和方法。該系統包括：第一積分器，被配置以接收輸入信號，並且至少基於與輸入信號相關聯的信息產生積分信號；第二積分器，被配置以接收積分信號，並且至少基於與積分信號相關聯的信息產生輸出信號；以及補償電容器，該補償電容器被耦合到第一積分器和第二積分器。第一積分器包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運算放大器，第一積分電容器被耦合在第一輸入端子與第一輸出端子之間。第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運算放大器。
    公开号:TW201312932A
    申请号:TW100137161
    申请日:2011-10-13
    公开日:2013-03-16
    发明作者:ting-zhi Yuan；yun-chao Zhang；Zhi-Qiang Sun；lie-yi Fang
    申请人:On Bright Electronics Shanghai；
    IPC主号:H03F1-00
    专利说明:
    用於音頻放大系統中減少失真的系統和方法
    本發明涉及積體電路。更具體地，本發明提供了針對放大系統的失真減少的系統和方法。僅僅作為示例，本發明已應用於D類放大器(Class-D amplifier)。但是應理解到，本發明具有更廣泛的應用範圍。
    通常，開關放大器(例如，D類放大器)是一種其中的輸出電晶體常常作為開關來操作的放大器。D類放大器被廣泛用在音頻放大中，並且相對於諸如A類、B類和AB類之類的某些線性音頻放大器類來說具有效率優勢。
    第1圖是示出使用D類放大器的放大系統的簡化傳統示圖。放大系統100包括調變組件102、閘極驅動器104、兩個電晶體106和108、電感器110、兩個電容器112和114、以及輸出負載116。例如，電晶體106是P通道金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)或者N通道MOSFET。在另一示例中，電晶體108是N通道MOSFET。在又一示例中，輸出負載116是揚聲器。在又一示例中，電感器110和電容器112包括在低通濾波器130中。在又一示例中，調變組件102、閘極驅動器104以及電晶體106和108包括在D類放大器118中。
    調變組件102接收輸入音頻信號120，並產生調變信號122。閘極驅動器104接收調變信號122，並且作為響應產生閘極驅動信號124和126。電晶體106和108分別接收閘極驅動信號124和126，並且產生輸出電壓信號128(例如，Vout)。低通濾波器130與阻斷電容器114一起接收輸出電壓信號128，並且作為響應產生輸出音頻信號132來驅動輸出負載116。輸出電壓信號128(例如，Vout)被反饋到調變組件102。例如，閘極驅動信號124等於閘極驅動信號126。在另一示例中，輸出音頻信號132在幅度大小上與輸入音頻信號120成比例。在又一示例中，閘極驅動信號124和126是邏輯控制信號，並且因此電晶體106和108像開關那樣操作。
    但是在一些情形中，當輸入音頻信號120被調變組件102、閘極驅動器104以及電晶體106和108處理時，一定的失真被引入輸出電壓信號128，並且因此輸出音頻信號132的質量降低。通常，輸出電壓信號128被反饋到調變組件102以減少失真。另外，調變組件102常常包括一階積分器或更高階積分器(例如，二階積分器)以減少失真。更高階積分器通常具有比一階積分器高的增益，並且在減少失真方面表現得更好。
    第2圖是示出作為調變組件102一部分之二階積分器的某些組件的簡化傳統示圖。二階積分器200包括串聯連接的兩個一階積分器214和216。一階積分器214包括運算放大器202、電阻器206和電容器210。積分器216包括運算放大器204、電阻器208和電容器212。電容器210被耦合在放大器202的輸出端子與輸入端子之間，並且電容器212被耦合在放大器204的輸出端子與輸入端子之間。
    輸入信號216在電阻器206處被接收，並且作為響應，產生信號224。運算放大器202在一個輸入端子處接收信號224，並且在另一輸入端子處接收參考信號220，並且作為響應產生信號226。電阻器208接收信號226，並且作為響應，產生信號228。運算放大器204在一個輸入端子處接收信號228並且在另一輸入端子處接收參考信號222，並且作為響應產生信號218。例如，參考信號222等於參考信號220。
    例如，積分器200的小信號傳遞函數根據下式來確定：
    其中，H(s)是積分器200的小信號傳遞函數，s表示拉普拉斯變換的複變量，R1表示電阻器206的電阻，並且R2表示電阻器208的電阻。另外，C1表示電容器210的電容，並且C2表示電容器212的電容。根據等式1，積分器200的傳遞函數H(s)具有兩個極點，在這兩個極點處，傳遞函數H(s)的幅度幾乎達到無限大。
    第3圖是示出作為調變組件102一部分之積分器200的傳遞函數H(s)的波特圖的簡化示意圖。波形302表示積分器200的傳遞函數H(s)的幅度幅度大小作為頻率的函數。波形304表示積分器200的傳遞函數H(s)的相位角作為頻率的函數。
    如第3圖所示，積分器200的傳遞函數H(s)之幅度的幅度大小和相位角隨著頻率的增大而減小。例如，在頻率306處，積分器200的傳遞函數H(s)之幅度的幅度大小為0 dB，並且積分器200的傳遞函數H(s)的相位角為-180°。相位餘裕是0°，因此放大器118常常是不穩定的。因此，通常需要零點補償(zero compensation)來產生足夠的相位餘裕，以使放大器118保持穩定。
    此外，積分器200的飽和常常導致失真。第4圖是輸入音頻信號120的簡化時序圖。波形402表示作為時間的函數的輸入音頻信號120。例如，輸入音頻信號120具有正弦波形，如波形402所示，並且具有恒定週期T0。輸入音頻信號120的幅度隨著時間週期性地變化。
