具有空闲模式的音频放大器的制作方法

具有空闲模式的音频放大器


背景技术：

1.音频放大器放大低功率电子音频信号，并产生经放大的、功率电平足以驱动扬声器发声的输出信号。已经开发出几种类型或类的音频放大器，这些音频放大器通过一个或两个字母的类指示符进行归类(例如，a类、b类、a/b类、d类等)。d类放大器常常用于低功耗很重要的应用中。d类放大器采用如晶体管、通常是mosfet等放大器件作为电子开关来进行操作，而不是像在其他类放大器中那样作为线性增益器件。mosfet在两个电源轨电压之间来回迅速切换，并由采用几种常见调制技术(例如，脉冲宽度调制(pwm)、脉冲密度调制(pdm)、δ
‑
σ调制(dsm)等)之一的调制器进行馈电，以将音频输入信号编码为脉冲序列。经调制的音频信号然后可以通过低通lc滤波器以阻止高频脉冲，然后再被用于驱动如扬声器等负载。因为成对的输出晶体管永远不会同时导通，所以除了低通滤波器/扬声器之外，没有其他路径供电流流过，从而使d类放大器非常高效。
附图说明
2.参照所附附图描述了具体实施方式。说明书和附图中在不同情况下使用相同的附图标记可以指示相似或相同的项目。以下具体实施方式和所附附图中披露了本披露内容的各个实施例或示例(“示例”)。附图未必按比例绘制。一般来讲，除非权利要求中另有提供，否则所披露的过程的操作可以以任意顺序来执行。
3.图1是展示了根据本披露内容的示例实施例的配置有空闲模式的放大器的框图。
4.图2是进一步展示了根据本披露内容的采用空闲模式的示例音频放大器的电路图。
5.图3a、图3b和图3c是展示了根据本披露内容的音频放大器(如图1和图2中所示的示例放大器)的空闲模式的实施的信号图。
6.图4是展示了根据本披露内容的由放大器驱动的负载(如扬声器)所消耗的功率与放大器的输出信号的占空比之间的关系的曲线图。
7.图5是展示了根据本披露内容的具有空闲模式的第二示例音频放大器的电路图。
8.图6是展示了根据本披露内容的实施例的音频放大器(如图5中示出的放大器)的具有可编程启动时间的空闲模式的实施的信号图。
9.图7是展示了根据本披露内容的实施例的示例音频放大器的具有可编程启动时间和延长的空闲时间段的空闲模式的实施的信号图。
10.图8是展示了根据本披露内容的示例实施例的用于在音频放大器(如图1、图2和图5中示出的示例放大器)中实施空闲模式的方法的流程图。
具体实施方式
11.概述
12.智能扬声器所采用的d类音频放大器必须驱动越来越高的输出电压。然而，在使用这种放大器的音频电路中，较大的电压差分(dv/dt)是电磁干扰(emi)辐射的主要促成因
素。期望的是，减少传导的emi辐射，这些辐射通常是在15mhz以下的输出处测得的。为了实现这种减少，音频电路常常采用低通lc滤波器，这些滤波器会衰减频率高于截止频率的信号，以从提供至扬声器的输出信号中滤除emi辐射。
13.尽管在现代d类放大器中可以使用多种调制器拓扑结构，但是一种常见的拓扑结构(bd调制)利用脉冲宽度调制(pwm)与三角波(或锯齿)波形发生器或振荡器来对音频输入信号进行编码。bd调制对输出信号之差的占空比进行调制，以使得其平均内容对应于输入模拟信号。bd调制提供优越的音频性能(例如，减少的爆音与嘀哒声)。然而，当使用低通lc滤波器时，无(或具有低电平的)音频信号的bd调制比其他常见调制技术(如ad调制)的功耗要高得多。bd调制在其输出中具有显著的共模内容。因此，共模占空比、电感器电流纹波和功耗彼此之间存在相关性。当共模占空比为或接近百分之五十(50％)时功耗最高，因为纹波电流在这些占空比下最大。
14.因此，披露了一种音频放大器，该音频放大器在无音频信号或音频信号很低时采用空闲模式以减少功耗并提高放大器的效率。该放大器包括被配置用于接收模拟输入信号的调制器。该调制器可操作用于将该模拟输入信号转换为差分的第一量化信号和第二量化信号，每一个量化信号均具有共模占空比。当该模拟输入信号的电平低于阈值电平时，该调制器使该第一量化信号和该第二量化信号中的每一个的共模占空比发生移位，以使得该共模占空比为大于或小于百分之五十(50％)中的一者。该放大器进一步包括功率级，该功率级接收该第一量化信号和该第二量化信号并生成对应的被配置用于驱动负载的第一输出信号和第二输出信号，其中，该第一输出信号和该第二输出信号基于相应的该第一量化信号和该第二量化信号在电源电压与第二电压之间切换。在实施例中，当该第一量化信号和该第二量化信号中的每一个的共模占空比被移位时，该功率级继续在该电源电压与该第二电压之间切换该第一输出信号和该第二输出信号。
15.还披露了一种适合在具有空闲模式的音频放大器中使用的调制器。该调制器包括放大器组件，该放大器组件被配置用于接收具有第一电压的模拟音频输入信号并用于提供差分的第一调制信号和第二调制信号，其中，该第一调制信号具有第二电压，并且该第二调制信号具有第三电压。波形发生器生成具有以共模电压为中心的第四电压的波形信号。比较器组件被配置用于接收该波形信号以及该第一调制信号和该第二调制信号并用于提供相应的差分的第一量化信号和第二量化信号，其中，该第一量化信号和该第二量化信号中的每一个均具有共模占空比。在空闲模式期间，当该第一电压低于阈值电压时，该第四电压或者该第二电压和该第三电压中的至少一者增大或减小以使该第一量化信号和该第二量化信号的共模占空比移位，从而使得这些共模占空比为大于或小于百分之五十(50％)中的一者。在实施例中，当该第一量化信号和该第二量化信号中的每一个的共模占空比被移位时，该功率级继续在该电源电压与该第二电压之间切换该第一输出信号和该第二输出信号。
