放大器的製作方法

2023-08-09 04:39:16

專利名稱：放大器的製作方法
技術領域：
本發明有關於一种放大器，特別有關於一種低成本的多用途放大器。
背景技術：
在可攜式通信裝置中，音頻信號可能會在可攜式通信裝置操作在不同的模式下時通過不同的放大裝置來輸出，而不同的放大裝置是用來分別產生具有不同的聲音的音頻信號，因此，可攜式通信裝置的音頻子系統可能包含多組不同的放大器，其中每一組放大器都是用來以特定功率範圍來放大音頻信號。舉例來說，當使用者使用聽筒(ear speaker)來聆聽可攜式通信裝置所產生的音頻輸出時，音頻子系統中用來放大預先輸出(pre-output)的音頻信號的放大器可能是AB類放大器；當用戶使用耳機(headphone)來聆聽可攜式通信裝置所產生的音頻輸出時，音頻子系統中用來放大預先輸出的音頻信號的放大器可能是另一 AB類放大器；當使用者使用免持聽筒(hands-free speaker)來聆聽可攜式通信裝置所產生的音頻輸出時，音頻子系統中用來放大預先輸出的音頻信號的放大器可能是D類放大器或是AB類放大器。在現有的音頻子系統中，會使用三組分開的放大器來設計上述的放大器，因此，上述的放大器在可攜式通信裝置中便佔用很大的面積。當前，大面積的音頻子系統會造成可攜式通信裝置產品的競爭力降低，因此，如何降低音頻子系統的尺寸或是硬體需求已成為此領域所急需解決的問題之一。

發明內容
有鑑於此，特提供以下技術方案:本發明的實施方式提供一种放大器，包含第一操作信號路徑、第二操作信號路徑以及輸出級。第一操作信號路徑用來在放大器的第一操作模式下依據輸入信號來產生第一預先輸出信號；第二操作信號路徑用來在放大器的第二操作模式下依據輸入信號來產生第二預先輸出信號；以及輸出級耦接至第一操作信號路徑以及第二操作信號路徑，用來在第一操作模式下依據第一預先輸出信號來輸出第一輸出信號，以及在第二操作模式下依據第二預先輸出信號來輸出第二輸出信號；其中第一操作信號路徑以及第二操作信號路徑共享至少一個共同電路組件而分別在第一操作模式下以及第二操作模式下產生第一預先輸出信號和第二預先輸出信號。以上所述的放大器通過在不同操作模式下共享電路組件而具有大幅地降低的尺寸。


圖1是依據本發明第一實施例的放大器的示意圖。圖2A是圖1所示的放大器操作在切換模式下的示意圖。圖2B是圖1所示的放大器操作在線性模式下的示意圖。圖3是依據本發明第二實施例的放大器的示意圖。
圖4是依據本發明第三實施例的放大器的示意圖。圖5A是圖4所示的放大器操作在切換模式下的示意圖。圖5B是圖4所示的放大器操作在線性模式下的示意圖。圖6是依據本發明第四實施例的放大器的示意圖。圖7A是圖6所示的放大器操作在切換模式下的示意圖。圖7B是圖6所示的放大器操作在線性模式下的示意圖。圖8A是依據本發明第五實施例的放大器操作在切換模式的示意圖。圖SB是依據本發明第五實施例的放大器操作在線性模式的示意圖。
具體實施例方式在說明書及權利要求書當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬技術領域的技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及權利要求書並不以名稱的差異作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異作為區分的準貝U。在通篇說明書及權利要求項中所提及的「包含」為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置耦接於第二裝置，則代表第一裝置可直接電氣連接於第二裝置，或透過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至第二裝置。請參考圖1，圖1為依據本發明第一實施例的放大器100的示意圖。具體來說，放大器100可以是可攜式通信裝置中的多用途音頻放大器，該可攜式通信裝置可以在不同的模式下分別使用不同的輸出功率來輸出不同的音頻信號。