CN106160680B - 复用的音频功率放大***及便携式电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种复用的音频功率放大***，包括，第一功率放大单元，于正/负电源电压的作用下输出一耳机驱动信号；负电源电压和接地端之间连接一第一电容；负电压产生电路，包括，第二功率放大单元，可控制地导通正电源电压和一第一输出端或第一输出端与接地端；第三功率放大单元，可控制地导通第二输出端和接地端；第二电容，连接于第一输出端和第二输出端之间；还包括一开关器件可控制地导通或断开第二输出端与负电源电压之间的连接；负电压产生电路工作时自正电源电压向第二电容充电或自第二电容向第一电容放电。本发明通过功率放大单元及外接电路构成负电压产生电路以代替负电荷泵，可以节省***成本并提高***集成度。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种音频功率放大***。
背景技术
便携式电子产品如笔记本电脑、移动电话、智能手机等***中的音频***中常常配置功率放大器来驱动扬声器及耳机等负载，为了提高输出功率，用于驱动耳机的功率放大器最好采用正负电源供电，以使得同样负载条件下输出功率大大提高，现有技术的音频驱动***参照图1，功率放大器1分别连接正电源电压VDD和负电源电压CPVSS，用于输出驱动信号Vout以驱动负载R1，负电源电压CPVSS采用负电荷泵2提供，负电荷泵2的输出端和接地端之间连接一输出电容C0，于一组开关控制信号作用下实现开关器件阵列组合导通或关断以交替充电和放电进而得到一负电源电压CPVSS，负电源电压CPVSS与接地端之间连接滤波电容C1，然而负电荷泵2的引入，增加了音频***的实现成本，并且不符合便携式电子产品低功耗和高集成度的发展趋势。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种复用的音频功率放大***，解决以上技术问题；
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
复用的音频功率放大***，其中，包括，
第一功率放大单元，连接一正电源电压和一负电源电压，于所述正电源电压和所述负电源电压的作用下输出一耳机驱动信号；所述负电源电压和接地端之间连接一第一电容；
负电压产生电路，用于产生所述负电源电压，包括，
一第二功率放大单元，可控制地导通所述正电源电压和一第一输出端或导通所述第一输出端与接地端；
一第三功率放大单元，可控制地导通一第二输出端和接地端或断开所述第二输出端和接地端；
一第二电容，连接于所述第一输出端和所述第二输出端之间；
一开关器件可控制地导通所述第二输出端与所述负电源电压之间的连接或断开所述第二输出端与所述负电源电压之间的连接；
所述负电压产生电路可切换地控制所述正电源电压向所述第二电容充电以及自所述第二电容向所述第一电容放电。
本发明的音频功率放大***，所述第一功率放大单元为G类功率放大器。
本发明的音频功率放大***，所述第二功率放大单元包括，
第二功率控制单元，用于产生第一组控制信号；
第一功率管，于所述第二功率控制单元的作用下可控制地连接于所述正电源电压和所述第一输出端之间；
第二功率管，于所述第二功率控制单元的作用下可控制地连接于所述第一输出端和接地端之间。
本发明的音频功率放大***，所述第三功率放大单元包括，
第三功率控制单元，用于产生第二组控制信号；
第三功率管，于所述第三功率控制单元的作用下可控制地连接于所述正电源电压和所述第二输出端之间；
所述开关器件的控制端与所述第三功率控制单元连接。
本发明的音频功率放大***，所述第二功率控制单元包括，
误差放大单元，比较一输入信号和一参考电压信号，用于产生一误差放大信号；
比较器，用于对所述误差放大信号和一三角波产生电路产生的三角波信号进行比较产生一比较信号；
控制单元，依据所述比较信号产生开关控制信号。
本发明的音频功率放大***，所述误差放大单元包括，
运算放大器，其同相输入端连接所述参考电压信号，其反相输入端通过一第一电阻与所述输入信号连接；所述反相输入端和输出端之间连接一第三电容。
本发明的音频功率放大***，所述运算放大器包括，
第一NMOS管，其栅极与一第一输入信号连接，漏极连接一第一交汇结点，源极连接一第二交汇结点；
第二NMOS管，其栅极与第二输入信号连接，漏极连接输出端，源极连接第二交汇结点；
第一PMOS管，其源极与工作电压连接，漏极与第一交汇结点连接，栅极与第一交汇结点连接；
第二PMOS管，其源极与工作电压连接，漏极与输出端连接，栅极与第一PMOS管的栅极连接；
第三NMOS管，其栅极连接一偏置电压，源极接第二工作电压，漏极连接第二交汇结点。
本发明的音频功率放大***，所述第二功率放大单元采用D类功率放大器。
