CN114006586A - 双路径脉宽调制***的校准 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及双路径脉宽调制***的校准，特别地涉及一种***，该***可以包括：数字脉宽调制器子***；第一路径，其耦合至数字脉宽调制器子***的输出并且被配置为驱动开环驱动级；第二路径，其耦合至数字脉宽调制器子***的输出并且被配置为驱动闭环模拟脉宽调制器；基于信号的一个或多个特性在第一路径与第二路径之间选择以用于处理信号的控制器；以及校准***，其被配置为校准第一路径的第一增益和第二路径的第二增益中的至少一个，以便在第一路径与第二路径之间切换选择或相反时，第一增益和第二增益至少大致相等，从而使由于切换而产生的伪影最小化。
Description
本申请是申请号为“201880078493.7”，申请日为“2018年10月3日”，题目为“双路径脉宽调制***的校准”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本公开一般涉及用于音频或触觉设备，包括但不限于个人音频设备(诸如无线电话和媒体播放器)或者包括触觉模块的设备的电路。
背景技术
包括无线电话(诸如移动/蜂窝式电话)、无绳电话、mp3播放器和其他用户音频设备的个人音频设备被广泛使用。这种个人音频设备可以包括用于驱动一对耳机或一个或多个扬声器的电路。这种电路通常包括用于驱动到耳机或扬声器的音频输出信号的功率放大器。一般来说，功率放大器通过从电源取得能量来放大音频信号，并且控制音频输出信号与输入信号的形状匹配但具有更大幅值。
音频放大器的一个例子是D类放大器。D类放大器(也称为“开关放大器”)可以包括电子放大器，其中放大器件(例如，晶体管、典型的金属氧化物半导体场效应晶体管)操作为电子开关。在D类放大器中，待放大的信号可以由脉宽调制、脉冲密度调制、或另一调制方法来转换为一系列脉冲，使得信号被转换为已调信号，其中已调信号的脉冲特性(例如，脉宽、脉冲密度等)是信号大小的函数。用D类放大器放大之后，输出脉冲串可以通过穿过无源低通滤波器来转换为未调制的模拟信号，其中这种低通滤波器可以被内置于D类放大器或由D类放大器驱动的负载中。由于D类放大器可以比线性模拟放大器更具功率效率的事实(因为与线性模拟放大器相比D类放大器在有源器件中发热时可以耗散更少的功率)，因此通常使用D类放大器。
通常，选择闭环PWM放大器以提供具有理想的总谐波失真(THD)和电源电压抑制比(PSRR)的准确负载电压。闭环PWM放大器通常采用模拟电压输入和感测到的反馈电压信号，其被馈送通过闭环模拟PWM调制器，以驱动扬声器负载上的电压。
然而，根据具体应用可替选地在开环或闭环中使用单个PWM放大器电路来驱动负载的选项可能是期望的。当使用这种单个PWM放大器电路时，当在开环操作和闭环操作之间切换时可能发生可感知的音频伪影，并且因此，可能期望减少或消除这种音频伪影。
发明内容
根据本公开的教导，可以减少或消除与使用放大器处理信号的现有方法相关联的一个或多个缺点或问题。
根据本公开的实施例，***可以包括：数字脉宽调制器子***，耦合至数字脉宽调制器子***的输出并且被配置为驱动开环驱动级的第一路径，耦合至数字脉宽调制器子***的输出并且被配置为驱动闭环模拟脉宽调制器的第二路径，其中基于信号的一个或多个特性选择选择第一路径与第二路径中的一个来处理信号，以及校准***，其被配置为校准第一路径的第一增益和第二路径的第二增益中的至少一个，以便在第一路径与第二路径之间切换选择或相反时，第一增益和第二增益至少大致相等，从而使由于切换而产生的伪影最小化。
