用於最小化輸出失真的功率放大器削波電路的製作方法
2023-09-17 22:30:30 2
專利名稱：用於最小化輸出失真的功率放大器削波電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種功率放大器電路，具體講，涉及一種功率放大器削波電路，當輸出波形被削波時，使得突變信號變化很平滑，並且生成用於未削波部分的與原始波形相同的輸出波形背景技術功率放大器，通常使用多個電晶體或集成電路(IC)設備，是一種允許通過輸入控制電源從而產生一些有用的輸出的設備。例如，通過使用功率放大器，從音頻設備輸出的語音信號可以具有更高增益和更好的音質。
功率放大器電路有一個反饋迴路，用以將輸出信號反饋回功率放大器電路。當提供給功率放大器電路的輸入電壓過大時，或者由於短路使得電源電路無法正常工作時，功率放大器的輸出波型變形。這種變形通常稱為削波。當輸出波形被削波時，功率放大器電路的反饋迴路不能工作。
圖1中，標號100指總的波形圖，表示典型的功率放大器削波電路的輸入波形110和輸出波形112。參照圖1，位於動態範圍外的虛線110表示輸出波形沒有變形時的原始波形，而實線112表示輸出波形被削波後的輸出波形。它表明，當輸出過大時，超出功率放大器動態範圍之外的部分被削波。在削波轉折處引入了高頻噪聲114。具體講，當高增益的放大器連接到高電感的外部揚聲器的情況下，會產生嚴重問題。例如，如圖1中所示，當輸出波形被削波時高頻噪聲114出現並且幹擾了聽眾。
圖2表示用於減少輸出削波的典型的功率放大器削波電路的電路圖。參照圖2，典型的功率放大器削波電路200包括電阻R1和R2，分別在正的外電壓+VCC和地GND之間以及在地GND和負的外電壓-VCC之間相串聯；第一比較器11，它接收到電阻R1和R2所分的預定第一電壓VP1以及輸入電壓V1，比較這兩個電壓值並且輸出較大的結果；第二比較器12，它接收到電阻R1和R2所分的預定的第二電壓VP2以及輸入電壓V1，比較這兩個電壓值並且輸出較大的結果；第一二極體D1，它接收第一比較器的輸出值；第二二極體D2，它接收第二比較器的輸出值；電容C1，它是通過第一二極體D1和第二極體D2的輸出進行充電；電晶體J1，它由電容C1充電後進行工作；電阻R0、R3、R4；以及外部揚聲器的電感器L。
圖3中，波形圖300表示圖2中的功率放大器削波電路的輸出波形312。原始波形以標號310表示用以比較。儘管削波發在314區域，原始信號310和輸出波形312之間的附加失真還可以在其它區域的各個圖中看到。功率放大器削波電路200用於改善圖1中所示的輸出波形的高頻噪聲。儘管高頻噪聲可能通過圖2中的功率放大器削波電路200減少，如圖所示，由於輸出波形312和輸入波形310之間的差異，電容C1又造成了附加失真。
現在開始解釋典型的功率放大器削波電路200的工作。如果放大器210的增益為AV，電阻R1和R2的值的設置使得為(R1+R2)/R2＝AV，第一電壓VP1和第二電壓VP2與輸入電壓V1的值相等，在此電壓下，放大器210的輸出V0被削波。在這種情況中，假定放大器210的動態範圍定義在正的外部電源電壓+VCC與負的外部電源電壓-VCC間。儘管放大器210內的裝備限制了這個動態範圍，其偏差依然可以通過調整電阻R1和R2的值得到補償。因此，為方便解釋，將上述動態範圍視作合理的假定。
當輸入電壓V1小於第一電壓VP1並大於第二電壓VP2時，即，在正常工作時間，第一比較器11和第二比較器12都是負值，因此，第一比較器11和第二比較器12的輸出被第一二極體D1和第二二極體D2阻止，電容C1沒有充電。相應地，電容C1的電位是0V並且電晶體J1關斷。因為電流沒有流過串接到輸入電壓V1的電阻R0，因此沒有產生電降，整個輸入電壓V1提供給放大器，從而執行正常運行。
然而，當輸入電壓V1大於第一電壓VP1，即，當提供給功率放大器削波電路200過大的電壓時，第二比較器12的輸出仍然是負值，但第一比較器11的輸出變為正值，第一二極體D1接通，電容C被充電。因此，電晶體J1接通，輸入電壓V1達到由電阻R0與電晶體J1的接通電阻所分的電壓值，並且，由於該電壓值小於原始輸入電壓，V1被提供給放大器210。在這裡，電晶體J1是結型場效應電晶體(「JFET」)。從放大器210的角度來說，如圖3所示，當高頻噪聲的產生被抑制時，反饋迴路(未示出)仍然保持，輸出波形得以削波。
應該懂得，當輸入電壓V1小於第二電壓VP2時，其結果與輸入電壓V1大於第一電壓VP1的情況下的結果類似。相應地，其重複的解釋在此略去。