16.在实施例中，本文披露的放大器可以包括采用bd调制的d类音频放大器。在这样的实施例中，该音频放大器包括bd调制器，该bd调制器被配置用于接收具有第一电压的模拟音频信号和具有偏移电压的空闲模式偏移。该bd调制器包括放大器组件，该放大器组件可操作用于提供从该第一电压导出的差分的第一调制信号和第二调制信号，其中，该第一调制信号具有第二电压，并且该第二调制信号具有第三电压。三角波发生器生成具有以共模
电压为中心的第四电压的三角波信号。比较器组件从该三角波发生器接收该三角波信号并从该放大器组件接收该第一调制信号和该第二调制信号并且提供相应的差分的第一量化信号和第二量化信号，其中，该第一量化信号和该第二量化信号中的每一个均具有共模占空比。在空闲模式期间，当该第一电压低于阈值电压时，该bd调制器被配置用于使该第二电压和该第三电压或者该第四电压中的至少一者增大或减小以使该第一量化信号和该第二量化信号的共模占空比移位，从而使得这些共模占空比为大于或小于百分之五十(50％)中的一者。功率级接收该第一量化信号和该第二量化信号并生成相应的第一输出信号和第二输出信号，其中，该第一输出信号和该第二输出信号基于该第一量化信号和该第二量化信号在电源电压与第五电压之间切换。在实施例中，当该第一量化信号和该第二量化信号中的每一个的共模占空比被移位时，该功率级继续在该电源电压与该第二电压之间切换该第一输出信号和该第二输出信号。低通lc滤波器从该功率级接收该第一输出信号和该第二输出信号并滤除电磁干扰。该第一输出信号和该第二输出信号被配置用于驱动扬声器。
17.在实施例中，这些数字输出信号根据该模拟音频信号的幅度而被移位。例如，当该模拟输入信号的电平(电压)低于该阈值电平(电压)时，该第一量化信号和该第二量化信号及相应的输出信号中的每一个的共模占空比发生移位，直到该模拟输入信号的电平高于第二阈值电平(电压)为止，其中，该第二阈值电平(电压)高于该第一阈值电平(电压)。
18.示例实施方式
19.图1展示了根据本披露内容的示例实施例的配置有空闲模式的放大器100。如图所示，放大器100包括被配置用于接收模拟输入信号(in)的调制器102。调制器102可操作用于转换或调制模拟输入信号(in)，以提供差分的第一(p)量化信号(br_outp)和第二(n)量化信号(br_outn)。在实施例中，调制器102采用脉冲宽度调制(pwm)以将音频输入信号(in)编码为脉冲序列，从而生成量化信号(br_outp，br_outn)。然而，可以设想，调制器102可以采用其他调制技术，如脉冲密度调制(pdm)、δ
‑
σ调制(dsm)等。
20.放大器100进一步包括输出级104，该输出级从调制器102接收第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)并生成对应的被配置用于驱动电阻负载106(如扬声器等)的第一(p)输出信号(outp)和第二(n)输出信号(outn)。如图所示，输出级104可以包括驱动级108和功率级110。在实施例中，功率级110包括以半桥或全桥布置的两个或多个开关器件，如功率晶体管(例如，场效应晶体管(fet)、以及特别地为金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet))。这些半桥使第一输出信号(outp)和第二输出信号(outn)基于相应的第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)在电源电压与第二电压之间切换。驱动级108从调制器102接收第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)，在必要时对它们进行电平移位，并且驱动功率级110中的功率晶体管。
21.放大器100可以进一步包括在输出级104与负载(扬声器)106之间的低通滤波器108。滤波器108从输出级104接收输出信号(outp，outn)并从这些信号(outp，outn)中滤除电磁干扰。然后，滤波后的输出信号(outp_flt，outn_flt)被用于驱动负载(扬声器)106。在实施例中，滤波器108包括防止高频开关能量在电阻负载(扬声器)106中消散的低通lc滤波器。
22.量化信号(br_outp，br_outn)各自包括具有共模占空比的共模成分。随着输入信号(in)的电平(即，电压(v))减小，第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)的占
空比接近共模占空比。因此，当不存在输入信号(in)时，输入信号(in)的输入信号的电平(电压(v))为零(0)，使第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)的占空比等于共模占空比，为百分之五十(50％)，从而造成功率使用增加并且降低了放大器100的效率。
23.根据本披露内容，当没有输入信号(in)或输入信号非常低时，为放大器100设置空闲操作模式，以减少功耗并提高放大器100的效率。在空闲模式期间，当模拟输入信号(in)的电平降至阈值电平以下时，调制器102被配置用于使第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)中的每一个的共模占空比发生移位，以使得共模占空比大于或小于百分之五十(50％)。例如，如图1所示，当模拟输入信号(in)的电平降至阈值电平以下时，调制器102被配置用于接收空闲模式偏移信号(idle mode offset)，该空闲模式偏移信号使调制器102对第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)的占空比进行移位。在实施例中，阈值电平包括阈值电压，并且调制器102将模拟输入信号(in)的电压电平与阈值电压进行比较。