根据本公开的这些及其他实施例，可以提供用于在下述***中使用的方法，所述***包括数字脉宽调制器子***、耦合至数字脉宽调制器子***的输出并且被配置为驱动开环驱动级的第一路径、以及耦合至数字脉宽调制器子***的输出并且被配置为驱动闭环模拟脉宽调制器的第二路径，其中基于信号的一个或多个特性选择第一路径与第二路径中的一个来处理信号。所述方法可以包括校准第一路径的第一增益和第二路径的第二增益中的至少一个，以便在第一路径与第二路径之间切换选择或相反时，第一增益和第二增益至少大致相等，从而使由于切换而产生的伪影最小化。
从本文包括的附图、说明书和权利要求中，本公开的技术优点对于本领域的技术人员可以是显而易见的。实施例的目的和优点将至少通过权利要求中特别指出的元件、特征和组合来实现和达成。
应当理解，上述一般描述和以下详细描述都是示例和解释性的，并且不限制本公开中阐述的权利要求。
附图说明
可通过参考结合附图采取的以下描述来获得对本实施例及其优点的更全面的理解，附图中相同的参考编号表示相同的特征，并且其中：
图1是根据本公开的实施例的示例个人音频设备的图示；
图2是根据本公开的实施例的个人音频设备的示例音频集成电路的所选组件的框图；
图3是根据本公开的实施例的示例脉宽调制放大器的所选组件的框图；
图4是根据本公开的实施例的示例可重配置PWM调制器的所选组件(包括用于校准路径增益的组件)的框图；
图5是根据本公开的实施例的另一示例可重配置PWM调制器的所选组件(包括用于校准路径增益的组件)的框图；以及
图6是根据本公开的实施例的另一示例可重配置PWM调制器的所选组件(包括用于校准路径增益的组件)的框图。
具体实施方式
图1是根据本公开的实施例的示例个人音频设备1的图示。图1描绘了个人音频设备1，其耦合至呈一对耳塞扬声器8A和8B的形式的耳机3。图1中描绘的耳机3仅仅是示例，并且应该明白的是，个人音频设备1可以被用于与各种音频换能器连接，包括但不限于头戴式耳机、耳塞、入耳式耳机、外部扬声器。插头4可以用于提供耳机3到个人音频设备1的电气端子的连接。个人音频设备1可以向用户提供显示并且使用触摸屏2接收用户输入，或者，标准液晶显示器(LCD)可以与各种按钮、滑块和/或旋钮组合设置于个人音频设备1的表面和/或侧面上。如图1中还示出的，个人音频设备1可以包括音频集成电路(IC)9，其用于生成用于传输至耳机3和/或另一音频换能器(例如扬声器)的模拟音频信号。
图2是根据本公开的实施例的个人音频设备的示例音频IC 9的所选组件的框图。在一些实施例中，示例音频IC 9可以被用于实施图1中的音频IC 9。如图2中所示，微控制器核18(例如，数字信号处理器或“DSP”)可以向数模转换器(DAC)14提供数字音频输入信号DIG_IN，其可以将数字音频输入信号转换为模拟输入信号VIN。DCA 14可以提供模拟信号VIN至放大器16，其可以放大或减弱模拟输入信号VIN以提供音频输出信号VOUT，其可以操作扬声器、耳机换能器、线路电平信号输出和/或其他适合的输出。
图3是根据本公开的实施例的示例脉宽调制放大器22的所选组件的框图。在一些实施例中，示例脉宽调制放大器22可以被用于实施图2中的放大器16。如图3中所示，示例脉宽调制放大器22可以包括数字PWM调制器子***24和模拟PWM调制器26，以及用多路复用器28实施的直接绕过功能(direct bypass function)。
当由多路复用器28接收的ANALOG MODULATOR BYPASS(绕过模拟调制器)控制信号无效时，可重配置PWM调制器22可以被配置为通过使用模拟PWM调制器26来以模拟闭环模式操作。在模拟闭环模式中，输入信号VIN可以被数字PWM调制器子***24调制，模拟PWM调制器26可以从数字PWM调制器子***24接收其输入，并且模拟PWM调制器26可以被利用，使得如由驱动级34B接收和驱动的模拟PWM调制器26的输出被驱动为输出信号VOUT。驱动级34B可以包括多个输出开关，其被配置为从由模拟PWM调制器26生成的已调信号生成输出信号VOUT。