    第5圖是對於包括二階積分器200的放大系統100、響應於如第4圖所示的輸入音頻信號120的輸出音頻信號132的簡化時序圖。波形502表示作為時間的函數的輸出音頻信號132。輸出音頻信號132具有週期T1，如波形502所示。例如，週期T1與輸入音頻信號120的週期T0大致相同。輸出音頻信號132通常跟隨輸入音頻信號120的改變，如波形502所示。但是，輸出音頻信號132由於積分器200的飽和而包含失真504。
    再參考第2圖，例如，輸入信號216包括輸入音頻信號120和被反饋到調變組件102的輸出電壓信號128兩者。在另一示例中，如果輸入音頻信號120不是遠大於輸出電壓信號128，則輸入信號216與輸入音頻信號120和輸出信號128的疊加成比例(例如，等於)。二階積分器200接收輸入信號216，並且輸出在某一範圍內的信號218。但是，在又一示例中，如果輸入音頻信號120遠大於輸出電壓信號128，則由積分器200輸出的信號218近似等於正電源電壓或接地。即，積分器200變得飽和。然後，如果輸入音頻信號120的幅度大小減小，則系統100對輸入音頻信號120的改變作出的響應會由於積分器200的飽和而滯後。在又一示例中，失真504因此被引入輸出音頻信號132。
    因此，減少音頻放大系統中的失真的技術變得非常重要。
    本發明涉及積體電路。更具體地，本發明提供了針對音頻放大系統中減少失真的系統和方法。僅僅作為示例，本發明已應用於D類放大器。但是應理解到，本發明具有更廣泛的應用範圍。
    根據一個實施例，一種用於音頻放大系統中對輸入信號和輸出反饋信號進行積分、調變以產生輸出信號的系統包括：第一積分器，被配置以接收輸入信號，並且至少基於與輸入信號相關聯的信息產生積分信號；第二積分器，被配置以接收積分信號，並且至少基於與積分信號相關聯的信息產生輸出信號；以及補償電容器，該補償電容器被耦合到第一積分器和第二積分器。第一積分器包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運算放大器，第一積分電容器被耦合在第一輸入端子與第一輸出端子之間。第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運算放大器，第二積分電容器被耦合在第二輸入端子與第二輸出端子之間。另外，補償電容器包括第一電容器端子和第二電容器端子，第一電容器端子被連接到第一運算放大器的第一輸出端子，第二電容器端子被連接到第二運算放大器的第二輸入端子。
    根據另一實施例，一種用於音頻放大系統中對輸入信號和輸出反饋信號進行積分、調變以產生輸出信號的系統包括：第一積分器，被配置以接收輸入信號，並且至少基於與輸入信號相關聯的信息產生第一積分信號；第二積分器，被配置以接收第一積分信號，並且至少基於與第一積分信號相關聯的信息產生第二積分信號；補償電容器，該補償電容器被耦合到第一積分器和第二積分器；以及調變和驅動組件，被配置以接收第二積分信號並且產生輸出信號。第一積分器包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運算放大器，第一積分電容器被耦合在第一輸入端子與第一輸出端子之間。此外，第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運算放大器，第二積分電容器被耦合在第二輸入端子與第二輸出端子之間。
    根據又一實施例，一種用於音頻放大系統中對輸入信號和輸出反饋信號進行積分、調變以產生輸出信號的系統包括：第一積分器，被配置以接收輸入信號，並且至少基於與輸入信號相關聯的信息產生積分信號；第二積分器，被配置以接收積分信號，並且至少基於與積分信號相關聯的信息產生輸出信號；補償電容器，該補償電容器被耦合到第一積分器和第二積分器；開關，該開關被耦合到補償電容器並且被配置以接收與輸出信號相關聯的控制信號；以及第一電阻器，該第一電阻器被耦合到開關。第一積分器包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運算放大器，第一積分電容器被耦合在第一輸入端子與第一輸出端子之間。第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運算放大器，第二積分電容器被耦合在第二輸入端子與第二輸出端子之間。另外，補償電容器包括第一電容器端子和第二電容器端子，第一電容器端子被連接到第一運算放大器的第一輸出端子，第二電容器端子被連接到第二運算放大器的第二輸入端子。開關還被耦合到第二運算放大器的第二輸入端子。此外，第一電阻器還被耦合到第二運算放大器的第二輸出端子。
    根據又一實施例，一種用於音頻放大系統中對輸入信號和輸出反饋信號進行積分、調變以產生輸出信號的系統包括：第一積分器，被配置以接收輸入信號，並且至少基於與輸入信號相關聯的信息產生第一積分信號；第二積分器，被配置以接收第一積分信號，並且至少基於與第一積分信號相關聯的信息產生第二積分信號；補償電容器，該補償電容器被耦合到第一積分器和第二積分器；開關，該開關被耦合到補償電容器並且被配置以接收與第二積分信號相關聯的控制信號；第一電阻器，該第一電阻器被耦合到開關；以及調變和驅動組件，被配置以接收第二積分信號並且產生輸出信號。另外，第一積分器包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運算放大器，第一積分電容器被耦合在第一輸入端子與第一輸出端子之間。第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運算放大器，第二積分電容器被耦合在第二輸入端子與第二輸出端子之間。開關還被耦合到第二運算放大器的第二輸入端子。此外，第一電阻器還被耦合到第二運算放大器的第二輸出端子。
    取決於實施例，可以獲得一個或多個益處。參考下面的詳細描述和附圖可以全面地理解本發明的這些益處以及另外各個目的、特徵和優點。