当模拟输入信号(in)的电压电平降至阈值电压以下时，调制器实施空闲模式以使第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)的共模占空比移位。在实施例中，当第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)中的每一个的共模占空比被移位偏离百分之五十(50％)时，功率级110的开关器件(例如，以半桥布置的mosfet)继续在电源电压与第二电压之间切换第一输出信号(outp)和第二输出信号(outn)。在实施例中，阈值电压基本上为零伏(0v)。阈值电压也可以是可编程的，以便可以例如使用调制器102的输入来设置该阈值电压。在实施例中，可以禁用放大器100的空闲模式。例如，调制器102可以被配置成使得可以通过空闲模式偏移信号(idle mode offset)来选择性地禁用对第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)的共模占空比的移位。
24.在实施例中，放大器100可以是音频放大器，并且特别地可以是d类音频放大器。在这种实施例中，负载106可以包括扬声器，并且模拟输入信号可以包括模拟音频信号。音频放大器可以采用bd调制，以使得调制器102包括bd调制器。然而，可以设想，可以利用其他调制方案(例如，ad调制)。
25.图2展示了根据本披露内容的示例实施例的配置有空闲模式的放大器200。如图1所示的放大器100，放大器200被配置用于接收具有共模成分的模拟输入信号，并基于该输入信号来驱动负载202(如扬声器等)。
26.放大器200包括具有放大器组件206的调制器204，该放大器组件可以包括一个或多个放大器或其他部件。当不存在模拟输入信号时，放大器组件206接收电压等于共模电压的一半(vrefc/2)的共模信号(vcm_mod)。放大器组件206生成差分的第一(p)调制信号(modp)和第二(n)调制信号(modn)，其中，第一调制信号(modp)具有第二电压，并且第二调制信号(modn)具有第三电压。
27.调制器204进一步包括波形发生器208，该波形发生器用于生成具有以共模电压(vrefc)为中心的第四电压的波形信号。在所展示的实施例中，波形发生器208包括被配置用于接收波形输入信号(vcm_tri)的三角波发生器，该波形输入信号使波形发生器208生成具有以共模电压(vrefc/2)为中心的第四电压的三角波信号(v_tri)。在其他实施例中，可以使用产生其他波形(如锯齿波)的波形发生器206。然而，可以设想，当未启用空闲模式时，这样的其他波形将具有也以共模电压(vrefc)为中心的电压。
28.比较器组件210耦合至放大器组件206和波形发生器208，并接收第一调制信号
(modp)和第二调制信号(modn)以及波形(三角波)信号(v_tri)。如图2所示，比较器组件210包括第一(p)比较器212，该第一(p)比较器具有接收第一调制信号(modp)的正模拟输入端子以及接收波形(三角波)信号(v_tri)的负模拟输入端子。第一比较器212输出第一(p)量化信号(br_outp)。如图进一步所示，比较器组件210还包括第二(n)比较器214，该第二(n)比较器具有接收第二调制信号(modn)的负模拟输入端子以及接收波形(三角波)信号(v_tri)的正模拟输入端子。第二比较器214输出第二(n)量化信号(br_outn)。
29.在实施例中，比较器组件采用脉冲宽度调制(pwm)以将第一调制信号(modp)和第二调制信号(modn)编码为脉冲序列，从而生成第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)。然而，可以设想，也可以利用其他调制技术，如脉冲密度调制(pdm)、δ
‑
σ调制(dsm)等。
30.图2中所展示的放大器200的输出级采用全桥功率级216，该全桥功率级包括在桥式负载(btl)配置中差分地驱动负载(扬声器)202的两个半桥218、220。每个半桥218、220包括两个输出开关器件，如晶体管(分别示出了金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)222、224以及226、228)。第一半桥218包括：第一p沟道mosfet 222，其栅极耦合至由比较器212产生的第一(p)量化信号，其源极耦合至电源电压轨(vsupply)230，并且其漏极与负载(扬声器)202耦合；以及第二n沟道mosfet 224，其栅极耦合至由比较器212产生的第一(p)量化信号，其源极耦合至第二电压(如接地轨(vgnd)232)，并且其漏极与负载(扬声器)202耦合。第二半桥220包括：第一p沟道mosfet 226，其栅极耦合至由比较器214产生的第二(n)量化信号，其源极耦合至电源电压轨(vsupply)230，并且其漏极与负载(扬声器)202耦合；以及第二n沟道mosfet 224，其栅极耦合至由比较器214产生的第二(n)量化信号，其源极耦合至第二电压(如接地轨(vgnd)232)，并且其漏极与负载(扬声器)202耦合。如图所示，p沟道mosfet 222、226和n沟道mosfet 224、228分别通过将它们的输出(outp，outn)交替地连接至电源电压(vsupply)和第二电压(例如，接地(vgnd))来作为电流导引开关进行操作，以使得所得到的输出(outp，outn)为高频方波。
31.低通lc滤波器234、236分别设置在每个半桥216、218与负载(扬声器)202之间，以恢复经放大的音频信号。低通lc滤波器234、236从输出信号(outp，outn)中滤除电磁干扰，从而防止高频开关能量在电阻负载(扬声器)202中消散。