然而，當功率放大器削波電路200具有如圖2所示的電路時，電容C1應該包括在內。另外，如圖3所示，如果輸入電壓V1大於第一電壓VP1，並且被提供給功率放大器削波電路200，而且電壓C1通過電阻R4充電，則電晶體J1接通直到其電流通過電容C1完全放電，輸入電壓V1被分壓。相應地，儘管在過大的輸入電壓V1之後又能提供正常的輸入電壓V1，但放大器210的輸出波形V0比正常的輸出波形V0要小，如圖3中虛線波形所示，對於預定的間隔或者在電容C1中的電流放電完畢之後，輸出信號會變得與原始信號不同。因此，附加失真仍然存在。
另外，這種裝置在歐洲專利申請No.88108772.0中公開，它的電路結構不同於圖2中的功率放大器削波電路200，而是具有削波檢測器和用於減少輸出波形變形的電壓控制天線，並且還需要一個電容，因此會遇到與圖2的功率放大器削波電路200相同的附加失真的問題。
發明內容
為解決以上問題，本發明的實施例提供了一種功率放大器削波電路，該電路不需要增加電容，就可以防止或者緩和當輸出波形由於過大的輸入電壓而被削波時輸出波形中的突變的情況，並且使得當過大的輸入電壓之後立即出現與原始波形相同的未被削波部分的輸出波形。
相應地，本發明提供了一種功率放大器削波電路，它包括輸入電平分壓裝置，用於生成第一分壓和第二分壓，該第一分壓和第二分壓用於劃分輸入電壓所屬的電平的間隔；第一偏置電晶體和第二偏置電晶體，它們連接到正的內部電源電壓，第一和第二偏置電晶體形成電流反射鏡，並且將偏置電壓提供給預定的第一微分放大裝置；第三偏置電晶體，它連接到第一偏置電晶體並且將偏置電壓提供給第一微分放大裝置；第一恆流源，它連接到第三偏置電晶體和負的內部電源電壓，並且控制第三偏置電晶體；所述第一微分放大裝置，它接收第一分壓和輸入電壓，並且，如果輸入電壓的電平介於第一分壓和預定的第一削波電壓之間，則生成第一輸出信號，而如果輸入電壓的電平超過第一分壓，則生成第二輸出信號；第四偏置電晶體和第五偏置電晶體，它們連接到負的內部電源電壓，該第四偏置電晶體和第五偏置電晶體形成電流反射鏡，並且將偏置電壓提供給預定的第二微分放大裝置；第六偏置電晶體，它連接到第四偏置電晶體並且將偏置電壓提供給第二微分放大裝置；第二恆流源，它連接到第六偏置電晶體和正的內部電源電壓，並且控制第六偏置電晶體；第二微分放大裝置，它接收第二分壓和輸入電壓，並且，如果輸入電壓的電平介於預定的第二削波電壓和第二分壓之間，則產生第三輸出信號，而如果輸入電壓的電平超過第二分壓，則產生第四輸出信號；第一輸出電壓控制裝置，它連接於負的內部電源電壓和一個輸出節點之間，其中串接到輸入電壓的輸入電阻連接到功率放大器，並且，響應第一和第二輸出信號，降低輸入電壓的電平，並且將輸入電壓提供給功率放大器；及第二輸出電壓控制裝置，它連接於正的內部電源電壓和輸出節點之間，響應於第三和第四輸出信號，提高輸入電壓的電平，並且將輸入電壓提供給功率放大器。
最好，所述的輸入電平分壓裝置包括第一分壓電阻，其一端連接到正的外部電源電壓，而另一端連接到生成第一分壓的第一節點；第二分壓電阻，其一端連接到第一節點，而另一端連接到地；第三分壓電阻，其一端連接到地，而另一端連接到第二節點並且生成第二分壓；第四分壓電阻，其一端連接到第二節點，而另一端連接到負的外部電源電壓。
最好，所述的第二分壓電阻和第三分壓電阻具有相同的阻值，而第一分壓電阻和第四分壓電阻具相同的阻值。
最好，所述的功率放大器的增益是通過將第一分壓電阻的阻值與第二分壓電阻的阻值之和除以第二分壓電阻的阻值而得到的。
最好，所述的第一微分放大裝置包括第一下微分(drop differential)電晶體，其集電極連接到第二偏置電晶體的集電極和基極，所述第一分壓提供給其基極；第二下微分電晶體，其集電極連接到第二偏置電晶體的集電極和基極，所述輸入電壓提供給其基極；第三下微分電晶體，其發射極連接到第一下微分電晶體的發射極，其基極連接到第三偏置電晶體的基極，其集電極產生所述第二輸出信號；第四下微分電晶體，其發射極連接到第二下微分電晶體的發射極，其基極連接到第三偏置電晶體的基極；及第一有源負載裝置，它連接於第三和第四下微分電晶體的發射極與負的內部電源電壓之間，並且生成第一輸出信號。
最好，所述的第一有源負載裝置包括第一下負載電晶體，其集電極連接到第三下微分電晶體的集電極，其發射極連接到負的內部電源電壓；及第二下負載電晶體，其集電極連接到第四下微分電晶體的集電極，其基極和集電極共同連接到第一下負載電晶體的基極，其發射極連接到負的電源電壓，其中第一輸出信號從第一和第二下負載電晶體的基極輸出。
最好，所述的功率放大器削波電路還包括位於第一和第三下微分電晶體之間以及第二和第四下微分電晶體之間的多個電阻設備。