    本發明涉及積體電路。更具體地，本發明提供了針對放大系統的失真減少。僅僅作為示例，本發明已應用於D類放大器。但是應理解到，本發明具有更廣泛的應用範圍。
    第6圖是示出根據本發明一個實施例的放大系統的簡化示圖。該示圖僅僅是示例，其不應當不當地限制申請專利範圍的範疇。該技術領域具有通常知識者應理解到許多變體、替換和修改。
    放大系統600包括閘極驅動器604、兩個電晶體606和608、電感器610、兩個電容器612和614、以及輸出負載616。此外，放大系統600包括三個電容器634、636和638、兩個運算放大器640和642、三個電阻器644、646和648、信號產生器650以及比較器652。
    例如，電容器634、636和638、運算放大器640和642、以及電阻器644、646和648包括在二階積分器654中。在另一示例中，二階積分器654、比較器652和信號產生器650包括在調變組件602中。在又一示例中，電晶體606是P通道金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)或者N通道MOSFET。在另一示例中，電晶體608是N通道MOSFET。在又一示例中，輸出負載616是揚聲器。在又一示例中，電感器610和電容器612包括在低通濾波器630中。在又一示例中，調變組件602、閘極驅動器604以及電晶體606和608包括在D類放大器618中。在又一示例中，電容器636被耦合在運算放大器640的輸出端子與輸入端子之間，並且電容器638被耦合在運算放大器642的輸出端子與輸入端子之間。在又一示例中，電容器634分別被耦合到電容器636和638。
    根據一個實施例，調變組件602接收輸入音頻信號620，並且產生調變信號622。例如，閘極驅動器604接收調變信號622，並且作為響應產生閘極驅動信號624和626。在另一示例中，電晶體606和608分別接收閘極驅動信號624和626，並且產生輸出電壓信號628(例如，Vout)。在又一示例中，低通濾波器630結合阻斷電容器614來接收輸出電壓信號628(例如，Vout)，並且作為響應產生輸出音頻信號632以驅動輸出負載616。在又一示例中，輸出電壓信號628(例如，Vout)被反饋到調變組件602。在又一示例中，閘極驅動信號624等於閘極驅動信號626。在又一示例中，輸出音頻信號632的幅度大小與輸入音頻信號620成比例。在又一示例中，閘極驅動信號624和626是邏輯控制信號，因此，電晶體606和608像開關那樣操作。
    根據另一實施例，在調變組件602內，積分器654接收輸入音頻信號620和輸出電壓信號628(例如，Vout)，並且作為響應產生信號666(例如，Vo2)。例如，輸入音頻信號620在電阻器646處被接收，輸出信號628在電阻器644處被接收產生輸出反饋信號，並且作為響應，產生信號656。在另一示例中，運算放大器640在一個輸入端子處接收信號656並且在另一輸入端子處接收參考信號658，並且作為響應產生信號660。在又一示例中，電阻器648接收信號660，並且作為響應，產生信號662。在又一示例中，運算放大器642在一個輸入端子處接收信號662並且在另一輸入端子處接收參考信號664，並且作為響應產生將被提供給比較器652的信號666(例如，Vo2)。在又一示例中，參考信號658等於參考信號664。在又一示例中，參考信號658和664具有預定電壓位準。
    根據又一實施例，比較器652接收由積分器654產生的信號666(例如，Vo2)和由信號產生器650產生的信號668，並且作為響應產生將被提供給閘極驅動器604的調變信號622。例如，信號668由信號產生器650基於參考電壓信號670而產生。在另一示例中，信號668具有三角形波形。在又一示例中，調變信號622是脈衝寬度調變(PWM)信號。
    根據某些實施例，與第2圖所示的積分器200相比，積分器654包括用於零點補償以便增加相位餘裕的額外電容器(例如，電容器634)。例如，積分器654的小信號傳遞函數根據下式來確定：
    其中，H(s)是積分器654的小信號傳遞函數，s表示拉普拉斯變換的複變量，R1表示電阻器644的電阻，並且R2表示電阻器648的電阻。另外，C1表示電容器636的電容，C2表示電容器638的電容，並且C3表示電容器634的電容。在另一示例中，根據等式2，積分器654的小信號傳遞函數H(s)具有由電阻器648(例如，R2)和電容器634(例如，C3)引起的零點位置。因此，根據某些實施例，適當選擇的電容器634(例如，C3)的電容可以提供零點補償以增加相位餘裕，從而使放大器618穩定。
    根據又一實施例，放大器618的小信號傳遞函數根據下式來確定：
    其中，H(s)是放大器618的小信號傳遞函數，s表示拉普拉斯變換的複變量，R1表示電阻器644的電阻，並且R2表示電阻器648的電阻。另外，C1表示電容器636的電容，C2表示電容器638的電容，並且C3表示電容器634的電容。此外，K表示從信號666(例如，Vo2)到輸出電壓信號628(例如，Vout)的增益。
    例如，根據等式3，放大器618的傳遞函數H(s)具有一對共軛極點以及一零點位置。在另一示例中，如果信號668的幅度恒定，則K隨著參考電壓信號670變化。在又一示例中，信號668的幅度與參考電壓信號670的幅度大小有關(例如，成比例)。於是，根據某些實施例，為了提高放大器618的電源抑制比(PSRR)，K不隨著參考電壓信號670變化。
    根據某些實施例，需要放大器618的單位增益頻率較大，以獲得輸出電壓信號628(例如，Vout)的合適總諧波失真(THD)。但是，例如，放大器618的單位增益頻率需要滿足下面的等式：
    其中，fu表示放大器618的單位增益頻率，並且fsw表示放大器618的調變頻率。在另一示例中，為了獲得至少60°的相位餘裕，單位增益頻率滿足下式：