当由多路复用器28接收的ANALOG MODULATOR BYPASS控制信号有效时，可重配置PWM调制器22还可以被配置为通过使用数字PWM调制器子***24来以数字开环模式操作。在数字开环模式中，模拟PWM调制器26和由模拟PWM调制器26驱动的驱动级34B可以被多路复用器28绕过，并且数字PWM调制器子***24可以被利用，使得输入信号VIN被数字PWM调制器子***24调制，并且如由开环驱动级34A接收和驱动的数字PWM调制器子***24的输出被驱动为输出信号VOUT。驱动级34A可以包括多个输出开关，其被配置为从由数字PWM调制器子***24生成的已调信号生成输出信号VOUT。
将可重配置PWM调制器22从模拟闭环模式和数字开环模式改变(反之亦然)，可以通过使用多路复用器28选择驱动级34A和驱动级34B中的哪个去驱动输出信号VOUT来实现。
在一些实施例中，控制电路(未示出)可以被用于控制多路复用器28，以便为可重配置PWM调制器22选择信号处理路径。例如，这种多路复用器控制信号的选择可以基于到放大器的输入信号VIN的一个或多个特性(例如，大小、频率、或输入信号VIN的其他特性)。因此，可重配置PWM调制器22可以包括数字脉宽调制器子***(例如，数字PWM调制器子***24)、耦合至数字脉宽调制器子***的输出并且被配置为驱动开环驱动级(例如，驱动级34A)的第一路径、以及耦合至数字脉宽调制器子***的输出并且被配置为驱动闭环模拟脉宽调制器(例如，模拟PWM调制器26)的第二路径，其中第一路径与第二路径中的一个被选择用于基于信号的一个或多个特性来处理信号。
有利地，前述提供的用于实施和使用包括可重配置放大器的***的***和方法，相比于现有放大器***，能够使用最小附加数字逻辑，在模拟闭环调制放大器或数字开环调制放大器之间切换。然而，前述***可能易受可感知的音频伪影(诸如“爆裂声”和“咔嗒声”)的影响，除非采取步骤去减少或避免这种伪影。因此，如下面关于图4-6以更详细的细节描述的，可重配置PWM调制器22可以包括校准子***，其被配置为校准第一路径(数字PWM调制器子***24和驱动级34A的开环路径)的第一增益以及第二路径(模拟PWM调制器26d闭环路径)的第二增益中的至少一个，以便在第一路径与第二路径之间切换选择或相反时第一增益和第二增益大致相等，从而使由于切换而产生的可感知的音频伪影最小化。
图4是根据本公开的实施例的示例可重配置PWM调制器22A的所选组件的框图。在一些实施例中，示例可重配置PWM调制器22A可以被用于实施图3中的可重配置PWM调制器22。如图4中所示，单个数字PWM调制器24A可以被用于实施数字PWM调制器子***24，并且模拟PWM调制器26可以包括第一级积分器40，随后是一个或多个附加级积分器42，随后进而是可以生成到驱动级34B的模拟PWM信号的量化器44。缓冲器46可以被接合在数字PWM调制器24A和模拟PWM调制器26之间，以缓冲由数字PWM调制器24A生成的到模拟PWM调制器26的输入的数字PWM信号。增益电阻器48和49也可以被用于定义模拟PWM调制器26的增益。
如图4中所示，缓冲器46、增益电阻器48和/或增益电阻器49的增益可以是变量。当能够校准时，模拟PWM调制器26的第一级积分器40可以被再次用作滤波器和比较器的组合，用于检测包括驱动级34A的开环路径的增益。因为到使用第一级积分器40实施的比较器的一个输入是由数字PWM调制器24A生成的数字信号(或者在替代实施例中，到数字PWM调制器24A的输入信号)，并且到使用第一级积分器40实施的比较器的其他输入是驱动级34A的输出，因此当能够校准时，第一级积分器40的输出指示开环路径的增益。这种检测到的增益可以继而被用于适当地设置缓冲器46的增益、增益电阻器48的电阻、和/或增益电阻器49的电阻，以便使包括模拟PWM调制器26的闭环路径的增益与开环路径的增益匹配。