32.因为输出信号(outp，outn)包括由输入音频信号进行脉冲宽度调制的方波，所以所得到的输出信号(outp，outn)的占空比与输入信号的电平成比例。当不存在输入信号时，输出信号(outp，outn)波形的占空比等于百分之五十(50％)。
33.根据本披露内容，当没有输入信号或输入信号非常低时，图2所展示的音频放大器200包括空闲操作模式，以减少功耗并提高放大器200的效率。在空闲模式期间，当模拟输入信号的电压降至阈值电平以下时，输入信号(vcm_mod)204的共模成分被输入至放大器组件206，该共模成分的电压等于共模电压的一半(vrefc/2)。调制器202被配置用于使第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)中的每一个的共模占空比发生移位，以使得共模占空比大于或小于百分之五十(50％)。在实施例中，当第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)中的每一个的共模占空比被移位偏离百分之五十(50％)时，p沟道mosfet 222、226和n沟道mosfet 224、228分别继续在电源电压(vsupply)与第二电压(例如，接地(vgnd))之间切换第一输出信号(outp)和第二输出信号(outn)。在实施例中，阈值电压基本
上为零伏(0v)。阈值电压也可以是可编程的，以便可以例如使用调制器202的输入来设置该阈值电压。
34.如图2所示，空闲模式偏移信号(idle mode offset)作为输入被提供给波形发生器206。空闲模式偏移信号(idle mode offset)使波形发生器206将波形(三角波)输入信号(vcm_tri)的电压加上(或减去)电压偏移，以使得三角波信号(v_tri)的电压增大(或减小)并因此不再以共模电压(vrefc/2)为中心。在其他实施例中，空闲模式偏移信号(idle mode offset)可以使放大器组件204将输入信号(vcm_mod)的共模成分的电压加上(或减去)电压偏移，以使得差分的第一(p)调制信号(modp)和第二(n)调制信号(modn)的电压增大(或减小)。波形(三角波)信号(v_tri)与第一(p)调制信号(modp)和第二(n)调制信号(modn)的电压中的任一者或两者的增大(或减小)使由比较器组件208中相应的第一比较器204和第二比较器206输出的第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)的共模占空比发生移位，以使得这些量化信号(br_outp，br_outn)的共模占空比为大于或小于百分之五十(50％)中的一者。以这种方式，负载(扬声器)202所消耗的功率大幅减少，从而提高了放大器200的效率。
35.在实施例中，可以禁用放大器200的空闲模式。例如，在实施例中，调制器202可以被配置成使得可以通过禁用空闲模式偏移信号(idle mode offset)来选择性地禁用对第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)的共模占空比的移位。
36.图3a、图3b和图3c分别展示了图1和图2中所展示的示例放大器100、200的空闲模式的实施。如图3a所示，当不存在模拟输入信号时，共模成分(vcm_mod)的电压等于共模电压的一半(vrefc/2)。因此，共模成分(vcm_mod)的电压等于波形(三角波)输入信号(vcm_tri)的平均电压，该波形(三角波)输入信号具有以共模电压的一半(vrefc/2)为中心的电压(vcm_mod＝vcm_tri)。因此，差分的第一(p)调制信号(modp)和第二(n)调制信号(modn)的电压也等于共模电压的一半(vrefc/2)，并且因此也等于波形(三角波)信号(v_tri)的平均电压。量化信号(br_outp，br_outn)和所得到的输出信号(outp，outn)包括根据其相应的调制信号(modp，modn)和波形(三角波)信号(v_tri)使用脉冲宽度调制生成的方波。因此，当不存在输入信号时，所得到的量化信号(br_outp，br_outn)和输出信号(outp，outn)的占空比等于百分之五十(50％)，并且差分输出信号(outp
‑
outn)等于零(0)。
37.现在参照图4，展示了如图1和图2所示的放大器100、200的量化信号(br_outp，br_outn)和输出信号(outp，outn)的占空比与负载(扬声器)所需的功率量之间的关系。如图所示，所需的功率量随着占空比接近百分之零(0％)和/或百分之百(100％)而减少，并随着占空比接近百分之五十(50％)而增加。因此，当不存在模拟输入信号(in)时，所消耗的功率最大，并且因此可以通过使量化信号(br_outp，br_outn)和输出信号(outp，outn)的占空比移位偏离百分之五十(50％)来减少所消耗的功率。
38.如图3b和图3c所示，在空闲模式下，共模成分信号(vcm_mod)的电压或波形(三角波)输入信号(vcm_tri)的电压中的一者或两者加上了(或减去了)电压偏移。
39.在图3b中，共模成分(vcm_mod)的电压加上了(或减去了)电压偏移。因此，在空闲模式下，共模成分(vcm_mod)的电压等于共模电压的一半移位了偏移电压((vrefc/2)
±
voffset)。如图所示，共模成分(vcm_mod)的电压因此不再等于波形(三角波)输入信号(vcm_tri)的平均电压，该波形(三角波)输入信号具有以共模电压(vrefc/2)为中心的电