    其中，fu表示放大器618的單位增益頻率，並且fz表示放大器618的傳遞函數H(s)的零點位置所對應的頻率。在又一示例中，如果放大器618的特定調變頻率(例如，fsw)被選擇，則放大器618的單位增益頻率(例如，fu)和放大器618的傳遞函數H(s)的零點位置所對應的頻率(例如，fz)可以根據等式4和等式5來確定。
    然後，根據某些實施例，放大器618的傳遞函數H(s)的共軛極點所對應的頻率可以基於下式來確定：
    其中，fu表示放大器618的單位增益頻率，fz表示放大器618的傳遞函數H(s)的零點位置所對應的頻率，並且fp表示放大器618的傳遞函數H(s)的共軛極點所對應的頻率。例如，電容器634、636和638的電容以及電阻器644和648的電阻可以基於放大器618的傳遞函數H(s)的共軛極點所對應的頻率(例如，fp)來確定。
    第7圖是示出根據本發明一個實施例的積分器654的傳遞函數H(s)的波特圖的簡化示圖。該示圖僅僅是示例，其不應當不當地限制申請專利範圍的範疇。該技術領域具有通常知識者應理解到許多變體、替換和修改。波形702表示作為頻率的函數的積分器654的傳遞函數H(s)的幅度大小。波形704表示作為頻率的函數的積分器654的傳遞函數H(s)的相位角。
    如第7圖所示，積分器654的傳遞函數H(s)的幅度大小和相位角隨著頻率的增大而減小。例如，在頻率706處，積分器654的傳遞函數H(s)的幅度大小為0 dB，並且積分器654的傳遞函數H(s)的相位角為-120°。在另一示例中，對於積分器654，相位餘裕為60°。與第3圖相比，相位餘裕從0°(例如，沒有零點補償)增大到60°(例如，有零點補償)。因此，根據某些實施例，具有零點補償的放大器618比放大器118更穩定。
    根據一些實施例，如上面提到的，需要將更高階積分器的飽和考慮進來以減少失真。第8圖是示出根據本發明另一實施例之放大系統的簡化示圖。該示圖僅僅是示例，其不應當不當地限制申請專利範圍的範疇。該技術領域具有通常知識者應理解到許多變體、替代和修改。
    放大系統800包括閘極驅動器804、兩個電晶體806和808、電感器810、兩個電容器812和814、以及輸出負載816。此外，放大系統800包括三個電容器834、836和838、兩個運算放大器840和842、三個電阻器844、846和848、信號產生器850以及比較器852。另外，放大系統800包括電阻器872、開關874、兩個比較器876和878以及或(OR)門880。
    例如，電容器834、836和838、運算放大器840和842、電阻器844、846、848和872、開關874、比較器876和878以及或閘880包括在二階積分器854中。在另一示例中，二階積分器854、比較器852和信號產生器850包括在調變組件802中。在又一示例中，電晶體806是P通道金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)或者N通道MOSFET。在另一示例中，電晶體808是N通道MOSFET。在又一示例中，輸出負載816是揚聲器。在又一示例中，電感器810和電容器812包括在低通濾波器830中。在又一示例中，調變組件802、閘極驅動器804以及電晶體806和808包括在D類放大器818中。在又一示例中，電容器836被耦合在運算放大器840的輸出端子與輸入端子之間，並且電容器838被耦合在運算放大器842的輸出端子與輸入端子之間。在又一示例中，電容器834分別被耦合到電容器836和838。
    例如，閘極驅動器804、電晶體806和808、電感器810、電容器812和814以及輸出負載816與閘極驅動器604、電晶體606和608、電感器610、電容器612和614以及輸出負載616相同。在另一示例中，電容器834,836和838、運算放大器840和842、電阻器844、846和848、信號產生器850以及比較器852與電容器634、636和638、運算放大器640和642、電阻器644、646和648、信號產生器650以及比較器652相同。
    根據一個實施例，調變組件802接收輸入音頻信號820，並且產生調變信號822。例如，閘極驅動器804接收調變信號822，並且作為響應產生閘極驅動信號824和826。在另一示例中，電晶體806和808分別接收閘極驅動信號824和826，並且產生輸出電壓信號828(例如，Vout)。在又一示例中，低通濾波器830與阻斷電容器814一起來接收輸出電壓信號828(例如，Vout)，並且作為響應產生輸出音頻信號832以驅動輸出負載816。在又一示例中，輸出電壓信號828(例如，Vout)被反饋到調變組件802。在又一示例中，閘極驅動信號824等於閘極驅動信號826。在又一示例中，輸出音頻信號832的幅度大小與輸入音頻信號820成比例。在又一示例中，閘極驅動信號824和826是邏輯控制信號，因此，電晶體806和808像開關那樣操作。
    根據另一實施例，在調變組件802內，積分器854接收輸入音頻信號820和輸出電壓信號828(例如，Vout)，並且作為響應產生信號866(例如，Vo2)。例如，輸入音頻信號820在電阻器846處被接收，並且作為響應，產生信號856。在另一示例中，運算放大器840在一個輸入端子處接收信號856並且在另一輸入端子處接收參考信號858，並且作為響應產生信號860。在又一示例中，電阻器848接收信號860，並且產生信號862。在又一示例中，參考信號858等於參考信號864。在又一示例中，參考信號858和864具有預定電壓位準。
    根據又一實施例，如果開關874斷開，則電阻器872不與電容器838並聯耦合。於是，例如，運算放大器842與電容器838接收信號862，並且作為響應產生將被提供給比較器852、876和878的信號866(例如，Vo2)。根據又一實施例，如果開關874閉合，則電阻器872與電容器838並聯耦合。於是，例如，運算放大器842與電容器838和電阻器872一起接收信號862，並且作為響應產生將被提供給比較器852、876和878的信號866(例如，Vo2)。在又一示例中，開關874是斷開還是閉合取決於信號866是否在參考信號888(例如，VH)與參考信號890(例如，VL)之間的範圍內。