图5是根据本公开的实施例的示例可重配置PWM调制器22B的所选组件的框图。在一些实施例中，示例可重配置PWM调制器22B可以被用于实施图3中的可重配置PWM调制器22。如图5中所示，图2的数字PWM调制子***24可以使用第一数字PWM调制器24B和第二数字PWM调制器子***24C实施。数字PWM调制器24B可以驱动开环驱动级34A，而数字PWM调制器24C可以经由缓冲器46驱动模拟PWM调制器26，该缓冲器46被配置为缓冲由数字PWM调制器24C生成的到模拟PWM调制器26的输入的数字PWM信号。增益电阻器48和49也可以被用于定义模拟PWM调制器26的增益。
又如图5中所示，增益元件50可以接合在到可重配置PWM调制器22B和数字PWM调制器24B的输入之间，并且增益元件52可以接合在到可重配置PWM调制器22B和数字PWM调制器24C的输入之间。增益元件50可以将粗略增益设置应用于开环路径，而增益元件52可以将更小的精细增益设置应用于闭环路径。在输出信号VOUT由模拟滤波器59滤波、由ADC 58从模拟域转换到数字域、由数字滤波器56滤波时，校准引擎54可以对其进行检测。这种滤波可以确保校准是仅仅基于带内信号成分进行的。校准引擎54也可以感测输入信号，以允许其将输入信号与输出信号VOUT的数字域表示进行比较，以便确定开环路径的增益。虽然未示出，但可以在被校准引擎54接收之前对输入信号执行与对输出信号VOUT进行的数字滤波类似的的数字滤波，并且输入信号和输出信号VOUT也可以延迟匹配以适当地测量增益。基于所确定的增益，校准引擎54可以在数字调制之前在数字域中校准增益元件50和/或增益元件52，使得开环路径和闭环路径具有相同的路径增益。在一些实施例中，校准引擎54也可以能够改变增益电阻器48的电阻和/或增益电阻器49的电阻，以便校准开环路径和闭环路径的增益。
在操作中，图5中所示的校准***可以对由输入信号表示的实际再现成分进行校准，或者基于仅可用于校准的听不见的导频音来校准。
图6是根据本公开的实施例的示例可重配置PWM调制器22C的所选组件的框图。在一些实施例中，示例可重配置PWM调制器22C可以被用于实施图3中的可重配置PWM调制器22。如图6中所示，图2的数字PWM调制子***24可以使用单个数字PWM调制器24D实施。数字PWM调制器24D可以驱动开环驱动级34A，而数字PWM调制器24C可以经由缓冲器46驱动模拟PWM调制器26，该缓冲器46被配置为缓冲由数字PWM调制器24C生成的到模拟PWM调制器26的数字PWM信号。
又如图6中所示，增益元件60可以接合在到可重配置PWM调制器22C和数字PWM调制器24D的输入之间。在由PWM调制器22C调制之前，增益元件60可以将变量增益应用于输入信号。在输出信号VOUT由模拟滤波器69滤波、由ADC 68从模拟域转换到数字域、由数字滤波器66滤波时，校准引擎64可以对其进行检测。这种滤波可以确保校准是仅仅基于带内信号成分进行的。校准引擎64也可以感测输入信号，以允许其将输入信号与输出信号VOUT的数字域表示进行比较，以便确定开环路径的增益。虽然未示出，但可以在被校准引擎64接收之前对输入信号执行与对输出信号VOUT进行的数字滤波类似的数字滤波，并且输入信号和输出信号VOUT也可以延迟匹配以适当地测量增益。基于所确定的增益，校准引擎64可以在数字调制之前在数字域中校准增益元件60，使得开环路径和闭环路径具有相同的路径增益。
根据本文执行的增益校准可以确保在开环路径和闭环路径之间切换选择或相反时，开环路径的第一增益和闭环路径的第二增益大致相等，以便使由于切换而产生的伪影最小化。
