一种音频放大器及相关装置的制作方法

1.本技术涉及电子电路领域，尤其涉及一种音频放大器及相关装置。


背景技术：

2.音频放大器通常包括：前级放大器、积分器、共模参考电压调制器和输出级电路。其中，前级放大器，用于将接收的差分信号进行放大；积分器，用于放大前级放大器输出的差分信号，并输出给脉冲宽度调制电路；脉冲宽度调制电路，用于调制接收到的差分信号，并输出输出信号；输出级电路，用于提高输出信号的驱动能力。
3.目前，在音频放大器中，为了使输入信号完整地输出，共模参考电压的大小为模拟电源电压的一半，从而使得音频放大器输出的方波信号的占空比固定为50％。与音频放大器连接的lc滤波器应用电路的功耗与音频放大器输出的方波信号的占空比成正比例关系，由于音频放大器输出的方波信号的占空比较高，从而使得音频放大器连接的lc滤波器应用电路的功耗较高。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本技术提供了一种音频放大器及相关装置，用于降低与音频放大器连接的lc滤波器应用电路的功耗。
5.为了实现上述目的，本技术实施例提供的技术方案如下：
6.本技术实施例提供一种音频放大器，包括：前级放大器、积分器、脉冲宽度调制电路、共模参考电压调制器和输出级电路；
7.所述共模参考电压调制器的第一输入端和第二输入端分别连接所述积分器的第一输出端和第二输出端，所述共模参考电压调制器的输出端连接所述积分器的第一输入端；
8.所述共模参考电压调制器，用于当所述积分器的第一输出端的第一输出电压和所述积分器的第二输出端的第二输出电压中的至少一个大于直流参考电平时，根据所述第一输出电压和所述第二输出电压输出第一共模参考电压至所述积分器的第一输入端，以使所述第一输出电压和所述第二输出电压小于或等于所述直流参考电平。
9.可选地，所述共模参考电压调制器，还用于当所述第一输出电压和所述第二输出电压均小于所述直流参考电平，输出固定的第二共模参考电压至所述积分器的第一输入端；所述固定的第二共模参考电压大于模拟电源电压的一半。
10.可选的，所述共模参考电压调制器包括：
11.比较电路和电流转电压电路；
12.所述比较电路，用于当所述第一输出电压大于直流参考电平，或，所述第二输出电压大于所述直流参考电平时，根据所述第一输出电压和所述第二输出电压产生第一电流；
13.所述电流转电压电路，用于根据所述固定的第二共模参考电压和所述第一电流输出所述第一共模参考电压至所述积分器的第一输入端。
14.可选的，所述比较电路具体用于，当所述第一输出电压大于所述直流参考电平时，所述第一电流的大小与所述直流参考电平和所述第一输出电压的差值正相关；
15.当所述第二输出电压大于所述直流参考电平时，所述第一电流的大小与所述直流参考电平和所述第二输出电压的差值成正相关。
16.可选的，所述电流转电压电路包括：
17.运算放大器和电阻；
18.所述运算放大器的正输入端连接所述固定的第二共模参考电压；所述运算放大器的负输入端连接所述运算放大器的输出端；所述电阻的第一端连接所述运算放大器的输出端，所述电阻的第二端连接所述比较电路的输出端输出的所述第一输出电流，且连接所述积分器的第一输入端。
19.可选的，当所述第一输出电压大于所述直流参考电平时，所述电阻两端的电压等于所述直流参考电平和所述第一输出电压的差值；
20.当所述第二输出电压大于所述直流参考电平时，所述电阻两端的电压等于所述直流参考电平和所述第二输出电压的差值。
21.可选的，所述脉冲宽度调制电路包括：第一调制比较器、第二调制比较器和三角波产生电路；
22.所述第一调制比较器，用于根据所述第一输出电压和所述三角波产生电路产生的三角波电压，输出第一调制方波；
23.所述第二调制比较器，用于根据所述第二输出电压和所述三角波产生电路产生的三角波电压，输出第二调制方波；
24.所述直流参考电平大于所述三角波电压的最大值。
25.可选的，所述三角波电压的最大值与所述直流参考电平的差值，由所述第一输出电压和所述第二输出电压的最大电压纹波幅度确定。
26.可选的，所述第一输出电压和所述第二输出电压的平均值为所述第一共模参考电压或所述固定的第二共模参考电压。
27.可选的，所述输出级电路包括：
28.栅驱动电路和功率管电路。
29.本技术实施例还提供了一种音响，包括上述的音频放大器、lc滤波器应用电路和喇叭；
30.所述音频放大器连接所述lc滤波器应用电路的第一端，所述lc滤波器应用电路的第二端连接所述喇叭。