最好，所述的第一削波電壓小於當功率放大器的輸出波形開始被削波時的輸入電壓，其小於量2n倍於下微分電晶體的閾值電壓，其中n代表下微分電晶體的數量。
最好，所述的輸入電壓在功率放大器的輸出波形開始被削波時與第一分壓具有相同的電平。
最好，所述的第二微分放大裝置包括第一上微分(rise differential)電晶體，其集電極連接到第五偏置電晶體的集電極和基極，所述第二分壓提供給其基極；第二上微分電晶體，其集電極連接到第五偏置電晶體的集電極和基極，所述輸入電壓提供給其基極；第三上微分電晶體，其發射極連接到第一上微分電晶體的發射極，其基極連接到第六偏置電晶體的基極，其集電極生成所述第四輸出信號；第四上微分電晶體，其發射極連接到第二上微分電晶體的發射極，其基極連接到第六偏置電晶體的基極；及第二有源負載裝置，它連接於第三和第四上微分電晶體的集電極與正的內部電源電壓之間，並且生成所述第三輸出信號。
最好，所述的第二有源負載裝置包括第一上負載電晶體，其集電極連接到第三上微分電晶體的集電極，其發射極連接到正的內部電源電壓的發射極；及第二上負載電晶體，其集電極連接到第四上微分電晶體的集電極，其基極和集電極共同連接到第一上負載電晶體的基極，其發射極連接到正的內部電源電壓，其中第三輸出信號從第一和第二上負載電晶體的基極輸出。
最好，所述的功率放大器削波電路還包括位於第一和第三上微分電晶體之間以及第二和第四上微分電晶體之間的多個電阻設備。
最好，所述的第二削波電壓大於當功率放大器的輸出波形開始被削波時的輸入電壓，其大於量2m倍於上微分電晶體的閾值電壓，其中m表示上微分電晶體的數量。
最好，所述的輸入電壓在功率放大器的輸出波形開始被削波時具有與第二分壓相同的電平。
最好，所述的第一輸出電壓控制裝置包括第一下控制電晶體，其發射極連接到負的內部電源電壓，所述第一輸出信號提供給其基極，其集電極連接到輸出節點；及第二下控制電晶體，其發射極連接到負的內部電源電壓，所述第二輸出信號提供給其基極，其集電極連接到所述輸出節點。
最好，所述的第二輸出電壓控制裝置包括第一上控制電晶體，其發射極連接到正的內部電源電壓，所述第三輸出信號提供給其基極，其集電極連接到所述輸出節點；及第二上控制電晶體，其發射極連接到正的內部電源電壓，所述第四輸出信號提供給其基極，其集電極連接到所述輸出節點。
因此，按照本發明的功率放大器削波電路，能夠防止當由於過大的輸入電壓而使輸出波形削波時輸出波形中出現的突變，並且使得在過大的輸入電壓之後立即出現的波形與原始波形相同。
參照附圖及其優選實施例對本發明進行詳細描述後，以上所述的目的和優點將變得更加明朗。其中，圖1是表示典型的功率放大器削波電路的波形圖；圖2是表示防止輸出失真的典型的功率放大器削波電路的電路圖；圖3是表示圖2的典型的功率放大器削波電路的輸出波形的波形圖；圖4是表示按照本發明的功率放大器削波電路的電路圖；及圖5是表示圖4的功率放大器削波電路的輸出波形的波形圖。
具體實施例方式
在本發明的公開內容中，提供了一種功率放大器削波電路，它不增加電容器即可防止輸出波形的突變，並且當由於過大輸入電壓而引起輸出波形被削波時能夠提供平滑削波。另外，公開的功率放大器削波電路使得在提供過大的輸入電壓之後立即發生的輸出波形與原始波形相同。因此功率放大器削波電路減小了輸出失真以及高頻噪聲。
圖4是表示按照本發明的功率放大器削波電路的電路圖。參照圖4，功率放大器削波電路400包括輸入電平分壓裝置410，第一到第六偏置電晶體BTR1到BTR6，第一和第二恆流源IC1和IC2，第一微分放大裝置420，第二微分放大裝置430，第一輸出電壓控制裝置440和第二輸出電壓控制裝置450。
輸入電平分壓裝置410分別生成第一和第二分壓VP1和VP2，它們分別對輸入電平V1所屬的電平間隔進行分壓。具體講，輸入電平分壓裝置410包括第一分壓電阻R1，其一端連接到正的外部電源電壓+VCC，其另一端連接到第一節點N1，以便生成第一分壓VP1；第二分壓電阻R2，其一端連接到第一節點N1而另一端連接到地GND；第三分壓電阻R3，其一端連接到地GND，而別一端連接到第二節點N2，生成第二分壓VP2；第四分壓電阻R4，其一端連接到第二節點N2，而另一端連接到負的外部電源電壓-VCC。
第一和第四分壓電阻R1和R4具有相同的電阻值，而第二和第三分壓電阻R2和R3具有相同的電阻值。功率放大器460的增益是通過將第一分壓電阻R1的阻值與第二分壓電阻R2的阻值之和除以第二分壓電阻R2的阻值而得到的。
第一和第二偏置電晶體BTR1和BTR2連接到正的內部電源電壓+VCC，形成電流反射鏡，並將偏置電壓提供給預定的第一微分放大裝置420。第一恆流源IC1連接於第三偏置電晶體BTR3和負的內部電源電壓-VCC之間，並且控制第三偏置電晶體BTR3。