根据本文进行的增益校准可以在任何适合的时间进行。例如，在一些实施例中，本文所公开的校准子***可以被配置为在可重配置PWM调制器22或可重配置PWM调制器22驻留的设备的产品测试期间校准增益，使得在其最终使用之前进行一次校准。作为另一示例，本文所公开的校准子***可以被配置为，当输入信号的音频成分正在回放时实时地校准增益。作为实时校准的具体示例，如图5和6中所描绘，当开环路径被选择时，校准子***可以被配置为检测开环路径的输出以便校准增益。
在这些和其他实施例中，校准子***可以被配置为，当输入信号的音频成分正在回放时，在一系列步骤中进行校准，以便使用户的可感知的音频伪影最小化。例如，如果校准子***确定增益应该以x因子进行改变，校准子***可以在一系列y步骤中改变增益，则其中在每一步骤期间，增益以x/y的量进行改变。在一些这种实施例中，校准子***进一步被配置为在输入信号的零交叉点和从***内的输入信号导出的脉宽调制信号的零交叉点中的一个处在一系列步骤中的连续步骤之间进行转换。
在这些和其他实施例中，校准子***可以进一步被配置为(例如，从温度传感器，未示出)接收指示与可重配置PWM调制器22相关联的温度的温度信号和通过将校正因子应用于一个或多个路径增益来校准增益。
在这些和其他实施例中，校准子***可以能够以间歇的周期执行校准。例如，校准子***可以在一段时间内执行校准，并且在再次校准之前的另一段时间内终止校准。作为另一示例，校准子***可以响应于温度的变化而启动对第一增益和第二增益中的至少一个的校准。
在这些和其他实施例中，校准子***可以进一步被配置为仅在输入信号(例如，到可重配置PWM调制器的输入信号)大于阈值大小时启动增益校准。在这种实施例中，校准子***可以进一步被配置为如果输入信号在校准处理期间降至阈值大小以下，则中止增益。
在这些和其他实施例中，校准子***可以进一步被配置为仅在开环路径被选择用于处理时启动增益校准。在这种实施例中，校准子***可以进一步被配置为如果在校准处理期间的任意时间处闭环路径被选择用于处理，则中止增益校准。
如本文所使用的，当两个或两个以上元件被称为彼此“耦合”时，该术语表示该两个或两个以上元件处于电子通信或机械通信(如果适用的话)，无论是间接地连接还是直接地连接，是具有中间元件还是不具有中间元件。
本公开包括对本领域技术人员将理解的示例性实施例的所有改变、替换、变化、变更和修改。类似地，在适当的情况下，所附权利要求包括对本领域技术人员将理解的示例性实施例的所有改变、替换、变化、变更和修改。此外，在所附权利要求中，对适应于、布置为、能够、配置为、使能、可操作或进行操作以执行特定功能的装置或***或组件的引用，包括该装置、***或组件，无论其或该特定功能是否被激活、打开或解锁，只要该装置、***或组件是如此适应、排列、能够、配置、启用、可操作或操作的。本文中所述的所有示例和条件语言旨在用于教学目的，以帮助读者理解发明人为促进本领域的发展而贡献的发明内容和概念，并被解释为不限于此类具体记载的示例和条件。尽管已经详细描述了本发明的实施例，但是应当理解，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下对本公开进行各种改变、替换和变更。
Claims (17)
1.一种***包括：
数字脉宽调制器子***；
第一路径，其耦合至所述数字脉宽调制器子***的输出，并且被配置为驱动开环驱动级；
第二路径，其耦合至所述数字脉宽调制器子***的输出，并且被配置为驱动闭环模拟脉宽调制器，其中基于信号的一个或多个特性选择所述第一路径与所述第二路径中的一个来处理信号；以及
校准子***，其被配置为：
以间歇的周期执行校准以致使在所述第一路径与所述第二路径之间切换选择或相反时，所述第一路径的第一增益和所述第二路径的第二增益大致相等，以便使由于切换而产生的伪影最小化；
