任意比特全數字音頻功放超大規模集成晶片的製作方法
2023-05-17 10:15:46
專利名稱：任意比特全數字音頻功放超大規模集成晶片的製作方法
技術領域：
本適用新型涉及一種全數字功率放大器集成晶片。具體說是一種「任意比特全數字音頻功放超大規模集成晶片」。
目前各類音響設備、通訊廣播設備及工業設備所用的功率放大器為模擬功率放大器，其特點是所有電晶體都工作於線性導通區，即模擬波形放大狀態，其缺點是信號容易受幹擾，且難於大規模處理，不便於傳輸，效率低等。
本適用新型的目的在於提供一種任意比特全數字音頻功放超大規模集成晶片，使功放全數位化，減少失真，提高效率，增加可控性。
本適用新型的技術方案如下本全數字功率放大器由兩片集成電路組成，第一片由輸入選擇器、串並轉換電路、數字比較器、反相器、三角波發生器、雙路比較器、輸出選擇器及音量控制器等組成信號處理晶片。第二片集成電路由預放大器、反寬H橋轉換器、音量調節器等組成功率放大晶片。
小信號處理晶片有兩路輸入信號，第一路為數位訊號輸入端，經輸入選擇器連接至串並轉換器再連接數字比較器後將輸出信號連接到輸出選擇器進行數位訊號選擇輸出。第二路輸入信號為模擬信號輸入端，此端模擬信號和其反相後的模擬信號連接到雙路比較器，三角波發生器同時連接到雙路比較器，三信號比較後再連接到數字選擇器B進行數位訊號選擇輸出。經過輸出選擇器選擇輸出的信號連接到功率放大晶片的預放大器進行預放大後再連接到反寬H橋轉換器放大輸出功率推動信號，音量調節器也連接到反寬H橋轉換器進行音量控制。
通過設置串並轉換器、數字比較器的轉換精度，可使放大器對任意比特率(1～Nbit其中N為任意整數)及任意數字取樣率(1～FKHz其中F為任意整數)的數字音頻信號進行放大。
本適用新型的優點在於1、可使視聽設備完全數位化，使系統更加匹配，信號更易於控制、傳輸和處理。2、提高保真度及電源效率，其提高幅度可達600％。
下面以16bit為例結合附圖加以說明
圖1是本適用新型中功放集成晶片的總體電路結構方框圖；圖2是本適用新型信號處理晶片中「輸入選擇器」、「串並轉換器」、「數字比較器」及「輸出選擇器」的電路原理圖；圖3是本適用新型信號處理晶片中「反相器」、「三角波發生器」、「雙路比較器」的電路原理圖；圖4是本適用新型信號處理晶片中「音量控制器」電路原理圖；圖5是本適用新型中「功率放大晶片」部分的電路原理圖。
由圖1可以看到兩個虛線框，其分別代表本適用新型全數字功放的兩片集成電路，第一片由第一虛線框中的輸入選擇器、串並轉換電路、數字比較器、反相器、三角波發生器、雙路比較器、輸出選擇器及音量控制器等組成信號處理晶片。第二片集成晶片由第二虛線框中的預放大器、反寬H橋轉換器、音量調節器等組成功率放大晶片。
圖1中，小信號處理晶片有兩路輸入信號，第一路為數位訊號輸入端，經輸入選擇器連接至串並轉換器再連接數字比較器後將輸出信號連接到輸出選擇器進行數位訊號選擇輸出。第二路輸入信號為模擬信號輸入端，此端模擬信號和其反相後的模擬信號連接到雙路比較器，三角波發生器同時連接到雙路比較器，三信號比較後再連接到輸出選擇器進行數位訊號選擇輸出。
圖1中，功率放大晶片結構為將輸出選擇器輸出端連接到功率放大晶片的預放大器進行預放大後再連接到反寬H橋轉換器放大輸出功率音頻信號，音量調節器也連接到反寬H橋轉換器進行音量控制。
圖2至圖5中可以看到本適用新型任意比特全數字音頻功放超大規模集成晶片的實施例。
圖2中，輸入選擇器U106 74HC251CUS為八選一串行數據數字選擇器，其輸出端連接16bit串並轉換器U101、U100並輸出16bit數字音頻信號，其輸出端連接由U107～U111及U117組成的數字比較器的比較輸入P端，而比較輸入Q端則連接由U102～U105組成的16bit基準數字比較信號發生器的輸出端，基準數字比較信號是計數器74HC161對系統時鐘SCLK計數而獲得。數字比較器的輸出信號為雙路反寬度PWM信號，此輸出端P＜Q、P＞Q連接U116A、U116B、U115A、U118A、U114A、U114B進行緩衝、保持、再緩衝，輸出後再連接輸出選擇器U113，使輸出端得到選擇輸出信號。