31.通过上述技术方案可知，本技术具有以下有益效果：
32.本技术实施例提供了一种音频放大器，其特征在于，包括：前级放大器、积分器、脉冲宽度调制电路、共模参考电压调制器和输出级电路；共模参考电压调制器的第一输入端和第二输入端分别连接积分器的第一输出端和第二输出端，共模参考电压调制器的输出端连接积分器的第一输入端；共模参考电压调制器，用于当积分器的第一输出端的第一输出电压和积分器的第二输出端的第二输出电压中的至少一个大于直流参考电平时，根据第一输出电压和第二输出电压输出第一共模参考电压至积分器的第一输入端，以使第一输出电压和第二输出电压小于或等于直流参考电平。
33.由上可知，本技术实施例提供的音频放大器，在当第一输出电压或第二输出电压大于直流参考电平时，调整第一共模参考电压以使第一输出电压和第二输出电压小于或等于直流参考电平。如此，在保证信号完整输出的情况下，本技术实施例提供的音频放大器的第一共模参考电压可以大于模拟电源电压的一半，从而该音频放大器的平均占空比小于50％，降低了与音频放大器连接的lc滤波器应用电路的整体功耗。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本技术实施例提供的一种音频放大器结构示意图；
36.图2为本技术实施例提供的一种音频放大器的电路图；
37.图3为本技术实施例提供的一种共模参考电压调制器的结构示意图；
38.图4为本技术实施例提供的一种共模参考电压调制器的电路图；
39.图5为本技术实施例提供的一种音频放大器工作在全波调制模式时的信号图；
40.图6为本技术实施例提供的一种音频放大器工作在单边调制模式时的信号图；
41.图7为本技术实施例提供的一种lc滤波器应用电路电路图；
42.图8为本技术实施例提供的一种lc滤波器应用电路中电感电流的折线图。
具体实施方式
43.为了帮助更好地理解本技术实施例提供的方案，在介绍本技术实施例提供的方法之前，先介绍本技术实施例方案的应用的场景。
44.目前，在音频放大器中，为了使输入信号完整地输出，共模参考电压的大小为模拟电源电压的一半，从而使得音频放大器输出的方波信号的占空比固定为50％。与音频放大器连接的lc滤波器应用电路的功耗与音频放大器输出的方波信号的占空比成正比例关系，由于音频放大器输出的方波信号的占空比较高，从而使得音频放大器连接的lc滤波器应用电路的功耗较高。
45.为了解决上述的技术问题，本技术实施例提供了一种音频放大器，其特征在于，包括：前级放大器、积分器、脉冲宽度调制电路、共模参考电压调制器和输出级电路；前级放大器，用于将接收的差分信号进行放大；积分器，用于放大前级放大器输出的差分信号，并输出给脉冲宽度调制电路；脉冲宽度调制电路，用于调制接收到的差分信号，并输出输出信号；输出级电路，用于提高输出信号的驱动能力；共模参考电压调制器的第一输入端和第二输入端分别连接积分器的第一输出端和第二输出端，共模参考电压调制器的输出端连接积分器的第一输入端；共模参考电压调制器，用于当积分器的第一输出端的第一输出电压和积分器的第二输出端的第二输出电压中的至少一个大于直流参考电平时，根据第一输出电压和第二输出电压输出第一共模参考电压至积分器的第一输入端，以使第一输出电压和第二输出电压小于或等于直流参考电平；当第一输出电压和第二输出电压均小于直流参考电平，输出固定的第二共模参考电压至积分器的第一输入端；固定的第二共模参考电压大于
模拟电源电压的一半。
46.由上可知，本技术实施例提供的音频放大器，在积分器输出的电压大于直流参考电平时，通过使得固定的第二共模参考电压大于模拟电源电压的一半，从而使得音频放大器输出的方波信号的占空比小于50％。在积分器输出的电压大于直流参考电平时，为了使输入信号完整地输出，调节第一共模参考电压使得积分器输出的电压小于或等于直流参考电平，此时音频放大器输出的方波信号的占空比通常小于50％。如此，本技术实施例提供的音频放大器的占空比通常小于50％，由于与音频放大器连接的lc滤波器应用电路的功耗与音频放大器输出的方波信号的占空比成正比例关系，因此本技术实施例提供的音频放大器，降低了与音频放大器连接的lc滤波器应用电路的整体功耗。
47.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术实施例作进一步详细的说明。