本发明的音频功率放大***，所述第三功率控制单元与所述第二功率控制单元具有相同的电路拓扑结构。
本发明还提供一种便携式电子设备，包括上述的复用的音频功率放大***。
有益效果：由于采用以上技术方案，本发明通过采用功率放大单元及外接简单元器件构成一负电压产生电路，以代替负电荷泵，可以节省***成本并提高***集成度。
附图说明
图1为现有技术的用于驱动耳机的功率放大***结构图；
图2为本发明的复用的音频功率放大***结构图；
图3为本发明的***向电容C2充电的电流流向示意图(参见黑色线条)；
图4为本发明的***向电容C1放电的电流流向示意图(参见黑色线条)；
图5为本发明的第二功率控制单元或第三功率控制单元的电路结构示意图；
图6为本发明的运算放大器的电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
参照图2，复用的音频功率放大***，其中，包括，
第一功率放大单元11，连接一正电源电压VDD和一负电源电压CPVSS，于正电源电压VDD和负电源电压CPVSS的作用下输出一耳机驱动信号Vout；负电源电压CPVSS和接地端GND之间连接一第一电容C1；
负电压产生电路，用于产生负电源电压CPVSS，包括，
一第二功率放大单元，可控制地连通正电源电压VDD和一第一输出端Vout1或连通第一输出端Vout1与接地端GND；
一第三功率放大单元，可控制地导通一第二输出端Vout2和接地端GND或断开第二输出端Vout2和接地端GND；
一第二电容C2，连接于第一输出端Vout1和第二输出端Vout2之间；
一开关器件可控制地导通第二输出端Vout2与负电源电压CPVSS之间的连接或断开第二输出端Vout2与负电源电压CPVSS之间的连接；
负电压产生电路可切换地控制自正电源电压VDD向第二电容C2充电以及自第二电容C2向第一电容C1放电。
在便携式电子设备的音频***中，除了包含提供驱动耳机的功率放大电路，还包括驱动扬声器的功率放大电路，本发明创新性地采用驱动扬声器的功率放大单元及外接简单元器件构成一负电压产生电路，以代替负电荷泵作为驱动耳机的功率放大电路的负电源电压，可以节省***成本并提高***集成度。
本发明的复用的音频功率放大***，第一功率放大单元11可以为G类功率放大器。被放置在数模转换芯片和音频输出芯片的输出端，G类功率放大器通过调节正电源电压VDD和负电源电压CPVSS，优化放大器的供电，为输入信号提供足够的动态余量以避免失真；还可以采用其他拓扑结构如D类功率放大器或AB类功率放大器实现。
本发明的复用的音频功率放大***，第二功率放大单元可以包括，
第二功率控制单元12，用于产生第一组控制信号；
第一功率管Mp1，于第二功率控制单元12的作用下可控制地连接于正电源电压VDD和第一输出端Vout1之间；
第二功率管Mn1，于第二功率控制单元12的作用下可控制地连接于第一输出端Vout1和接地端GND之间。
本发明的复用的音频功率放大***，第三功率放大单元可以包括，
第三功率控制单元13，用于产生第二组控制信号；
第三功率管Mn2，于第三功率控制单元13的作用下可控制地连接于正电源电压VDD和第二输出端Vout2之间；
开关器件的控制端也与第三功率控制单元13连接。开关器件可以采用一N沟道MOS管Mn3，其栅极与第三功率控制单元13连接，源极连接负电源电压CPVSS，漏极连接第二输出端Vout2。
现有技术中，第一输出端Vout1输出的信号和第二输出端Vout2输出的信号可分别用于驱动一扬声器，本发明通过改变两个功率放大单元的连接关系，再结合简单的元器件产生负电源电压，可节约成本并便于实施。
本发明的复用的音频功率放大***，参照图5，第二功率控制单元可以包括，误差放大单元，比较一输入信号Vin和一参考电压信号Vref，用于产生一误差放大信号；
比较器112，用于对误差放大信号和一三角波产生电路114产生的三角波信号进行比较产生一比较信号；
驱动单元111，依据比较信号产生开关控制信号。
本发明的复用的音频功率放大***，误差放大单元可以包括，
运算放大器113，其同相输入端连接参考电压信号Vref，其反相输入端通过一第一电阻R2与输入信号Vin连接；反相输入端和输出端之间连接一第三电容C。还包括一电压反馈信号，与运算放大器的反相输入端连接，电压反馈信号采样自功率放大单元的输出端。该电压反馈信号可以通过分压电阻R3产生。
本发明的复用的音频功率放大***，参照图6，运算放大器可以包括，
第一NMOS管Mn11，其栅极与第一输入信号Vi1连接，漏极连接一第一交汇结点Lx1，源极连接一第二交汇结点Lx2；
第二NMOS管Mn12，其栅极与第二输入信号Vi2连接，漏极连接输出端，源极连接第二交汇结点Lx2；