第一微分放大裝置420接收到第一分壓VP1和輸入電壓V1，如果輸入電壓V1介於預定的第一削波電壓VCP1和第一分壓VP1之間，則生成第一輸出信號OUTS1。如果輸入電壓超過第一分壓VP1，第一微分放大裝置生成第二輸出信號OUTS2。
更具體講，第一微分放大裝置420包括第一下微分電晶體Q1，其集電極連接到第二偏置電晶體BTE2的集電極和基極，第一分壓VP1提供給其基極；第二下微分電晶體Q2，其集電極連接到第二偏置電晶體BTR2的集電極和基極，輸入電壓V1提供給其基極；第三下微分電晶體Q3，其發射極連接到第一下微分電晶體Q1的發射極，其基極連接到第三偏置電晶體BTR3的基極，其集電極生成第二輸出信號OUTS2；第四下微分電晶體Q4，其發射極連接到第二下微分電晶體Q2的發射極，其基極連接到第三偏置電晶體BTR3的基極；以及第一有源負載裝置425，其連接於第三和第四下微分電晶體Q3和Q4的集電極與負的內部電源電壓-VCC之間，並生成第一輸出信號OUTS1。
第一有源負載425包括第一下負載電晶體Q5，其集電極連接到第一下微分電晶體Q3的集電極，其發射極連接到負的內部電源電壓-1VCC；第二下負載電晶體Q6，其集電極連接到第四下微分電晶體Q4，其基極和集電極共同連接到第一下負載電晶體Q5，其發射極連接到負的內部電源電壓-1VCC。第一輸出信號OUTS1從第一有源負載裝置425中的第一和第二下電晶體Q5和Q6的基極輸出。在第一和第三下微分電晶體Q1和Q3之間以及在第二和第四下微分電晶體Q2和Q4之間還應該放置更多的電阻。而且，當功率放大器460的輸出波形V0開始削波時，第一削波電壓VCP1小於輸入電壓V1，其小於量為2n倍於下微分電晶體的閾值電壓。這裡，n代表下微分電晶體的數量。在本發明的優選實施例中，當功率放大器460的輸出波形V0開始削波時，輸入電壓V1與第一分壓VP1相等。
第四和第五偏置電晶體BTR4和BTR5連接到負的內部電源-1VCC，形成電流反射鏡，並且將偏置電壓提供給預定的第二微分放大裝置430。第六偏置電晶體BTR6連接到第四偏置電晶體BTR4，並且將偏置電壓提供給第二微分放大裝置430。
第二恆流源IC2連接於第六偏置電晶體BTR6和正的內部電源電壓1VCC，並控制第六偏置電晶體BTR6。第二微分放大裝置430接收第二分壓VP2和輸入電壓V1。如果輸入電平V1介於第二削波電壓VCP2和第二分壓VP2間，第二微分放大裝置430生成第三輸出信號OUTS3。當輸入電平V1超過第二分壓VP2時，第二微分放大裝置430生成第四輸出信號OUTS4。
更具體講，第二微分放大裝置430包括第一上微分電晶體Q12，其集電極連接到第五偏置電晶體BRT5的集電極和基極，第二分壓VP2提供給其基極；第二上微分電晶體Q13，其集電極連接到第五偏置電晶體BTR5的集電極和基極，輸入電壓提供給其基極；第三上微分電晶體Q10，其發射極連接到第五上微分電晶體Q12的發射極，其基極連接到第六偏置電晶體BTR6的基極，其集電極生成第四輸出信號；第四上微分電晶體Q11，其發射極連接到第二上微分電晶體Q13，其基極連接到第六偏置電晶體BTR6的基極；以及第二有源負載裝置435，它連接於第三和第四上微分電晶體Q10和Q11的集電極與正的內部電源電壓1VCC之間，並生成第三輸出信號OUTS3。
第二有源負載裝置435包括第一上負載電晶體Q7，其集電極連接到第三上微分電晶體Q10的集電極，其發射極連接到正的內部電源電壓1VCC；以及第二上負載電晶體Q8，其集電極連接到第四上微分電晶體Q11的集電極，其基極和集電極共同連接到第一上負載電晶體Q7的基極，其發射極連接到正的內部電源電壓1VCC。第三輸出信號OUTS3從第二有源負載裝置435的第一和第二上負載電晶體Q7和Q8的基極輸出。
在第一和第三上微分電晶體Q12和Q10之間，以及第二和第四上微分電晶體Q13和Q11之間還應再放置一些附加電阻。第二削波電壓VCP2大於輸入電壓V1(當功率放大器460的輸出波形V0開始削波時)，其大於量為2m倍於上微分電晶體的閾值電壓。這裡，m代表上微分電晶體的數量。在本發明的優選實施例中，當輸出波形V0開始削波時，功率放大器460的輸入電壓V1與第二分壓VP2相等。
在第一輸出電壓控制裝置440中，輸入電阻R0串接在負的內部電源電壓-1VCC與輸入電壓V1之間，並作用於連接到功率放大器460的輸出節點NOUT。第一輸出電壓控制裝置440相應於第一和第二輸出信號OUTS1和OUTS2降低了輸入電平V1，並且將輸入電壓V1提供給功率放大器460。