48.参见图1，该图为本技术实施例提供的一种音频放大器结构示意图。如图1所示，本技术实施例提供的音频放大器包括：前级放大器100、积分器200、脉冲宽度调制电路300、输出级电路400和共模参考电压调制器500；
49.共模参考电压调制器的500第一输入端和第二输入端分别连接积分器200的第一输出端和第二输出端，共模参考电压调制器500的输出端连接积分器200的第一输入端；
50.共模参考电压调制器500，用于当积分器200的第一输出端的第一输出电压或积分器200的第二输出端的第二输出电压大于直流参考电平时，根据第一输出电压和第二输出电压输出第一共模参考电压至积分器200的第一输入端，以使第一输出电压和第二输出电压小于或等于直流参考电平；当第一输出电压和第二输出电压均小于直流参考电平，输出固定的第二共模参考电压至积分器200的第一输入端；固定的第二共模参考电压大于模拟电源电压的一半。
51.需要说明的是，在本技术实施例中，前级放大器100，用于将接收的差分信号进行放大；积分器200，用于放大前级放大器输出的差分信号，并输出给脉冲宽度调制电路；所述脉冲宽度调制电路300，用于调制接收到的差分信号，并输出输出信号；所述输出级电路400，用于提高所述输出信号的驱动能力。
52.可以理解的是，在本技术实施例中，通过使得在音频放大器处于静态时，第一共模参考电压和固定的第二共模参考电压大于模拟电源电压的一半，从而使得音频放大器输出的方波信号的占空比小于50％，由于与音频放大器连接的lc滤波器应用电路的功耗与音频放大器输出的方波信号的占空比成正比例关系，因此本技术实施例提供的音频放大器，降低了与音频放大器连接的lc滤波器应用电路的整体功耗。
53.另一方面，在积分器输出的电压大于直流参考电平时，为了使输入信号完整地输出，调节第一共模参考电压使得积分器输出的电压小于或等于直流参考电平，此时音频放大器输出的方波信号的占空比整体而言，相对于传统的全波调制固定为50％要小，从而进一步减小了与音频放大器连接的lc滤波器应用电路的整体功耗。
54.综上所述，本技术实施例提供的音频放大器，在当第一输出电压或第二输出电压大于直流参考电平时，调整第一共模参考电压以使第一输出电压和第二输出电压小于或等于直流参考电平。如此，在保证信号完整输出的情况下，本技术实施例提供的音频放大器的第一共模参考电压可以大于模拟电源电压的一半，从而该音频放大器的平均占空比小于
50％，降低了与音频放大器连接的lc滤波器应用电路的整体功耗。下面通过一个具体地实施例介绍本技术实施例提供的音频放大器：
55.参见图2，该图为本技术实施例提供的一种音频放大器的电路图。如图2所示，本技术实施例提供的音频放大器包括：前级放大器100、积分器200、脉冲宽度调制电路300和共模参考电压调制器500；
56.前级放大器100包括：电容c1、电阻r1、可调电阻rf1和全差分运算放大器amp1。其中c1的第一端连接输出差分信号，c1的第二端通过r1连接amp1的第一输入端，amp1的第一输出端通过rf1连接amp1的第一输入端。由于本技术实施例提供的电路为差分电路，amp1的第二输入端连接的电路的连接方式类似于amp1的第一输入端，本技术在此不做赘述。其中，amp1的第一输出端输出的电压为von1，amp1的第二输出端输出的电压为vop1。
57.积分器200包括：电阻r2、电阻rf2、电容cf2和全差分运算放大器amp1。其中r2的第一端连接前级放大器中的amp1的输出端，r2的第二端连接amp2的第一输入端，amp2的第一输出端通过cf2连接amp2的第一输入端，amp2的第一输入端通过rf2连接脉冲宽度调制电路300的第一输出端。由于本技术实施例提供的电路为全差分电路，amp2的第二输入端连接的电路的连接方式类似于amp2的第一输入端，本技术在此不做赘述。其中，amp2的第一输出端输出的电压为von2，amp2的第二输出端输出的电压为vop2。
58.脉冲宽度调制电路300包括：第一调制比较器comp1、第二调制比较器comp2和三角波产生电路ramp；第一调制比较器comp1，用于根据第一输出电压和三角波产生电路ramp产生的三角波电压，输出第一调制方波von；第二调制比较器comp2，用于根据第二输出电压和三角波产生电路ramp产生的三角波电压，输出第二调制方波vop；其中，直流参考电平大于三角波电压的最大值。
59.下面对本技术实施例中的共模参考电压调制器500进行具体介绍：
60.参见图3，该图为本技术实施例提供的一种共模参考电压调制器的结构示意图。如图3所示，本技术实施例提供的共模参考电压调制器包括：