應注意的是，音頻信號的不同功率可分別產生不同的音量，舉例來說，當使用者使用耳機或是聽筒來聆聽該可攜式通信裝置所產生的音頻輸出時，所輸出的音頻信號的功率可能很小但卻具有較高的線性度(linearity);當使用者使用免持聽筒來聆聽該可攜式通信裝置所產生的音頻輸出時，所輸出的音頻信號的功率可能很大但卻具有較低的線性度，因此，在此實施例中，放大器100的操作具有兩種不同的操作模式:第一操作模式為切換模式(switch mode)，而第二操作模式則是線性模式(linear mode)。應注意的是，放大器100的切換模式能夠產生具有較高功率以及較低線性度的音頻信號，而放大器100的線性模式則能夠產生具有較低功率以及較高線性度的音頻信號，舉例來說，切換模式可以是放大器100的D類模式(class-D mode)，而線性模式則可以是放大器100的AB類模式(class-AB mode)、H類模式(class-H mode)或是 G 類模式(class-G mode)ο在此實施例中，放大器100包含第一操作信號路徑102、第二操作信號路徑104以及輸出級106。第一操作信號路徑102用來在放大器100的切換模式下依據輸入信號Sin來產生第一預先輸出信號(pre-output signal )SpI ;第二操作信號路徑104用來在放大器100的線性模式下依據輸入信號Sin來產生第二預先輸出信號Sp2。輸出級106耦接至第一操作信號路徑102以及第二操作信號路徑104，並用以在切換模式下依據第一預先輸出信號Spl來輸出第一輸出信號Sol,以及在線性模式下依據第二預先輸出信號Sp2來輸出第二輸出信號So2。此外,第一操作信號路徑102以及第二操作信號路徑104共享(share)至少一個共同電路組件(common circuit element),以分別在切換模式下以及線性模式下產生第一預先輸出信號Spl和第二預先輸出信號Sp2。
請一併參考圖2A以及圖2B。圖2A為依據本發明實施例的放大器100操作在切換模式下的示意圖。圖2B為依據本發明實施例的放大器100操作在線性模式下的示意圖。當放大器100操作在切換模式下，第一操作信號路徑102包含共同電路級1022、調製電路1024、第一共同反饋電路1026以及第二共同反饋電路1028。共同電路級1022是用來接收輸入信號Sin以產生第一信號SI。調製電路1024是用來對第一信號SI進行調製以產生第一預先輸出信號SpI。第一共同反饋電路1026是稱接於共同電路級1022的一個輸入端(即反相輸入端(_))以及共同電路級1022的輸出端之間，其中共同電路級1022的輸入端是用來接收輸入信號Sin，且共同電路級1022的輸出端是用來輸出第一信號SI。第二共同反饋電路1028耦接於共同電路級1022的輸入端以及輸出級106的輸出端之間，其中輸出級106的輸入端用來輸出第一輸出信號Sol。另一方面，當放大器100操作在線性模式下，第二操作信號路徑104包含共同電路級1022、中間電路級1042、第一共同反饋電路1026以及第二共同反饋電路1028。共同電路級1022用來接收輸入信號Sin以產生第二信號S2。中間電路級1042用來接收第二信號S2以產生第二預先輸出信號Sp2。第一共同反饋電路1026耦接於共同電路級1022的輸出端以及輸出級106的輸出端之間，其中共同電路級1022的輸出端用來輸出第二信號S2，且輸出級106的輸出端用來輸出第二輸出信號So2。第二共同反饋電路1028耦接於共同電路級1022的輸入端以及輸出級106的輸出端之間，其中共同電路級1022的輸入端用來接收輸入信號Sin。依據圖2A以及圖2B，當放大器100操作在切換模式以及線性模式時，共同電路組件包括共同電路級1022、輸出級106、第一共同反饋電路1026以及第一共同反饋電路1028。當放大器100操作在切換模式下，第二操作信號路徑104的中間電路級1042從共同電路級1022的輸出端被斷開(或中間電路級1042隻是被關閉)。當放大器100操作在線性模式下，第一操作信號路徑102的調製電路1024被關閉(或只是從共同電路級1022的輸出端被斷開)。除此的外，依據本實施例，放大器100亦可另包含第一復用器108、第二復用器109、開關110以及電阻111。