圖3可以看到當輸入信號為模擬信號時，首先由U201、U200A組成的同相、反相放大器將輸入信號處理成互為反相的兩個信號並送入與其相連的雙路比較器U204A、U204B同相輸入端，與連接在反相輸入端的三角波發生器U202、U203送來的三角波進行比較後輸出雙路反寬PWM信號，雙路比較器的輸出端PWMOUT2A、PWMOUT2B連接到圖2的PWMIN2A及PWMIN2B端參與選擇輸出。
圖5是功率放大晶片原理圖，其輸入端PWM IN1、PWM IN2與圖2中輸出選擇器U113的輸出端PWM OUT1、PWM OUT1相連，T1～T8組成雙路預放大器，其輸出端分別與T9、T11及T10、T12組成的反寬H橋轉換器的輸入端相連，反寬H橋轉換器的輸出端在使用中連接外部的低通濾波器L1、L1、C1作為最後的功率輸出用以推動揚聲器工作。串於反寬H橋轉換器與電源之間的音量調節器T13的輸入端CONTROL IN與圖4音量控制器中的CONTROL OUT相連，通過改變T13的導通時來控制電源電壓VCC的大小，從而改變輸出功率、達到調節音量的目的。
圖4為音量控制器，其中U302A、U302B為2Hz方波發生器，經控制器U300C、U300B連接到可逆計數器U303的UP、DOWN端，進行二進位計數，AN1、AN2是手動音量調節按鈕。計數器U303的輸出端Q0～Q5或門U308、U309連接到控制放電電阻的6雙向模擬開關U304的控制輸入端C1～C6，二進位控制信號控制6路雙向模擬開關I/O1～I/O6的通斷，從而改變佔空比可調方波發生器的振動電容C302的充電時間。上述二進位控制信號被U310反相後連接到控制放電電阻的6雙向模擬開關U305的控制輸入端C1～C6，反相後的二進位控制信號控制6路雙向模擬開關I/O1～I/O6的通斷，從而改變佔空比可調方波發生器的振動電容C302的放電時間，如圖中充電、放電電阻的排列關係是振蕩頻率不變，佔空比改變。佔空比可調方波發生器U306A的輸出端2腳連接緩衝放大器U301由CONTROLOUT端連接到圖5的CONTROL IN端子進行音量控制。圖中端子CONTROL D0～CONTROL D5為外部控制輸入端。整個音量控制精度為64階變化，每階1.5dB。
權利要求1.一種任意比特全數字音頻功放超大規模集成晶片，其特徵在於它由兩片集成電路組成，第一片由輸入選擇器、串並轉換電路、數字比較器、反相器、三角波發生器、雙路比較器、輸出選擇器及音量控制器等組成信號處理晶片；第二片集成電路由預放大器、反寬H橋轉換器、音量調節器等組成功率放大晶片；小信號處理晶片有兩路輸入信號，第一路為數位訊號輸入端，經輸入選擇器連接至串並轉換器再連接數字比較器後將輸出信號連接到輸出選擇器進行數位訊號選擇輸出，第二路輸入信號為模擬信號輸入端，此端模擬信號和其反相後的模擬信號連接到雙路比較器，三角波發生器同時連接到雙路比較器，三信號比較後再連接到數字選擇器B進行數位訊號選擇輸出。經過輸出選擇器選擇輸出的信號連接到功率放大晶片的預放大器進行預放大後再連接到反寬H橋轉換器放大輸出功率推動信號，音量調節器也連接到反寬H橋轉換器進行音量控制。
2.根據權利要求1所述的任意比特全數字音頻功放超大規模集成晶片，其特徵還在於通過設置串並轉換器、數字比較器的轉換精度，可使放大器對任意比特率即1～Nbit其中N為任意整數及任意數字取樣率即1～FKHz其中F為任意整數)的數字音頻信號進行放大。
3.根據權利要求1、2所述的任意比特全數字音頻功放超大規模集成晶片，其特徵還在於通過設置可逆二進位計數器的位數及雙向模擬開關的位數可實現任意階數的音量控制。
專利摘要本實用新型公開了一種任意比特全數字音頻功放超大規模集成晶片它由兩片集成電路組成，第一片由輸入選擇器、串並轉換電路、數字比較器、反相器、三角波發生器、雙路比較器、輸出選擇器及音量控制器等組成信號處理晶片。第二片集成電路由預放大器、反寬H橋轉換器、音量調節器等組成功率放大晶片。通過設置串並轉換器、數字比較器的轉換精度，可使放大器對任意比特率(1～Nbit其中N為任意整數)及任意數字取樣率(1～FKHz其中F為任意整數)的數字音頻信號進行放大。本實用新型的優點在於1.可使視聽設備完全數位化，使系統更加匹配，信號更易於控制、傳輸和處理。2.提高保真度及電源效率，其提高幅度可達600％。
文檔編號H01L27/00GK2652040SQ03242769
公開日2004年10月27日 申請日期2003年3月31日 優先權日2003年3月31日
發明者閻文革 申請人:閻文革