61.比较电路301和电流转电压电路302；
62.比较电路301，用于当第一输出电压von2大于直流参考电平vl，或，第二输出电压vop2大于直流参考电平vl时，根据第一输出电压von2和第二输出电压vop2产生第一电流i1；
63.电流转电压电路302，用于根据固定的第二共模参考电压vc和第一电流i1输出第一共模参考电压vcom2至积分器200的第一输入端。
64.可以理解的是，当第一输出电压von2大于直流参考电平vl，或，第二输出电压vop2大于直流参考电平vl时，比较电路301根据第一输出电压von2和第二输出电压vop2产生第一电流i1。在本技术实施例中，当第一输出电压大于直流参考电平时，第一电流的大小与直流参考电平和第一输出电压的差值正相关；当第二输出电压大于直流参考电平时，第一电流的大小与直流参考电平和第二输出电压的差值成正相关。
65.电流转电压电路302，用于根据固定的第二共模参考电压vc和第一电流i1输出第一共模参考电压vcom2至积分器200的第一输入端，以使积分器200输出的第一输出电压von2和第二输出电压vop2大于或等于直流参考电平vl，进而使得输入信号能够完整地输出。
66.参见图4，该图为本技术实施例提供的一种共模参考电压调制器的电路图。如图3所示，本技术实施例提供的共模参考电压调制器包括：
67.比较电路301和电流转电压电路302；
68.比较电路301包括：晶体管m1、晶体管m2、晶体管m3、晶体管m4、晶体管m5、晶体管m6、晶体管m7、晶体管m8、电阻r4和电阻r5。
69.m1的源极通过r4与m3的源极连接，m2的源极通过r5与m3的源极连接；m1的栅极连接vl，m2的栅极连接vop2，m3的栅极连接von2；m1的漏极连接m4的漏极，m4的漏极与m4的栅极连接，m4的源极接模拟电源vdd；m2的漏极和m3均连接m5的漏极，m5的栅极连接m4的栅极，m5的源极接模拟电源vdd；m6的漏极分别连接m5的漏极和m6的栅极，m6的源极接模拟电源vdd；m7的栅极连接m6的栅极，m7的源极接模拟电源vdd，m7的漏极输出第二电流i2，第二电流i2是第一电流i1的镜像电流。
70.电流转电压电路302，包括：运算放大器amp和电阻r3；
71.所述运算放大器amp的正输入端连接所述固定的第二共模参考电压；所述运算放大器amp的负输入端连接所述运算放大器amp的输出端；所述电阻r3的第一端连接所述运算放大器amp的输出端，所述电阻r3的第二端连接所述比较电路301的输出端输出的所述第一输出电流i1，且连接所述积分器200的第一输入端。
72.需要说明的是，电流i1流过电阻r3，r3的第一端的电压等于vc，r3的第二段连接积分器200的第一输入端的电压等于vc和r3两端的电压之和，即i1乘以r3的积。在实际的应用中，当第一输出电压大于直流参考电平时，电阻两端的电压等于直流参考电平和第一输出电压的差值；当第二输出电压大于直流参考电平时，电阻两端的电压等于直流参考电平和第二输出电压的差值。
73.下面对本技术实施例提供的音频放大器降低带有lc滤波器应用电路的整体功耗lc滤波器的原理进行具体的介绍：
74.参见图5，该图为本技术实施例提供的一种音频放大器工作在全波调制模式时的信号图。
75.如图5所示，本技术实施例提供的一种音频放大器工作在全波调制模式时的信号图，包括：模拟电源电压的一半halfavdd、vop2、von2、von和vop。在vop2和von2都小于vl时，积分器200的第一输入端的电压为固定的第二共模参考电压vc。此时，von和vop的占空比等于vc/2*halfavdd。由于vc大于halfavdd，因此，此时von和vop的占空比均小于50％。
76.参见图6，该图为本技术实施例提供的一种音频放大器工作在单边调制模式时的信号图。
77.如图6所示，本技术实施例提供的一种音频放大器工作在单边调制模式时的信号图，包括：模拟电源电压的一半halfavdd、vop2、von2、von和vop。在vop2和von2或大于vl时，积分器200的第一输入端的电压为第一共模参考信号vcom2。此时为了使von2和vop2所携带的信息完整输出，当所述第一输出电压von2或所述第二输出电压vop2大于直流参考电平vl时，调制vcom2，使得von2或vop2钳位在vl，vop2或von2的下半部波形的幅值相对于调制vcom2之前更大。