压。共模成分(vcm_mod)的电压移位了偏移电压(voffset)使调制信号(modp，modn)的电压增大(或减小)。在所展示的实施例中，调制信号(modp，modn)的电压也等于共模电压的一半移位了(增大了或减小了)偏移电压((vrefc/2)
±
voffset)。调制信号(modp，modn)的电压因此偏移(不再等于)波形(三角波)信号(v_tri)的平均电压，该波形(三角波)信号具有以共模电压(vrefc/2)为中心的电压。该偏移使第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)的共模占空比发生移位，以使得量化信号(br_outp，br_outn)的共模占空比、以及因此输出信号(outp，outn)的共模占空比被移位偏离百分之五十(50％)。然而，因为输出信号(outp，outn)移位了相同的量，所以差分输出信号(outp
‑
outn)仍等于零(0)。
40.在图3c中，改为波形(三角波)输入信号(vcm_tri)加上了(或减去了)电压偏移，以使得波形(三角波)输入信号(vcm_tri)的平均电压以共模电压的一半移位了偏移电压((vrefc/2)
±
voffset)为中心。因此，在该实施例中，波形(三角波)输入信号(vcm_tri)的平均电压不再等于共模成分(vcm_mod)的电压，该共模成分的电压等于共模电压的一半(vrefc/2)。波形(三角波)信号(vcm_tri))的平均电压移位了偏移电压(voffset)使波形(三角波)信号(v_tri)的平均电压也被增大(或减小)。在所展示的实施例中，波形(三角波)信号(v_tri)的平均电压以共模电压的一半移位了(增大了或减小了)偏移电压((vrefc/2)
±
voffset)为中心。因此，波形(三角波)信号(v_tri)的平均电压偏移(不再等于)调制信号(modp，modn)的电压，这些调制信号的电压等于共模电压的一半(vrefc/2)。该偏移使第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)的共模占空比发生移位，以使得量化信号(br_outp，br_outn)的共模占空比、以及因此输出信号(outp，outn)的共模占空比被移位偏离百分之五十(50％)。因为输出信号(outp，outn)移位了相同的量，所以差分输出信号(outp
‑
outn)仍等于零(0)。
41.如从图4可见，输出信号(outp，outn)的共模占空如图3b和图3c所示的那样被移位偏离百分之五十(50％)以使得这些共模占空比大于或小于百分之五十(50％)减少了负载所消耗的功率，提高了放大器的效率。
42.图5展示了根据本披露内容的示例实施例的配置有空闲模式的放大器500。如图1和图2所示的放大器100、200，放大器500被配置用于接收具有共模成分的模拟输入，并基于该输入信号来驱动负载502(如扬声器等)。
43.放大器500包括具有放大器组件506的调制器504，该放大器组件可以包括一个或多个放大器或其他部件。放大器组件506接收模拟输入信号(inp，inn)、共模成分(vcm_mod)和输出信号(outp，outn)，并生成差分的第一(p)调制信号(modp)和第二(n)调制信号(modn)，其中，第一(p)调制信号具有第二电压，并且第二(n)调制信号具有第三电压。
44.调制器504进一步包括用于生成波形信号的波形发生器508。在所展示的实施例中，波形发生器508包括被配置用于接收波形输入信号(vcm_tri)的三角波发生器，当未启用空闲模式时，该波形输入信号使波形发生器508生成具有以共模电压(vrefc/2)为中心的第四电压的三角波信号(v_tri)。在其他实施例中，可以使用产生其他波形(如锯齿波)的波形发生器206。然而，可以设想，当未启用空闲模式时，这样的其他波形将具有也以共模电压(vrefc)为中心的电压。
45.比较器组件510耦合至放大器组件506和波形发生器508，并接收第一调制信号(modp)和第二调制信号(modn)以及波形(三角波)信号(v_tri)。如图5所示，比较器组件510
包括第一(p)比较器512，该第一(p)比较器具有接收第一调制信号(modp)的正模拟输入端子以及接收波形(三角波)信号(v_tri)的负模拟输入端子。第一比较器512输出第一(p)量化信号(br_outp)。如图进一步所示，比较器组件510还包括第二(n)比较器514，该第二(n)比较器具有接收第二调制信号(modn)的负模拟输入端子以及接收波形(三角波)信号(v_tri)的正模拟输入端子。第二比较器514输出第二(n)量化信号(br_outn)。
46.在实施例中，比较器组件采用脉冲宽度调制(pwm)以将第一调制信号(modp)和第二调制信号(modn)编码为脉冲序列，从而生成第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)。然而，可以设想，也可以利用其他调制技术，如脉冲密度调制(pdm)、δ
‑
σ调制(dsm)等。