接收指示所述***的温度的温度信号；并且
响应于温度变化了至少最小量的温度，启动对所述第一增益和所述第二增益中的至少一个的校准。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述数字脉宽调制器子***包括：
第一数字脉宽调制器，其被配置为驱动所述第一路径；以及
第二数字脉宽调制器，其被配置为驱动所述第二路径。
3.根据权利要求1所述的***，其中所述数字脉宽调制器子***包括单个脉宽调制器，其驱动所述第一路径和所述第二路径二者。
4.根据权利要求1所述的***，其中所述校准子***还被配置为在模拟域中检测所述第一增益。
5.根据权利要求4所述的***，其中所述校准子***还被配置为使用所述闭环模拟脉宽调制器的积分器来检测所述第一路径的增益。
6.根据权利要求4所述的***，其中所述校准子***还被配置为在模拟域中检测所述第二增益。
7.根据权利要求6所述的***，其中所述校准子***还被配置为在模拟域中校准所述第一增益、所述第二增益中的任一个或者所述第一增益和所述第二增益二者。
8.根据权利要求6所述的***，其中所述校准子***还被配置为在数字域中校准所述第一增益、所述第二增益中的任一个或者所述第一增益和所述第二增益二者。
9.根据权利要求1所述的***，其中所述校准子***还被配置为通过使用模数转换器，在数字域中检测所述第一增益和所述第二增益中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的***，其中所述校准子***在数字域中校准所述第一增益、所述第二增益中的任一个或者所述第一增益和所述第二增益二者。
11.根据权利要求1所述的***，其中所述校准子***被配置为在所述***的乘积测试期间，校准所述第一增益和所述第二增益中的至少一个。
12.根据权利要求1所述的***，其中所述校准子***被配置为当信号的音频成分正在向换能器回放时，实时校准所述第一增益和所述第二增益中的至少一个。
13.根据权利要求12所述的***，其中所述校准子***被配置为，当所述第一路径激活时，检测所述第一路径的输出，以便校准所述第一增益和所述第二增益中的至少一个。
14.根据权利要求12所述的***，其中所述校准子***被配置为当信号的音频成分正在向所述换能器回放时，在一系列步骤中执行校准，以便使用户可感知的音频伪影最小化。
15.根据权利要求14所述的***，其中所述校准子***还被配置为在输入信号的零交叉点和从所述***内的输入信号导出的脉宽调制信号的零交叉点中的一个处在一系列步骤中的连续步骤之间进行转换。
16.一种***包括：
数字脉宽调制器子***；
第一路径，其耦合至所述数字脉宽调制器子***的输出，并且被配置为驱动开环驱动级；
第二路径，其耦合至所述数字脉宽调制器子***的输出，并且被配置为驱动闭环模拟脉宽调制器，其中基于信号的一个或多个特性选择所述第一路径与所述第二路径中的一个来处理信号；
其中，对于信号的一部分信号频谱，在所述第一路径与所述第二路径之间切换选择或相反时，所述第一路径的第一增益和所述第二路径的第二增益大致相等，以便使由于切换而产生的伪影最小化。
17.一种***包括：
数字脉宽调制器子***；
第一路径，其耦合至所述数字脉宽调制器子***的输出，并且被配置为驱动开环驱动级；
第二路径，其耦合至所述数字脉宽调制器子***的输出，并且被配置为驱动闭环模拟脉宽调制器，其中基于信号的一个或多个特性选择所述第一路径与所述第二路径中的一个来处理信号；以及
校准子***，其被配置为如果输入信号低于阈值大小则禁用对第一增益和第二增益中的至少一个的校准。
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