更具體講，第一輸出電壓控制裝置440包括第一下控制電晶體Q14，其發射極連接到負的內部電源電壓-1VCC，第一輸出信號OUTS提供給其基極；以及第二下控制電晶體Q16，其發射極連接到負的內部電源電壓-1VCC，第二輸出信號OUTS2提供給其基極，其集電極連接到輸出節點NOUT。
第二輸出電壓控制裝置450連接於正的內部電源電壓1VCC與輸出節點NOUT之間，並且相應於第三和第四輸出信號OUTS3和OUTS4增大了輸入電壓V1的電平。另外，第二輸出電壓控制裝置450將輸入電壓V1提供給功率放大器460。
更具體講，第二輸出電壓控制裝置450包括第一上控制電晶體Q9，其發射極連接到正的內部電源電壓1VCC，第三輸出信號OUTS3提供給其基極，而其集電極連接到輸出節點NOUT；以及第二上控制電晶體Q15，其發射極連到正的內部電源電壓1VCC，第四輸出信號OUTS4提供給其基極，其集電極連接到輸出節點NOUT。
圖5表示了圖4的功率放大器削波電路的輸出波形的波形圖，總波形圖由標號500表示。這裡，原始輸入波形510被削波成輸出波形512，而沒有高頻失真。另外，在削波區域確實沒有諸如典型電路中電容或其它同類產品所造成的其它附加失真。
參照圖4和圖5，按照本發明的功率放大器削波電路的工作將在此詳細介紹。假定功率放大器460的增益是AV，第一分壓電阻R1和第二分壓電阻R2的值首先設置使得(R1+R2)/R2＝AV。由於第三分壓電阻R3和第四分壓電阻R4的值分別與和第一分壓電阻R1和第二分壓電阻R2的值相等，如果第一到第四分壓電阻的電阻值設置為滿足以上公式，當功率放大器460的輸出V0被削波時，第一分壓VP1和第二分壓VP2達到與輸入電壓V1相同的值。在這種情況下，假定放大器460動態範圍由正的外部電源電壓+VCC和負的外部電源電壓-VCC所定義的區間給定。實際上，放大器460內部的裝置限定了這個動態範圍，因此，由於該偏置值可以通過調整電阻R1和R4的值來補償，接受以上的動態範圍是為方便描述的公平合理的假設。
當輸入電壓V1小於第一分壓VP1並且大於第二分壓VP2時，即，當輸入電壓V1在輸出波形V0沒有被削波的間隔內擺動時，第一微分放大裝置420的第二下微分電晶體Q2和第二微分放大裝置430的第二上微分電晶體Q13關斷。相應地，第一輸出電壓控制裝置440的第一下控制電晶體Q14和第二下控制電晶體Q16，以及第二輸出電壓控制裝置450的第一上控制電晶體Q9和第二上控制電晶體Q15都關斷。由於電流不流經串接在輸入電壓V1和輸出節點NOUT之間的輸入電阻R0，在輸入電壓V1中沒有發生電壓降，整個輸入電壓V1提供給功率放大器460，從而開始執行正常的工作。
如果輸入電壓V1接近第一分壓VP1，第一微分放大裝置420的第二下微分電晶體Q2進入活動區域，電流開始流經第二下微分電晶體Q2，電流流過第四下微分電晶體Q4以及第一有源負載裝置425的第二下負載電晶體Q6。第二下負載電晶體Q6生成第一輸出信號OUTS1，第一輸出信號OUTS1提供給第一輸出電壓控制裝置440的第一下控制電晶體Q14。這表明第一輸出信號OUTS1從第二下微分電晶體Q2流向第二下負載電晶體Q6。
由於電流開始流經輸入電阻R0，在輸入電阻R0上發生電壓降。當輸入電壓V1被輸入電壓在R0上的電壓降減小時，預定的電壓小於輸入電壓V1，該減小後的輸入電壓提供給功率放大器460，從而對功率放大器460的輸出波形V0進行削波。基於功率放大器460的工作，輸出波形V0得以平滑輸出，其電壓比對輸出波形V0進行削波時的電壓要低預定的程度。這些在圖5中以(i)表示。
更具體講，第一微分放大裝置420的第二下微分電晶體Q2的輸入電壓V1開始進入活動區域輸入電壓V1的值大約為「第一分壓VP1-8*VT」，其中VT是第一到第四下微分電晶體Q1到Q4的閾值。這是因為第一微分放大裝置420有2對圖4中所示的本發明的典型實施例中的第一到第四下微分放大裝置Q1到Q4的結構。這裡及以後用到的參數符號(*)代表基本的算術相乘。並且，以後第二下微分放大裝置Q2開始進入活動區域的電平值被稱為第一削波電壓VCP1。
第一削波電壓VCP1大約為8*VT，小於功率放大器460的輸出波形V0開始削波時的輸入電平V1。因此，V1與本發明的實施例中的第一分壓VP1的電平值相等。這意味著提供給功率放大器460的輸入電壓V1的電平值自第一削波電壓VCP1減小，而且從輸出的角度來講，輸出波形V0平滑輸出，其電壓大約為8*VT*AV，比輸入波形V0被削波的電壓值要小。