    根據又一實施例，比較器876在一個輸入端子處接收信號866(例如，Vo2)並且在另一輸入端子處接收參考信號888(例如，VH)，並且作為響應產生信號884。例如，比較器878在一個輸入端子處接收信號866(例如，Vo2)並且在另一輸入端子處接收參考信號890(例如，VL)，並且作為響應產生信號886。在另一示例中，或閘880接收分別由比較器876和878產生的信號884和886，並且作為響應產生信號882，信號882控制開關874的狀態。在又一示例中，參考信號888(例如，VH)不小於參考信號890(例如，VL)。
    根據又一實施例，如果信號866(例如，Vo2)不大於參考信號888(例如，VH)並且不小於參考信號890(例如，VL)，則信號884和信號886兩者為第一邏輯位準(例如，邏輯低位準)。例如，由或閘產生的信號882為第一邏輯位準(例如，邏輯低位準)。在另一示例中，開關874斷開，並且積分器854與積分器654類似地作為二階積分器操作。
    根據又一實施例，如果信號866小於參考信號890(例如，VL)或者大於參考信號888(例如，VH)，則信號884或者信號886為第二邏輯位準(例如，邏輯高位準)。例如，由或閘產生的信號882為第二邏輯位準(例如，邏輯高位準)。在另一示例中，開關874閉合，並且電阻器872被與電容器838並聯耦合。在又一示例中，積分器854的增益被減小。在又一示例中，信號866(例如，Vo2)改變直到信號866不大於參考信號888(例如，VH)並且不小於參考信號890(例如，VL)為止。在又一示例中，開關874斷開，並且根據某些實施例，積分器854再次地作為二階積分器操作。因此，積分器854的飽和得到控制以減少失真。
    第9圖是根據本發明又一實施例之由放大系統800產生的輸出音頻信號832的簡化時序圖。該示圖僅僅是示例，其不應當不當地限制申請專利範圍的範疇。該技術領域具有通常知識者應理解到許多變體、替代和修改。波形902表示作為時間的函數的輸出音頻信號832。
    根據一個實施例，輸入信號820與輸入音頻信號120相同，並且具有與圖4所示的波形402相同的波形。例如，輸入音頻信號820具有與波形402相同的正弦波形，並且具有恒定週期T0。在另一示例中，輸入音頻信號820的幅度隨著時間週期性地變化。
    根據另一實施例，如波形902所示，輸出音頻信號832具有週期T2。例如，週期T2與輸入音頻信號820的週期T0大致相同。在另一示例中，輸出音頻信號832通常跟隨輸入音頻信號820的改變，如波形902所示。在又一示例中，基於對波形502和902的比較，輸出音頻信號832不包含如輸出信號132所包含的失真。
    根據另一實施例，一種用於對音頻放大系統中對輸入信號和輸出反饋信號進行積分、調變以產生輸出信號的系統包括：第一積分器，被配置以接收輸入信號，並且至少基於與輸入信號相關聯的信息產生積分信號；第二積分器，被配置以接收積分信號，並且至少基於與積分信號相關聯的信息產生輸出信號；以及補償電容器，該補償電容器被耦合到第一積分器和第二積分器。第一積分器包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運算放大器，第一積分電容器被耦合在第一輸入端子與第一輸出端子之間。第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運算放大器，第二積分電容器被耦合在第二輸入端子與第二輸出端子之間。另外，補償電容器包括第一電容器端子和第二電容器端子，第一電容器端子被連接到第一運算放大器的第一輸出端子，第二電容器端子被連接到第二運算放大器的第二輸入端子。例如，該系統根據第6圖、第7圖、第8圖和第9圖來實現。
    根據又一實施例，一種用於音頻放大系統中對輸入信號和輸出反饋信號進行積分、調變以產生輸出信號的系統包括：第一積分器，被配置以接收輸入信號，並且至少基於與輸入信號相關聯的信息產生第一積分信號；第二積分器，被配置以接收第一積分信號，並且至少基於與第一積分信號相關聯的信息產生第二積分信號；補償電容器，該補償電容器被耦合到第一積分器和第二積分器；以及調變和驅動組件，被配置以接收第二積分信號並且產生輸出信號。第一積分器包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運算放大器，第一積分電容器被耦合在第一輸入端子與第一輸出端子之間。此外，第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運算放大器，第二積分電容器被耦合在第二輸入端子與第二輸出端子之間。例如，該系統根據第6圖、第7圖、第8圖和第9圖來實現。
    根據又一實施例，一種用於音頻放大系統中對輸入信號和輸出反饋信號進行積分、調變積分以產生輸出信號的系統包括：第一積分器，被配置以接收輸入信號，並且至少基於與輸入信號相關聯的信息產生積分信號；第二積分器，被配置以接收積分信號，並且至少基於與積分信號相關聯的信息產生輸出信號；補償電容器，該補償電容器被耦合到第一積分器和第二積分器；開關，該開關被耦合到補償電容器並且被配置以接收與輸出信號相關聯的控制信號；以及第一電阻器，該第一電阻器被耦合到開關。第一積分器包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運算放大器，第一積分電容器被耦合在第一輸入端子與第一輸出端子之間。第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運算放大器，第二積分電容器被耦合在第二輸入端子與第二輸出端子之間。另外，補償電容器包括第一電容器端子和第二電容器端子，第一電容器端子被連接到第一運算放大器的第一輸出端子，第二電容器端子被連接到第二運算放大器的第二輸入端子。開關還被耦合到第二運算放大器的第二輸入端子。此外，第一電阻器還被耦合到第二運算放大器的第二輸出端子。例如，該系統至少根據第8圖和第9圖來實現。