47.然后将第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)传递到驱动负载(扬声器502)的输出级515。在所展示的实施例中，输出级515包括驱动级516和功率级518。输出级515采用全桥功率级518，该全桥功率级包括在桥式负载(btl)配置中差分地驱动负载(扬声器)502的两个半桥520、522。每个半桥520、522包括两个输出开关器件(例如，功率场效应晶体管(fet))。在所展示的实施例中，分别示出了金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)524、526以及528、530。第一半桥520包括：第一p沟道mosfet 524，其栅极耦合至由比较器512产生的第一(p)量化信号，其源极耦合至电源电压轨(vsupply)532，并且其漏极与负载(扬声器)502耦合；以及第二n沟道mosfet 526，其栅极耦合至由比较器512产生的第一(p)量化信号，其源极耦合至第二电压(如接地轨(vgnd)534)，并且其漏极与负载(扬声器)502耦合。第二半桥522包括：第一p沟道mosfet 528，其栅极耦合至由比较器514产生的第二(n)量化信号，其源极耦合至电源电压轨(vsupply)532，并且其漏极与负载(扬声器)502耦合；以及第二n沟道mosfet 526，其栅极耦合至由比较器514产生的第二(n)量化信号，其源极耦合至第二电压(如接地轨(vgnd)534)，并且其漏极与负载(扬声器)502耦合。如图所示，p沟道mosfet 524、528和n沟道mosfet 526、530分别通过将它们的输出(outp，outn)交替地连接至电源电压(vsupply)和第二电压(例如，接地(vgnd))来作为电流导引开关进行操作，以使得所得到的输出(outp，outn)为高频方波。驱动级516从调制器504接收第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)，在必要时对它们进行电平移位，并且驱动功率级518中的mosfet 524、526、528、530。
48.低通lc滤波器536、538分别设置在每个半桥518、520与负载(扬声器)502之间，以恢复经放大的音频信号。低通lc滤波器536、538(其包括电感器(lfilt)和电容器(cfilt))从输出信号(outp，outn)中滤除电磁干扰，从而防止高频开关能量在电阻负载(扬声器)502中消散。
49.因为输出信号(outp，outn)包括由输入音频信号进行脉冲宽度调制的方波，所以所得到的输出信号(outp，outn)的占空比与输入信号的电平成比例。当不存在输入信号时，输出信号(outp，outn)波形的占空比等于百分之五十(50％)。
50.根据本披露内容，当没有输入信号或输入信号非常低时，图5所展示的音频放大器500包括空闲操作模式，以减少功耗并提高放大器500的效率。在空闲模式期间，当模拟输入信号的电压降至阈值电平以下以使得输入信号的共模成分(vcm_mod)504(该共模成分的电压等于共模电压的一半(vrefc/2))被输入到放大器组件时，调制器502被配置用于使第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)中的每一个的共模占空比发生移位，以使得
共模占空比大于或小于百分之五十(50％)。在实施例中，阈值电压基本上为零伏(0v)。阈值电压也可以是可编程的，以便可以例如使用调制器502的输入来设置该阈值电压。
51.如图5所示，空闲模式偏移信号(idle mode offset)作为输入被提供给波形发生器506。空闲模式偏移信号(idle mode offset)使波形发生器506将波形(三角波)输入信号(vcm_tri)的电压加上(或减去)电压偏移，以使得三角波信号(v_tri)的电压增大(或减小)并因此不再以共模电压(vrefc/2)为中心。在其他实施例中，空闲模式偏移信号(idle mode offset)可以使放大器组件504将输入信号(vcm_mod)的共模成分的电压加上(或减去)电压偏移，以使得差分的第一(p)调制信号(modp)和第二(n)调制信号(modn)的电压增大(或减小)。波形(三角波)信号(v_tri)与第一(p)调制信号(modp)和第二(n)调制信号(modn)的电压中的任一者或两者的增大(或减小)使由比较器组件508中相应的第一比较器504和第二比较器506输出的第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)的共模占空比发生移位，以使得这些量化信号(br_outp，br_outn)的共模占空比为大于或小于百分之五十(50％)中的一者。在实施例中，当第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)中的每一个的共模占空比被移位偏离百分之五十(50％)时，p沟道mosfet 524、528和n沟道mosfet 526、530分别继续在电源电压(vsupply)与第二电压(例如，接地(vgnd))之间切换第一输出信号(outp)和第二输出信号(outn)。以这种方式，负载(扬声器)520所消耗的功率大幅减少，从而提高了放大器500的效率。
52.在实施例中，可以禁用放大器500的空闲模式。例如，在实施例中，调制器502可以被配置成使得可以通过空闲模式偏移信号(idle mode offset)选择性地禁用对第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)的共模占空比的移位。
53.图6和图7展示了根据本披露内容的实施例的放大器(如图5中示出的放大器500)的具有可编程启动时间的空闲模式的实施。
54.将模拟输入信号的电平与阈值电平进行比较。在所展示的实施例中，模拟输入信号的电平可以包括被确定为放大器500的输入信号(inp
‑
inn)的电压之间的差的电压，该电压与阈值电压进行比较。当模拟输入信号(inp
‑
inn)的电平高于阈值电压时，放大器500正常地调制第一调制信号(modp)和第二调制信号(modn)。因此，第一调制信号(modp)与第二调制信号(modn)之间的差分使输出信号(outp，outn)具有不同的占空比。因此，差分输出信号(outp
‑