在圖5的實施例中，在第一微分放大裝置420的第一和第三下微分放大裝置Q1和Q3之間，以及在第二和第四下微分放大裝置Q2和Q4之間，應該放置更多的電阻設備。這裡的電阻設備可以是普通電阻也可以是二極體。通過增加更多的電阻或二極體，輸出波形V0可以控制得更加線性。
如果輸入電壓V1變為高於第一分壓VP1，第一微分放大裝置420的第二下微分電晶體Q2的電流值增大，並提供給第二下負載電晶體Q6。由於第一下負載電晶體Q5與第二下負載電晶體Q6是電流鏡像關係，第一下負載電晶體Q5的電流增大，並且生成了第二輸出信號OUTS2，它是電流信號，提供給第二下控制電晶體Q16。因此，第二負載控制電晶體Q16接通。
第二負載控制電晶體Q16的發射極電流及第一負載控制電晶體Q14的集電極電流相加，流經輸入電阻R0。另外，儘管第一下控制電晶體Q14的電流等於[第四下微分電晶體Q4的電流*第二下負載電晶體Q6和第一下控制電晶體Q14的電流反射鏡率]，第二下控制電晶體Q16的電流約等於[(第四下微分電晶體Q4的集電極電流-第三下微分電晶體Q3的集電極電流)*第二下控制電晶體Q16的電流增益值]。因此，當輸入電壓V1大於第一分壓VP1時，流經輸入電阻R0的電流比輸入電壓V1介於第一削波電壓VCP1和第一分壓VP1之間時大。
這就意味著儘管理論上輸入電壓V1變得比第一分壓VP1大，但輸入到電源放大器460的輸入電壓V1比第一分壓VP1僅僅大一個很小的值。因為輸入電壓V1不超過以上值，此電壓下輸出波形V0被削波，即，第一分壓VP1超過原始信號加一個很小的值，電源放大器460的輸出波形V0被幾乎水平削波。如圖5(ii)中所示。
當輸入電壓V1接近第二分壓VP2時，第二微分放大裝置430和第二輸出電壓控制裝置450的工作與輸入電壓V1接近第一分壓VP1時第一微分放大裝置420和第一輸出電壓控制裝置440的工作相同，不同的是其電流相反。因此，不再重複描述。
功率放大器削波電路400的工作將根據輸入電壓V1的值分成三部分進行描述。首先，在正常工作期間，輸入電壓V1大於「第二分壓VP1+8*VT」，並小於「第一分壓VP1-8*VT」，並且沒有電流流經輸入電阻R0。因此，提供給功率放大器460的輸入電壓V1沒有改變。
第二，在輸入波形V0被平滑削波期間，輸入電壓V1大於第二分壓VP2並小於「第二分壓VP2+8*VT」，或者，輸入電壓V1大於「第一分壓VP1-8*VT」，並且小於第一分壓VP1。流經輸入電阻R0的電流是第一上控制電晶體Q9或第一下控制電晶體Q14的集電極電流。因此，提供給功率放大器460的輸入電壓V1是「輸入電壓V1-(第一上控制電晶體Q9或第一下控制電晶體Q14)*輸入電阻R0」。
第三，在輸出波形V0被完全削波期間，輸入電壓V1大於第一分壓VP1或小於第二分壓VP2。流經輸入電阻R0的電流等於「第一下控制電晶體Q14+第二下控制電晶體Q16的電流」或者「第一上控制電晶體Q9+第一上控制電晶體Q15的電流」。因此，提供給功率放大器460的輸入電壓V1等於「輸入電壓V1-(第一下控制電晶體Q14的電流+第二下控制電晶體Q16的電流，或者，第一上控制電晶體Q9的電流+第一上控制電晶體Q15的電流)*輸入電阻R0」。
按照本發明的功率放大器削波電路400，甚至當削波開始時，功率放大器460的反饋環也沒有斷並且處於正常狀態，因而沒有由於引入表示揚聲器的電感L的負載而產生高頻噪聲。而且，因為沒有使用電容，因而沒有電容的放電，使得輸出波形V0小於有電容時的輸出波形。
在先前技術中的功率放大器削波電路200中，輸出波形V0僅有正常的工作間隔和完全的削波間隔，因此可能在正常工作期間和完全削波期間的邊界處輸出波形V0發生突然變化，從而產生噪聲。然而，在本發明中，這樣的噪聲不可能產生。
通過對第一微分放大裝置420或第二微分放大裝置430中增加二極體或發射極電阻，可以改變電路的結構，因此第一或第二削波電壓值VCP1或VCP2也可以改變。
如以上描述，按照本發明的功率放大器削波電路防止了由於加入過大的輸入電壓而使輸出波形發生削波時產生輸出波形的突然變化，而且使得施加放大的輸入電壓之後發生的輸出波形與原始波形相同。
到此為止，最佳的實施例在附圖和說明書中描述，儘管這裡使用了具體的術語，它們僅僅是為了通過示例來解釋本發明。因此，本發明並不局限於以上描述的實施例，在本發明的精神和範圍內可以做各種變化。相應地，本發明的範圍並不由所說明的內容來限定，而是由權利要求書的內容限定。
權利要求