    根據又一實施例，一種用於音頻放大系統中對輸入信號和輸出反饋信號進行積分、調變以產生輸出信號的系統包括：第一積分器，被配置以接收輸入信號，並且至少基於與輸入信號相關聯的信息產生第一積分信號；第二積分器，被配置以接收第一積分信號，並且至少基於與第一積分信號相關聯的信息產生第二積分信號；補償電容器，該補償電容器被耦合到第一積分器和第二積分器；開關，該開關被耦合到補償電容器並且被配置以接收與第二積分信號相關聯的控制信號；第一電阻器，該第一電阻器被耦合到開關；以及調變和驅動組件，被配置以接收第二積分信號並且產生輸出信號。另外，第一積分器包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運算放大器，第一積分電容器被耦合在第一輸入端子與第一輸出端子之間。第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運算放大器，第二積分電容器被耦合在第二輸入端子與第二輸出端子之間。開關還被耦合到第二運算放大器的第二輸入端子。此外，第一電阻器還被耦合到第二運算放大器的第二輸出端子。例如，該系統至少根據第8圖和第9圖來實現。
    例如，本發明各個實施例中的一些或所有組件單獨地和/或與至少另一組件相組合地是利用一個或多個軟件組件、一個或多個硬件組件和/或軟件與硬件組件的一種或多種組合來實現的。在另一示例中，本發明各個實施例中的一些或所有組件單獨地和/或與至少另一組件相組合地在一個或多個電路中實現，例如在一個或多個模擬電路和/或一個或多個數字電路中實現。在又一示例中，本發明的各個實施例和/或示例可以相組合。
    雖然已描述了本發明的具體實施例，然而該技術領域具有通常知識者將明白，還存在與所述實施例等同的其它實施例。因此，將明白，本發明不受所示具體實施例的限制，而是僅由申請專利範圍的範疇來限定。
    100．．．放大系統
    102．．．調變組件
    104．．．閘極驅動器
    106、108．．．電晶體
    110．．．電感器
    112、114．．．電容器
    116．．．輸出負載
    118．．．放大器
    120．．．音頻信號
    122．．．調變信號
    124、126．．．閘極驅動信號
    128．．．輸出電壓信號
    130．．．低通濾波器
    132．．．輸出音頻信號
    200．．．二階積分器
    202、204．．．運算放大器
    206、208、210、212．．．電容器
    214、216．．．一階積分器
    218、224、226、228．．．信號
    220、222．．．參考信號
    302、304、402、502．．．波形
    306．．．頻率
    504．．．失真
    600．．．放大系統
    602．．．調變組件
    604．．．閘極驅動器
    606、608．．．電晶體
    610．．．電感器
    612、614．．．電容器
    616．．．輸出負載
    618．．．放大器
    620．．．輸入音頻信號
    622．．．調變信號
    624、626．．．閘極驅動信號
    628．．．輸出電壓信號
    630．．．低通濾波器
    632．．．輸出音頻信號
    634、636、638．．．電容器
    640、642．．．運算放大器
    644、646、648．．．電阻器
    650．．．信號產生器
    652．．．比較器
    654．．．二階積分器
    656、660、662、666、668．．．信號
    658、664．．．參考信號
    670．．．參考電壓信號
    702、704．．．波形
    706．．．頻率
    800．．．放大系統
    802．．．變組件
    804．．．閘極驅動器
    806、808．．．電晶體
    810．．．電感器
    812、814．．．電容器
    816．．．輸出負載
    818．．．放大器
    820．．．輸入音頻信號
    822．．．調變信號
    824、826．．．閘極驅動信號
    828．．．輸出電壓信號
    830．．．低通濾波器
    832．．．音頻信號
    834、836、838．．．電容器
    840、842．．．運算放大器
    844、846、848．．．電阻器
    850．．．信號產生器
    852．．．比較器
    854．．．二階積分器
    856、860、862、866、882、884、886．．．信號
    858、864、888、890．．．參考信號
    872．．．電阻器
    874．．．開關
    876、878．．．比較器
    880．．．或(OR)門
    902．．．波形
    第1圖是示出使用D類放大器的放大系統的簡化傳統示圖；
    第2圖是示出作為調變組件一部分的二階積分器的某些組件的簡化傳統示圖；
    第3圖是示出作為調變組件一部分的積分器的傳遞函數H(s)的波特圖的簡化傳統示圖；
    第4圖是輸入音頻信號的簡化傳統時序圖；
    第5圖是對於包括二階積分器的放大系統、響應於如第4圖所示之輸入音頻信號的輸出音頻信號的簡化傳統時序圖；
    第6圖是示出根據本發明一個實施例之放大系統的簡化示圖；
    第7圖是示出根據本發明一個實施例之積分器的傳遞函數H(s)的波特圖的簡化示圖；
    第8圖是示出根據本發明另一實施例之放大系統的簡化示圖；以及