outn)包括在电源电压(vdd)到零(0)之间变化的脉冲波。输出共模(out common mode)的电压等于电源电压的一半(vdd/2)。
55.当不存在模拟输入信号时，为使得模拟输入信号(inp
‑
inn)的电平(电压)降至阈值电压(图6中的可编程阈值、图7中的可编程阈值lo)以下，调制信号(modp，modn)等于波形(三角波)信号(v_tri)的平均电压。输出信号(outp，outn)的占空比等于百分之五十(50％)，并且差分输出信号(outp
‑
outn)等于零(0)。输出共模(out common mode)的电压等于电源电压的一半(vdd/2)。如图所示，在进入空闲模式之前，该状态可以持续一段时间，在本文中被称为启动时间(可编程启动时间)。
56.在启动时间(可编程启动时间)已经到期之后，进入空闲模式，使调制信号(modp，modn)的电压增大(或减小)。调制信号(modp，modn)的电压因此偏移(不再等于)波形(三角波)信号(v_tri)的平均电压。该偏移使输出信号(outp，outn)的共模占空比被移位偏离百分之五十(50％)。然而，因为输出信号(outp，outn)移位了相同的量，所以差分输出信号
(outp
‑
outn)仍等于零(0)。输出共模(out common mode)的电压增大(或减小)，并且不再等于电源电压的一半(vdd/2)。
57.在实施例中，启动时间(可编程启动时间)的长度可以根据实施方式而改变，并且经由放大器500的输入(未示出)可以是可编程的。
58.图7进一步展示了根据本披露内容的实施例的放大器(如图5中示出的放大器)的延长空闲时间段的实施。如图所示，当模拟输入信号(inp
‑
inn)的电平(电压)降至第一阈值电压(可编程阈值lo)以下时，调制信号(modp，modn)等于波形(三角波)信号(v_tri)的平均电压。输出信号(outp，outn)的占空比等于百分之五十(50％)，并且差分输出信号(outp
‑
outn)等于零(0)。输出共模(out common mode)的电压等于电源电压的一半(vdd/2)。如图所示，在进入空闲模式之前，该状态可以持续一段时间，在本文中被称为启动时间(可编程启动时间)。如上所述，在启动时间(可编程启动时间)已经到期之后，进入空闲模式，使调制信号(modp，modn)的电压增大(或减小)。调制信号(modp，modn)的电压因此偏移(不再等于)波形(三角波)信号(v_tri)的平均电压。该偏移使输出信号(outp，outn)的共模占空比被移位偏离百分之五十(50％)。然而，因为输出信号(outp，outn)移位了相同的量，所以差分输出信号(outp
‑
outn)仍等于零(0)。输出共模(out common mode)的电压增大(或减小)，并且不再等于电源电压的一半(vdd/2)。
59.在实施例中，放大器500可以继续在空闲模式下操作，直到模拟输入信号(inp
‑
inn)的电平(电压)增大到第二阈值电平(电压)(可编程阈值hi)以上。因此，如图7所示，即使存在某种模拟输入信号，并且差分输出信号(outp
‑
outn)包括在电源电压(vdd)到零(0)之间变化的脉冲波，放大器也可以继续在延长空闲模式(extended idle mode)下操作。然而，输出共模(out common mode)的电压保持增大(或减小)，并且不再等于电源电压的一半(vdd/2)。当模拟输入信号(inp
‑
inn)的电平(电压)增大到第二阈值电平(电压)(可编程阈值hi)以上时，放大器500退出空闲模式并返回到正常调制。该返回可以连续地或通过离散步骤进行，以使得占空比的移位不会随着音频信号幅度的增大而引起信号失真。在实施例中，当放大器500处于空闲模式时(例如，当第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)中的每一个的共模占空比被移位偏离百分之五十(50％)时)，p沟道mosfet 524、528和n沟道mosfet 526、530分别继续在电源电压(vsupply)与第二电压(例如，接地(vgnd))之间切换第一输出信号(outp)和第二输出信号(outn)。
60.在实施例中，输出共模信号的电压可以等于共模占空比乘以电源电压后的平均值。因此：
61.out common mode＝(d1
×
vdd d2
×
vdd)/2其中，d1是第一输出信号(outp)的占空比，并且d2是第二输出信号(outn)的占空比。因此，例如，当占空比均为百分之五十(d1＝d2＝0.5)时，如将在图6和图7的可编程启动时间(programmable attack time)期间发生的那样，输出共模信号(out common mode)的电压等于电源电压的一半(out common mode＝0.5
×
vdd)。当占空比均被移位到百分之八十(d1＝d2＝0.8)时，如将在空闲模式期间发生的那样，输出共模信号(out common mode)的电压等于电源电压的百分之八十(out common mode＝0.8
×
vdd)。
62.当第一输出信号(outp)的占空比为百分之八十二(d1＝0.82)并且第二输出信号(outn)的占空比为百分之七十八(d1＝0.78)时，如将在延长空闲模式(延长空闲模式)期间
发生的那样，即使差分输出信号(outp
‑
outn)不再为0，输出共模信号(out common mode)的电压也仍等于电源电压的百分之八十(out common mode＝0.8
×
vdd)。应理解的是，为输出信号(outp，outn)的占空比所选的值(0.8，0.82，0.78)仅仅为示例。因此，占空比可以具有其他值。另外，在所提供的示例中，占空比已经经历了正移位，即在其中，共模输出(out common mode)从标称(vdd/2)增大。然而，应理解的是，占空比也可以经历负移位，即在其中，输出共模(out common mode)从标称(vdd/2)增大，并且功率使用经历相同或相似的减小。