1.一種功率放大器削波電路，包括輸入電平分壓裝置，用於生成第一分壓和第二分壓，該第一分壓和第二分壓用於劃分輸入電壓所屬的電平的間隔；第一偏置電晶體和第二偏置電晶體，它們連接到正的內部電源電壓，第一和第二偏置電晶體形成電流反射鏡，並且將偏置電壓提供給預定的第一微分放大裝置；第三偏置電晶體，它連接到第一偏置電晶體並且將偏置電壓提供給第一微分放大裝置；第一恆流源，它連接到第三偏置電晶體和負的內部電源電壓，並且控制第三偏置電晶體；所述第一微分放大裝置，它接收第一分壓和輸入電壓，並且，如果輸入電壓的電平介於第一分壓和預定的第一削波電壓之間，則生成第一輸出信號，而如果輸入電壓的電平超過第一分壓，則生成第二輸出信號；第四偏置電晶體和第五偏置電晶體，它們連接到負的內部電源電壓，該第四偏置電晶體和第五偏置電晶體形成電流反射鏡，並且將偏置電壓提供給預定的第二微分放大裝置；第六偏置電晶體，它連接到第四偏置電晶體並且將偏置電壓提供給第二微分放大裝置；第二恆流源，它連接到第六偏置電晶體和正的內部電源電壓，並且控制第六偏置電晶體；第二微分放大裝置，它接收第二分壓和輸入電壓，並且，如果輸入電壓的電平介於預定的第二削波電壓和第二分壓之間，則產生第三輸出信號，而如果輸入電壓的電平超過第二分壓，則產生第四輸出信號；第一輸出電壓控制裝置，它連接於負的內部電源電壓和一個輸出節點之間，其中串接到輸入電壓的輸入電阻連接到功率放大器，並且，響應第一和第二輸出信號，降低輸入電壓的電平，並且將輸入電壓提供給功率放大器；及第二輸出電壓控制裝置，它連接於正的內部電源電壓和輸出節點之間，響應於第三和第四輸出信號，提高輸入電壓的電平，並且將輸入電壓提供給功率放大器。
2.按照權利要求1所述的功率放大器削波電路，其中，所述的輸入電平分壓裝置包括第一分壓電阻，其一端連接到正的外部電源電壓，而另一端連接到生成第一分壓的第一節點；第二分壓電阻，其一端連接到第一節點，而另一端連接到地；第三分壓電阻，其一端連接到地，而另一端連接到第二節點並且生成第二分壓；第四分壓電阻，其一端連接到第二節點，而另一端連接到負的外部電源電壓。
3.按照權利要求2所述的功率放大器削波電路，其中，所述的第二分壓電阻和第三分壓電阻具有相同的阻值，而第一分壓電阻和第四分壓電阻具相同的阻值。
4.按照權利要求2所述的功率放大器削波電路，其中，所述的功率放大器的增益是通過將第一分壓電阻的阻值與第二分壓電阻的阻值之和除以第二分壓電阻的阻值而得到的。
5.按照權利要求1所述的功率放大器削波電路，其中，所述的第一微分放大裝置包括第一下微分電晶體，其集電極連接到第二偏置電晶體的集電極和基極，所述第一分壓提供給其基極；第二下微分電晶體，其集電極連接到第二偏置電晶體的集電極和基極，所述輸入電壓提供給其基極；第三下微分電晶體，其發射極連接到第一下微分電晶體的發射極，其基極連接到第三偏置微分電晶體的基極，其集電極產生所述第二輸出信號；第四下微分電晶體，其發射極連接到第二下微分電晶體的發射極，其基極連接到第三偏置電晶體的基極；及第一有源負載裝置，它連接於第三和第四下微分電晶體的發射極與負的內部電源電壓之間，並且生成第一輸出信號。
6.按照權利要求5所述的功率放大器削波電路，其中，所述的第一有源負載裝置包括第一下負載電晶體，其集電極連接到第三下微分電晶體的集電極，其發射極連接到負的內部電源電壓；及第二下負載電晶體，其集電極連接到第四下微分電晶體的集電極，其基極和集電極共同連接到第一下負載電晶體的基極，其發射極連接到負的電源電壓，其中第一輸出信號從第一和第二下負載電晶體的基極輸出。
7.按照權利要求5所述的功率放大器削波電路，還包括位於第一和第三下微分電晶體之間以及第二和第四下微分電晶體之間的多個電阻設備。
8.按照權利要求1所述的功率放大器削波電路，其中，所述的第一削波電壓小於當功率放大器的輸出波形開始被削波時的輸入電壓，其小於量2n倍於下微分電晶體的閾值電壓，其中n代表下微分電晶體的數量。
9.按照權利要求8所述的功率放大器削波電路，其中，所述的輸入電壓在功率放大器的輸出波形開始被削波時與第一分壓具有相同的電平。
10.按照權利要求1所述的功率放大器削波電路，其中，所述的第二微分放大裝置包括第一上微分電晶體，其集電極連接到第五偏置電晶體的集電極和基極，所述第二分壓提供給其基極；第二上微分電晶體，其集電極連接到第五偏置電晶體的集電極和基極，所述輸入電壓提供給其基極；第三上微分電晶體，其發射極連接到第一上微分電晶體的發射極，其基極連接到第六偏置電晶體的基極，其集電極生成所述第四輸出信號；第四上微分電晶體，其發射極連接到第二上微分電晶體的發射極，其基極連接到第六偏置電晶體的基極；及第二有源負載裝置，它連接於第三和第四上微分電晶體的集電極與正的內部電源電壓之間，並且生成所述第三輸出信號。