78.需要说明的是，在音频放大器中，第一输出电压von2和第二输出电压vop2的平均值为第一共模参考电压vcom2或固定的第二共模参考电压vc。如图6所示，von2在大于vl时，
本技术实施例可以使得vcom2增大从而使得von2恰好钳位在vl，由于vcom2增大，此时vop2将大于未调制vcom2时的vop2。此时，von和vop的占空比的平均值等于vcom2/2*halfavdd。由于vcom2通常大于halfavdd，因此，此时von和vop的平均值占空比通常小于50％。
79.考虑到von2和vop2可能存在电压纹波，在本技术实施例中，作为一种可能的实施方式，三角波电压的最大值与直流参考电平vl的差值，由第一输出电压von2和第二输出电压vop2的最大电压纹波幅度确定。
80.下面将介绍本技术实施例提供的音频放大器的外接lc滤波器应用电路：参见图7，该图为本技术实施例提供的一种lc滤波器应用电路电路图。如图7所示，本技术实施例提供的lc滤波器应用电路中电感的电流i
ripple
：
[0081][0082]
其中，d为von2和vop2的占空比，pvdd是输出电源电压，f
sw
是输出波形频率，l是lc滤波器电感值。可知，电感上的电流i
ripple
最大值与占空比成正比，由于lc滤波器应用电路的功耗与电感上的电流i
ripple
正相关，因此，von2和vop2的占空比与lc滤波器应用电路的功耗正相关。从而，本技术实施例提供的方法通过降低von2和vop2的占空比，可以降低lc滤波器应用电路的功耗。
[0083]
参见图8，该图为本技术实施例提供的一种lc滤波器应用电路中电感电流的折线图。如图8所示，在传统的全波调制中lc滤波器应用电路中电感电流i
ripple
对应的功耗，大于本技术实施例提供的单边调制中lc滤波器应用电路中电感电流i
ripple
对应的功耗。
[0084]
在本技术实施例所提供的音频放大器中，作为一种可能的实施方式，输出级电路包括：栅驱动电路和功率管电路。可以理解的是，本技术所提供的音频放大器可能对音频放大器的输出信号的驱动能力较低，从而无法驱动音频放大器所连接的设备。因此，本技术所提供的音频放大器可以通过输出电路和驱动电路提高输出信号的驱动能力。
[0085]
综上所述，本技术实施例提供的音频放大器，在积分器输出的电压小于直流参考电平时，通过使得固定的第二共模参考电压大于模拟电源电压的一半，从而使得音频放大器输出的方波信号的占空比小于50％。另一方面，在积分器输出的电压大于直流参考电平时，为了使输入信号完整地输出，调节第一共模参考电压使得积分器输出的电压小于或等于直流参考电平，此时音频放大器输出的方波信号的占空比整体而言，相对于传统的全波调制固定为50％要小，从而进一步减小了与音频放大器连接的lc滤波器应用电路的整体功耗。如此，本技术实施例提供的音频放大器的占空比通常小于50％，由于与音频放大器连接的lc滤波器应用电路的功耗与音频放大器输出的方波信号的占空比成正比例关系，因此本技术实施例提供的音频放大器，降低了与音频放大器连接的lc滤波器应用电路的整体功耗。
[0086]
根据上述实施例所提供的音频放大器，本技术实施例还提供了一种音响，其特征在于，包括如上述实施例所提供的音频放大器、lc滤波器应用电路和喇叭；所述音频放大器连接所述lc滤波器应用电路的第一端，所述lc滤波器应用电路的第二端连接所述喇叭。
[0087]
根据上述实施例所提供的音频放大器，本技术实施例还提供了一种水表，其特征在于，包括如上述实施例所提供的音频放大器、lc滤波器应用电路和喇叭；所述音频放大器连接所述lc滤波器应用电路的第一端，所述lc滤波器应用电路的第二端连接所述喇叭。
[0088]
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如媒体网关等网络通信设备，等等)执行本技术各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0089]
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。
[0090]
还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0091]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。