    第9圖是根據本發明又一實施例之由放大系統產生的輸出音頻信號的簡化時序圖。
    600．．．放大系統
    602．．．調變組件
    604．．．閘極驅動器
    606、608．．．電晶體
    610．．．電感器
    612、614．．．電容器
    616．．．輸出負載
    618．．．放大器
    620．．．輸入音頻信號
    622．．．調變信號
    624、626．．．閘極驅動信號
    628．．．輸出電壓信號
    630．．．低通濾波器
    632．．．輸出音頻信號
    634、636、638．．．電容器
    640、642．．．運算放大器
    644、646、648．．．電阻器
    650．．．信號產生器
    652．．．比較器
    654．．．二階積分器
    656、660、662、666、668．．．信號
    658、664．．．參考信號
    670．．．參考電壓信號
    权利要求:
    Claims (27)
    [1] 一種用於音頻放大系統中對輸入信號和輸出反饋信號進行積分、調變以產生輸出信號的系統，該系統包括：第一積分器，被配置以接收所述輸入信號，並且至少基於與所述輸入信號相關聯的信息產生積分信號；第二積分器，被配置以接收所述積分信號，並且至少基於與所述積分信號相關聯的信息產生所述輸出信號；以及補償電容器，該補償電容器被耦合到所述第一積分器和所述第二積分器；其中：所述第一積分器包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運算放大器，所述第一積分電容器被耦合在所述第一輸入端子與所述第一輸出端子之間；所述第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運算放大器，所述第二積分電容器被耦合在所述第二輸入端子與所述第二輸出端子之間；並且所述補償電容器包括第一電容器端子和第二電容器端子，所述第一電容器端子被連接到所述第一運算放大器的所述第一輸出端子，所述第二電容器端子被連接到所述第二運算放大器的所述第二輸入端子。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中，所述第一積分器包括被耦合到所述第一運算放大器的所述第一輸入端子的輸入電阻器。
    [3] 如申請專利範圍第2項所述的系統，其中，所述輸入電阻器包括第一電阻器端子和第二電阻器端子，所述第一電阻器端子被配置以接收所述輸入信號，所述第二電阻器端子被耦合到所述第一運算放大器的所述第一輸入端子。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中，所述第二積分器包括被耦合到所述第二運算放大器的所述第二輸入端子的輸入電阻器。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中，所述第一運算放大器包括第三輸入端子，並且所述第二運算放大器包括第四輸入端子。
    [6] 如申請專利範圍第5項所述的系統，其中，所述第三輸入端子和所述第四輸入端子被配置以接收參考信號。
    [7] 一種用於放大輸入信號以產生輸出信號的系統，該系統包括：第一積分器，被配置以接收所述輸入信號，並且至少基於與所述輸入信號相關聯的信息產生第一積分信號；第二積分器，被配置以接收所述第一積分信號，並且至少基於與所述第一積分信號相關聯的信息產生第二積分信號；補償電容器，該補償電容器被耦合到所述第一積分器和所述第二積分器；以及調變和驅動組件，被配置以接收所述第二積分信號並且產生所述輸出信號；其中：所述第一積分器包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運算放大器，所述第一積分電容器被耦合在所述第一輸入端子與所述第一輸出端子之間；並且所述第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運算放大器，所述第二積分電容器被耦合在所述第二輸入端子與所述第二輸出端子之間。
    [8] 如申請專利範圍第7項所述的系統，其中，所述第一積分器包括被耦合到所述第一運算放大器的所述第一輸入端子的輸入電阻器。
    [9] 如申請專利範圍第8項所述的系統，其中，所述輸入電阻器包括第一電阻器端子和第二電阻器端子，所述第一電阻器端子被配置以接收所述輸入信號，所述第二電阻器端子被耦合到所述第一運算放大器的所述第一輸入端子。
    [10] 如申請專利範圍第7項所述的系統，其中，所述第二積分器包括被耦合到所述第二運算放大器的所述第二輸入端子的輸入電阻器。
    [11] 如申請專利範圍第7項所述的系統，其中，所述第一運算放大器包括第四輸入端子，並且所述第二運算放大器包括第五輸入端子。
    [12] 如申請專利範圍第11項所述的系統，其中，所述第四輸入端子和所述第五輸入端子被配置以接收參考信號。
    [13] 如申請專利範圍第7項所述的系統，其中，所述補償電容器包括第一電容器端子和第二電容器端子，所述第一電容器端子被連接到所述第一運算放大器的所述第一輸出端子，所述第二電容器端子被連接到所述第二運算放大器的所述第二輸入端子。
    [14] 如申請專利範圍第7項所述的系統，其中，所述第一運算放大器的所述第一輸入端子被配置以至少接收與所述輸出信號相關聯的反饋信號。
    [15] 如申請專利範圍第7項所述的系統，還包括反饋電阻器，其中：所述調變和驅動組件包括第三輸入端子和第三輸出端子，所述第三輸入端子被配置以接收所述第二積分信號，所述第三輸出端子被配置以產生所述輸出信號；並且所述反饋電阻器被耦合在所述調變和驅動組件的所述第三輸出端子與所述第一運算放大器的所述第一輸入端子之間。