63.在实施例中，输出信号(outp，outn)的占空比的移位量可以根据实施方式而改变，并且经由放大器500的输入(未示出)可以是可编程的。另外，在实施例中，阈值电平或电压(图6中的可编程阈值、图7中的可编程阈值lo和可编程阈值电平hi)经由放大器500的输入(未示出)可以是可编程的。
64.示例方法
65.图8展示了根据本披露内容的用于在音频放大器中(如图1、图2和图5中分别示出的示例放大器100、200和500)实施空闲模式的方法800。方法800允许减少采用d类音频放大器的扬声器所消耗的功率。如图所示，方法800包括接收模拟音频输入信号(框802)。例如，在实施例中，模拟音频输入信号可以包括第一(p)音频输入信号(inp)和第二(n)音频输入信号(inn)。模拟音频输入信号的电平可以包括被确定为输入信号(inp
‑
inn)的电压之间的差的电压。对音频输入信号进行调制以提供差分的量化信号(br_outp，br_outn)(框804)，每个量化信号均具有共模占空比。在实施例中，对模拟输入信号(inp，inn)进行调制以提供量化信号(br_outp，br_outn)是通过提供从模拟音频信号(inp，inn)导出的差分调制信号(modp，modn)来实现的。调制信号(modp，modn)各自的电压都与模拟输入信号成比例。还生成了具有以共模电压为中心的电压的波形信号(如三角波、锯齿波等)(v_tri)。相应的调制信号(modp，modn)和波形信号(v_tri)被用于使用如脉冲宽度调制(pwm)等调制技术来产生量化信号(br_outp，br_outn)。
66.将模拟输入信号(inp
‑
inn)的电平与阈值电平进行比较(框806)。在实施例中，阈值电压基本上为零伏(0v)。阈值电压也可以是可编程的，以便可以例如使用放大器的输入来设置该阈值电压。
67.当确定模拟输入信号(inp
‑
inn)的电平高于阈值电平(电压)时(框806处为否)，对模拟输入信号的调制继续正常地生成输出信号(outp，outn)(框812)。输出信号(outp，outn)基于差分的量化信号在电源电压与第二电压之间切换。因此，差分输出信号(outp
‑
outn)包括在电源电压(vdd)到零(0)之间变化的脉冲波。
68.当模拟音频输入信号(inp
‑
inn)的电平低于阈值电平时(框806处为是)，可以进行第二判定：是否进入了放大器的空闲模式(框810)。例如，放大器可以接收空闲模式偏移信号。当未进入空闲模式时，例如，没有接收到空闲模式信号(例如，空闲模式被禁用)时，或在图6的描述中所讨论的可编程启动时间期间，生成输出信号(outp，outn)(框812)，这些输出信号的占空比等于百分之五十(50％)，并且差分输出信号(outp
‑
outn)等于零(0)。当进入了空闲模式时，例如，在可编程启动时间到期后，使每个量化信号的共模占空比发生移位，以使得共模占空比为大于或小于百分之五十(50％)中的一者(框810)。然后，生成输出信号(outp，outn)(框812)，这些输出信号的占空比被移位偏离百分之五十(50％)，同时差分输
出信号(outp
‑
outn)等于零(0)。输出信号(outp，outn)驱动负载(扬声器)(框816)。在实施例中，可以使用低通滤波器(如低通lc滤波器等)从输出信号(outp，outn)中滤除电磁干扰。
69.在实施例中，当输入信号(inp
‑
inn)的电平(电压)低于阈值电平(电压)时，通过增大或减小调制信号(modp，modn)的电压或波形(三角波)信号(v_tri)的平均电压中的至少一者来使量化信号(br_outp，br_outn)和输出信号(outp，outn)的共模占空比移位。
70.在实施例中，数字输出信号(outp，outn)根据模拟音频信号的幅度而被移位。例如，当模拟输入信号(inp
‑
inn)的电平(电压)低于阈值电平(电压)时，第一量化信号(br_outp)和第二量化信号(br_outn)及对应的输出信号(outp，outn)中的每一个的共模占空比发生移位，直到模拟输入信号(inp
‑
inn)的电平高于第二阈值电平(电压)为止，其中，第二阈值电平(电压)高于第一阈值电平(电压)。
71.一般，本文描述的功能中的任何功能可以使用硬件(例如，固定逻辑电路诸如集成电路)、软件、固件、手动处理或其组合来实施。因此，上面披露内容中讨论的块一般表示硬件(例如，固定逻辑电路系统诸如集成电路)、软件、固件或其组合。在硬件配置的实例中，上面披露内容中讨论的各种块可以连同其他功能被实施为集成电路。此类集成电路可以包括给定块、系统或电路的所有功能，或块、系统或电路的功能的一部分。另外，可以跨越多个集成电路实施块、系统或电路的元件。此类集成电路可以包括各种集成电路，包括但不必限于：单片集成电路、倒装芯片集成电路、多芯片模块集成电路，和/或混合信号集成电路。在软件实施方式的实例中，上面披露内容中讨论的各种块表示当在处理器上执行时执行指定任务的可执行指令(例如，程序代码)。这些可执行指令可以被存储在一个或多个有形计算机可读介质中。在一些此类实例中，整个系统、块或电路可以使用其软件或固件等同物实施。在其他实例中，可以在软件或固件中实施给定系统、块或电路的一部分，而在硬件中实施其他部分。
72.尽管已经以结构特征和/或过程操作专用的语言描述了主题，但应当理解的是，所附权利要求中限定的主题不一定局限于以上所述的特定特征或动作。相反，以上所述的特定特征和动作是作为实施权利要求的示例形式而披露的。