11.按照權利要求10所述的功率放大器削波電路，其中，所述的第二有源負載裝置包括第一上負載電晶體，其集電極連接到第三上微分電晶體的集電極，其發射極連接到正的內部電源電壓的發射極；及第二上負載電晶體，其集電極連接到第四上微分電晶體的集電極，其基極和集電極共同連接到第一上負載電晶體的基極，其發射極連接到正的內部電源電壓，其中第三輸出信號從第一和第二上負載電晶體的基極輸出。
12.按照權利要求10所述的功率放大器削波電路，還包括位於第一和第三上微分電晶體之間以及第二和第四上微分電晶體之間的多個電阻設備。
13.按照權利要求1所述的功率放大器削波電路，其中所述的第二削波電壓大於當功率放大器的輸出波形開始被削波時的輸入電壓，其大於量2m倍於上微分電晶體的閾值電壓，其中m表示上微分電晶體的數量。
14.按照權利要求13所述的功率放大器削波電路，其中，所述的輸入電壓在功率放大器的輸出波形開始被削波時具有與第二分壓相同的電平。
15.按照權利要求1所述的功率放大器削波電路，其中，所述的第一輸出電壓控制裝置包括第一下控制電晶體，其發射極連接到負的內部電源電壓，所述第一輸出信號提供給其基極，其集電極連接到輸出節點；及第二下控制電晶體，其發射極連接到負的內部電源電壓，所述第二輸出信號提供給其基極，其集電極連接到所述輸出節點。
16.按照權利要求1所述的功率放大器削波電路，其中，所述的第二輸出電壓控制裝置包括第一上控制電晶體，其發射極連接到正的內部電源電壓，所述第三輸出信號提供給其基極，其集電極連接到所述輸出節點；及第二上控制電晶體，其發射極連接到正的內部電源電壓，所述第四輸出信號提供給其基極，其集電極連接到所述輸出節點。
17.一種用於對功率放大器的輸出進行削波的方法，該方法包括接收一個輸入電壓；生成第一和第二分壓，該第一和第二分壓對輸入電壓的間隔進行分壓；比較輸入電壓與第一分壓以及預定第一削波電壓；如果輸入電壓的電平介於第一分壓和第一削波電壓之間，則生成第一輸出信號；如果輸入電壓的電平超過第一分壓，則生成第二輸出信號；比較輸入電壓與第二分壓以及預定的第二削波電壓；如果輸入電壓的電平介於第二削波電壓和第二分壓之間，則生成第三輸出信號；如果輸入電壓的電平超過第二分壓，則生成第四輸出信號；響應於第一和第二輸出信號，向下調整輸入電壓的電平；響應於第三和第四輸出信號，向上調整輸入電壓的電平；及將調整後的輸入電壓提供給功率放大器。
18.按照權利要求17中定義的方法，其中至少存在下列情況之一削波開始時輸入電壓具有與第一分壓相同的電平；削波開始時第一削波電壓是小於輸入電壓的預定量；以及削波開始時第二削波電壓是大於輸入電壓預定量。
19.一種用於功率放大器的削波電路，該削波電路包括接收器裝置，用於接收一個輸入電壓；分壓器裝置，用於生成第一和第二分壓，該第一和第二分壓對輸入電壓的間隔進行分壓；第一比較器裝置，用於比較輸入電壓與第一分壓及預定的第一削波電壓；第一生成器裝置，如果輸入電壓的電平介於第一分壓和第一削波電壓之間，則生成第一輸出信號；第二生成器裝置，如果輸入電壓的電平超過第一分壓，則生成第二輸出信號；第二比較器裝置，用於比較輸入電壓與第二分壓以及預定的第二削波電壓；第三生成器裝置，如果輸入電壓的電平介於第二削波電壓和第二分壓之間，則生成第三輸出信號；第四生成器裝置，如果輸入電壓超過第二分壓，則生成第四輸出信號；第一調整器裝置，用於響應於第一和第二輸出信號，向下調整輸入電壓的電平；第二調整器裝置，用於響應於第三和第四輸出信號，向上調整輸入電壓的電平；及供給器裝置，用於將調整後的輸入電壓提供給功率放大器。
20.按照權利要求19中定義的削波電路，還包括下列裝置中的至少一個第一分配裝置，用於在削波開始時，分配基本上與輸入電壓電平相等的第一分壓；第二分配裝置，用於在削波開始時，分配第一削波電壓作為小於輸入電壓的預定值；及第三分配裝置，用於在削波開始時，分配第二削波電壓作為大於輸入電壓的預定值。
全文摘要
一種最小化輸出失真和高頻噪聲的功率放大器削波電路，包括輸入電平分壓裝置，生成第一和第二分壓；第一和第二偏置電晶體，將偏壓供給預定第一微分放大裝置；第三偏置電晶體，將偏壓供給第一微分放大裝置；第一恆流源，控制第三偏置電晶體；第一微分放大裝置，生成第一或第二輸出信號；第四和第五偏置電晶體，將偏壓供給預定第二微分放大裝置；第六偏置電晶體，將偏壓供給第二微分放大裝置；第二恆流源，控制第六偏置電晶體；第二微分放大裝置，生成第三或第四輸出信號；第一和第二輸出電壓控制裝置，分別降低和提高輸入電壓電平。本發明防止由過大輸入電壓使輸出波形削波時輸出波形的突變，使得過大輸入電壓後立即發生的輸出波形等於原始波形。
文檔編號H03G7/06GK1435945SQ0215223
公開日2003年8月13日 申請日期2002年11月21日 優先權日2002年1月26日
發明者李廷仁 申請人:三星電子株式會社