第一復用器108是耦接至共同電路級1022的輸入端、輸出級106的輸出端以及第一共反饋電路1026。當放大器100操作在切換模式下，如圖2A所示，第一復用器108用來將共同電路級1022的輸入端耦接至第一共同反饋電路1026，且第一復用器108不會將輸出級106的輸出端耦接至第一共反饋電路1026。當放大器100操作在線性模式下，如圖2B所示，第一復用器108用來將輸出級106的輸出端耦接至第一共反饋電路1026，且第一復用器108不會將共同電路級1022的輸入端耦接至第一共同反饋電路1026。此外，第二復用器109耦接至調製電路1024的輸出端、中間電路級1042的輸出端以及輸出級106的輸入端。當放大器100操作在切換模式下，如圖2A所示，第二復用器109用來將調製電路1024的輸出端耦接至輸出級106，且第二復用器109不會將中間電路級1042的輸出端耦接至輸出級106的輸入端。當放大器100操作在線性模式下，如圖2B所示，第二復用器109用來將中間電路級1042的輸出端耦接至輸出級106，且第二復用器109不會將調製電路1024的輸出端耦接至輸出級106的輸入端。除此之外，開關110耦接於共同電路級1022的輸出端以及中間電路級1042的輸入端之間。開關110是用來在切換模式下將共同電路級1022的輸出端從中間電路級1042的輸入端斷開。電阻111的一端耦接至輸入信號Sin，而電阻111的另一端則耦接至共同電路級1022的輸入端。電阻111是用來在切換模式以及線性模式的期間作為放大器100的共同電阻。另外，依據本實施例，共同電路級1022可以是AB類(Class-AB)差分低噪聲放大器，該AB類差分低噪聲放大器的反相輸入端稱接至輸入信號Sin,而其正相輸入端則稱接至共模電壓(common mode voltage) Vcm0調製電路1024可以是脈衝寬度調製(pulse-width modulation, PWM)電路，但本發明並非以此為限。中間電路級1042可以是AB類放大器，另外，輸出級106可以是互補式金屬氧化物半導體(complementarymetal-oxide-semiconductor，CMOS)驅動器(driver),如圖1所不，其可包含高邊P型金屬氧化物半導體(high side PM0S)電晶體以及低邊N型金屬氧化物半導體(low side NMOS)電晶體，且該互補式金屬氧化物半導體驅動器是耦接至放大器100的供應電壓(即Vdd)或是直接由系統電池所產生的電壓VBAT來供電，然而此非本發明的限制所在。換句話說，在其他實施例中，輸出級106的該高邊電晶體以及該低邊電晶體可以同時為N型金屬氧化物半導體電晶體。輸出級106可以具有級聯(cascade)架構，其中該高邊級以及該低邊級包含多個P型金屬氧化物半導體電晶體以及N型金屬氧化物半導體電晶體。第一共同反饋電路106可以是電容，而第二共同反饋電路1028則可以是電阻。因此，在切換模式的操作期間，第一共同反饋電路1026以及共同電路級1022是用來作為D類放大器的D類積分器(請注意，實施例中僅畫出一個積分器級以作為範例說明，並非用以限制本發明)。調製電路1024所產生的第一預先輸出信號Spl為調製切換信號(例如脈衝寬度調製切換信號)，用來切換互補式金屬氧化物半導體驅動器(即輸出級106)以產生D類音頻信號(即第一輸出信號Sol)。在線性模式的操作期間，第一共同反饋電路1026用來作為介於中間電路級1042以及輸出級106之間的米勒補償電容(Miller compensationcapacitor),因此，共同電路級1022、中間電路級1042以及輸出級106作為三個AB類級(class-AB stage)以產生AB類音頻信號，即第二輸出信號So2 (類似地，本實施例中使用三個AB類級僅作為範例說明，而非用來限制本發明)。