第一PMOS管Mp11，其源极与工作电压VDD连接，漏极与第一交汇结点Lx1连接，栅极与第一交汇结点Lx1连接；
第二PMOS管Mp12，其源极与工作电压连接，漏极与输出端Veaout连接，栅极与第一PMOS管Mp11的栅极连接；
第三NMOS管Mn13，其栅极连接一偏置电压Vbias，源极接第二工作电压VSS，漏极连接第二交汇结点Lx2。
本发明的复用的音频功率放大***，第二功率放大单元可以采用D类功率放大器。D类功率放大器通过脉冲宽度调制间断地转换功率管导通与截止状态，具有体积小，效率高等优点。
本发明的复用的音频功率放大***，第三功率控制单元与第二功率控制单元具有相同的电路拓扑结构。
本发明工作时，参见图3和图4，负电压产生电路通过交替自正电源电压VDD向第二电容C2充电或自第二电容C2向第一电容C1放电，以获得负电源电压CPVSS，保证耳机驱动模块的正常工作。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.复用的音频功率放大***，其特征在于，包括，
第一功率放大单元，连接一正电源电压和一负电源电压，于所述正电源电压和所述负电源电压的作用下输出一耳机驱动信号；所述负电源电压和接地端之间连接一第一电容；
负电压产生电路，用于产生所述负电源电压，包括，
一第二功率放大单元，可控制地导通所述正电源电压和一第一输出端或导通一第一输出端与接地端；
一第三功率放大单元，可控制地导通一第二输出端和接地端或断开一第二输出端和接地端；
一第二电容，连接于所述第一输出端和所述第二输出端之间；
一开关器件可控制地导通所述第二输出端与所述负电源电压之间的连接或断开所述第二输出端与所述负电源电压之间的连接；
所述负电压产生电路可切换地控制所述正电源电压向所述第二电容充电以及自所述第二电容向所述第一电容放电；
所述音频功率放大***应用于便携式电子设备中，所述第二功率放大单元和所述第三功率放大单元为所述便携式电子设备中扬声器的功率放大器，所述第一输出端和所述第二输出端输出的信号还用于驱动所述扬声器；
所述第一功率放大单元被放置在所述便携式电子设备的数模转换芯片和音频输出芯片的输出端。
2.根据权利要求1所述的复用的音频功率放大***，其特征在于，所述第一功率放大单元为G类功率放大器。
3.根据权利要求1所述的复用的音频功率放大***，其特征在于，所述第二功率放大单元包括，
第二功率控制单元，用于产生第一组控制信号；
第一功率管，于所述第二功率控制单元的作用下可控制地连接于所述正电源电压和所述第一输出端之间；
第二功率管，于所述第二功率控制单元的作用下可控制地连接于所述第一输出端和接地端之间。
4.根据权利要求3所述的复用的音频功率放大***，其特征在于，所述第三功率放大单元包括，
第三功率控制单元，用于产生第二组控制信号；
第三功率管，于所述第三功率控制单元的作用下可控制地连接于所述正电源电压和所述第二输出端之间；
所述开关器件的控制端与所述第三功率控制单元连接。
5.根据权利要求3所述的复用的音频功率放大***，其特征在于，所述第二功率控制单元包括，
误差放大单元，比较一输入信号和一参考电压信号，用于产生一误差放大信号；
比较器，用于对所述误差放大信号和一三角波产生电路产生的三角波信号进行比较产生一比较信号；
控制单元，依据所述比较信号产生开关控制信号。
6.根据权利要求5所述的复用的音频功率放大***，其特征在于，所述误差放大单元包括，
运算放大器，其同相输入端连接所述参考电压信号，其反相输入端通过一第一电阻与所述输入信号连接；所述反相输入端和所述运算放大器的输出端之间连接一第三电容。
7.根据权利要求6所述的复用的音频功率放大***，其特征在于，所述运算放大器包括，
第一NMOS管，其栅极与一第一输入信号连接，漏极连接一第一交汇结点，源极连接一第二交汇结点；
第二NMOS管，其栅极与第二输入信号连接，漏极连接输出端，源极连接第二交汇结点；
第一PMOS管，其源极与工作电压连接，漏极与第一交汇结点连接，栅极与第一交汇结点连接；
第二PMOS管，其源极与工作电压连接，漏极与输出端连接，栅极与第一PMOS管的栅极连接；
第三NMOS管，其栅极连接一偏置电压，源极接第二工作电压，漏极连接第二交汇结点。
8.根据权利要求1所述的复用的音频功率放大***，其特征在于，所述第二功率放大单元采用D类功率放大器。
9.根据权利要求4所述的复用的音频功率放大***，其特征在于，所述第三功率控制单元与所述第二功率控制单元具有相同的电路拓扑结构。
10.一种便携式电子设备，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的复用的音频功率放大***。
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