    [16] 如申請專利範圍第7項所述的系統，其中：所述調變和驅動組件包括：比較器，該比較器被耦合到所述第二積分器；閘極驅動器，該閘極驅動器被耦合到所述比較器；第一電晶體，該第一電晶體被耦合到所述閘極驅動器；以及第二電晶體，該第二電晶體被耦合到所述閘極驅動器；其中：所述第一電晶體包括第一電晶體端子、第二電晶體端子和第三電晶體端子；所述第二電晶體包括第四電晶體端子、第五電晶體端子和第六電晶體端子；並且所述第三電晶體端子和所述第四電晶體端子被耦合在一起並被配置以輸出所述輸出信號。
    [17] 一種用於音頻放大系統中對輸入信號和輸出反饋信號進行積分、調變以產生輸出信號的系統，該系統包括：第一積分器，被配置以接收所述輸入信號，並且至少基於與所述輸入信號相關聯的信息產生積分信號；第二積分器，被配置以接收所述積分信號，並且至少基於與所述積分信號相關聯的信息產生所述輸出信號；補償電容器，該補償電容器被耦合到所述第一積分器和所述第二積分器；開關，該開關被耦合到所述補償電容器並且被配置以接收與所述輸出信號相關聯的控制信號；以及第一電阻器，該第一電阻器被耦合到所述開關；其中：所述第一積分器包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運算放大器，所述第一積分電容器被耦合在所述第一輸入端子與所述第一輸出端子之間；所述第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運算放大器，所述第二積分電容器被耦合在所述第二輸入端子與所述第二輸出端子之間；所述補償電容器包括第一電容器端子和第二電容器端子，所述第一電容器端子被連接到所述第一運算放大器的所述第一輸出端子，所述第二電容器端子被連接到所述第二運算放大器的所述第二輸入端子；其中：所述開關還被耦合到所述第二運算放大器的所述第二輸入端子；並且所述第一電阻器還被耦合到所述第二運算放大器的所述第二輸出端子。
    [18] 如申請專利範圍第17項所述的系統，其中，所述開關還被配置以當所述輸出信號滿足一個或多個第一預定條件時斷開，並且當所述輸出信號滿足一個或多個第二預定條件時閉合。
    [19] 如申請專利範圍第18項所述的系統，其中，所述開關還被配置以當所述輸出信號的幅度大小在預定範圍內時斷開，並且在所述輸出信號在所述預定範圍之外時閉合。
    [20] 如申請專利範圍第19項所述的系統，還包括：第一比較器，被配置以接收所述輸出信號和第一參考信號，並且產生第一比較信號；以及第二比較器，被配置以接收所述輸出信號和第二參考信號，並且產生第二比較信號；其中，所述預定範圍與所述第一參考信號和所述第二參考信號相關聯。
    [21] 如申請專利範圍第20項所述的系統，還包括：或閘，被配置以接收所述第一比較信號和所述第二比較信號，並且至少基於與所述第一比較信號和所述第二比較信號相關聯的信息產生用於閉合和斷開所述開關的所述控制信號；其中：如果所述控制信號為第一邏輯位準，則所述開關被配置以閉合；並且如果所述控制信號為第二邏輯位準，則所述開關被配置以斷開。
    [22] 一種用於音頻放大系統中對輸入信號和輸出反饋信號進行積分、調變以產生輸出信號的系統，該系統包括：第一積分器，被配置以接收所述輸入信號，並且至少基於與所述輸入信號相關聯的信息產生第一積分信號；第二積分器，被配置以接收所述第一積分信號，並且至少基於與所述第一積分信號相關聯的信息產生第二積分信號；補償電容器，該補償電容器被耦合到所述第一積分器和所述第二積分器；開關，該開關被耦合到所述補償電容器並且被配置以接收與所述第二積分信號相關聯的控制信號；第一電阻器，該第一電阻器被耦合到所述開關；以及調變和驅動組件，被配置以接收所述第二積分信號並且產生所述輸出信號；其中：所述第一積分器包括第一積分電容器和具有第一輸入端子和第一輸出端子的第一運算放大器，所述第一積分電容器被耦合在所述第一輸入端子與所述第一輸出端子之間；並且所述第二積分器包括第二積分電容器和具有第二輸入端子和第二輸出端子的第二運算放大器，所述第二積分電容器被耦合在所述第二輸入端子與所述第二輸出端子之間；其中：所述開關還被耦合到所述第二運算放大器的所述第二輸入端子；並且所述第一電阻器還被耦合到所述第二運算放大器的所述第二輸出端子。
    [23] 如申請專利範圍第22項所述的系統，其中，所述開關還被配置以當所述第二積分信號滿足一個或多個第一預定條件時斷開，並且當所述第二積分信號滿足一個或多個第二預定條件時閉合。
    [24] 如申請專利範圍第23項所述的系統，其中，所述開關還被配置以當所述第二積分信號的幅度大小在預定範圍內時斷開，並且在所述第二積分信號在所述預定範圍之外時閉合。
    [25] 如申請專利範圍第24項所述的系統，還包括：第一比較器，被配置以接收所述第二積分信號和第一參考信號，並且產生第一比較信號；以及第二比較器，被配置以接收所述第二積分信號和第二參考信號，並且產生第二比較信號；其中，所述預定範圍與所述第一參考信號和所述第二參考信號相關聯。
    [26] 如申請專利範圍第25項所述的系統，還包括：或閘，被配置以接收所述第一比較信號和所述第二比較信號，並且至少基於與所述第一比較信號和所述第二比較信號相關聯的信息產生用於閉合和斷開所述開關的所述控制信號；其中：如果所述控制信號為第一邏輯位準，則所述開關被配置以閉合；並且如果所述控制信號為第二邏輯位準，則所述開關被配置以斷開。
    [27] 如申請專利範圍第22項所述的系統，其中：所述調變和驅動組件包括：比較器，該比較器被耦合到所述第二積分器；閘極驅動器，該閘極驅動器被耦合到所述比較器；第一電晶體，該第一電晶體被耦合到所述閘極驅動器；以及第二電晶體，該第二電晶體被耦合到所述閘極驅動器；其中：所述第一電晶體包括第一電晶體端子、第二電晶體端子和第三電晶體端子；所述第二電晶體包括第四電晶體端子、第五電晶體端子和第六電晶體端子；並且所述第三電晶體端子和所述第四電晶體端子被耦合在一起並被配置以輸出所述輸出信號。
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