依據以上的描述，在放大器100的切換模式以及線性模式下，至少有五個共同電路組件(即共同電路級1022、輸出級106、第一共同反饋電路1026、第二共同反饋電路1028以及線性電阻111)被共享，因此，和現有的多用途音頻放大器相比，放大器100的尺寸便可以大幅地降低，然而，在其他實施例中，第一操作信號路徑102以及第二操作信號路徑104可能僅共享共同電路級1022、第一共同反饋電路1026、第二共同反饋電路1028其中之一或是上述電路任意組合，換句話說，切換模式以及線性模式可能共享一套共同電路級1022，但切換模式以及線性模式可能分別使用不同的第一共同反饋電路(及/或分別使用不同的第二共同反饋電路，及/或分別使用不同的互補式金屬氧化物半導體驅動器)。或是切換模式以及線性模式可能共享一套第二共同反饋電路1028，但切換模式以及線性模式可能分別使用不同的共同電路級及/或分別使用不同的第一共同反饋電路(也就是說，分開使用D類積分器級以及AB類放大器級)。請參考圖3，圖3為依據本發明第二實施例的放大器300的示意圖。放大器300可以是可攜式通信裝置中的多用途音頻放大器，因此，在此實施例中，放大器300的操作具有兩種不同的操作模式:第一操作模式是為切換模式，而第二操作模式則是線性模式。此外，放大器300包含第一操作信號路徑302、第二操作信號路徑304以及輸出級306。放大器300可為差分放大器，因此放大器300中的電路區塊大部分為差分設計，且以下段落所提及的有關於本實施例的信號皆為差分信號。第一操作信號路徑302是用來在放大器300的切換模式下依據輸入信號Sin3來產生第一預先輸出信號Sp31。第二操作信號路徑304是用來在放大器300的線性模式下依據輸入信號Sin3來產生第二預先輸出信號Sp32。輸出級306 I禹接至第一操作信號路徑302以及第二操作信號路徑304，且在放大器300的切換模式下依據第一預先輸出信號Sp31來輸出第一輸出信號So31,以及在放大器300的線性模式下依據第二預先輸出信號Sp32來輸出第二輸出信號So32。當放大器300操作在切換模式下，第一操作信號路徑302包含第一共同阻抗網絡(common impedance network) 3022、第一電路級3024、調製電路3026、第一共同反饋電路1026以及第二共同阻抗網絡3028。第一共同阻抗網絡3022用來接收輸入信號Sin3以產生第一信號S31，第一電路級3024用來接收第一信號S31以產生第二信號S32，調製電路3026則用來對第二信號S32進行調製以產生第一預先輸出信號Sp31。第二共同阻抗網絡3028耦接於第一共同阻抗網絡3022的輸出埠以及輸出級306的輸出埠之間，其中第一共同阻抗網絡3022的輸出埠用來輸出第一信號S31，且輸出級306的輸出埠用來輸出第一輸出信號So31。另一方面，當放大器300操作在線性模式下，第二操作信號路徑304包含第一共同阻抗網絡3022、第二電路級3042以及第二共同阻抗網絡3028。第一共同阻抗網絡3022用來接收輸入信號Sin3以產生第三信號S33，第二電路級3042用來接收第三信號S33以產生第二預先輸出信號Sp32，第二共同阻抗網絡3028耦接於第一共同阻抗網絡3022的輸出埠以及輸出級306的輸出埠之間，第一共同阻抗網絡3022的輸出埠用來輸出第三信號S33，且輸出級306的輸出埠是用來輸出第二輸出信號So32。依據圖3所示的實施例，當放大器300操作在切換模式以及線性模式時，共同電路組件包括第一共同阻抗網絡3022、輸出級306以及第二共同阻抗網絡3028。當放大器300操作在切換模式下，第二操作信號路徑304的第二電路級3042從第一共同阻抗網絡3022的輸出埠被斷開(或僅是關閉第二電路級3042)。當放大器300操作在線性模式下，第一操作信號路徑302的第一電路級3024以及調製電路3026被關閉(或僅是從第一共同阻抗網絡3022的輸出埠被斷開)。除此之外，依據本實施例，放大器300亦可另包含第一復用器308以及第二復用器309。輸出級306包含第一互補式金屬氧化物半導體驅動器3062以及第二互補式金屬氧化物半導體驅動器3064。第一復用器308耦接至調製電路3026的輸出端、第二電路級3042的輸出端以及第一互補式金屬氧化物半導體驅動器3062的輸入端，而第二復用器309是耦接至調製電路3026的另一輸出端、第二電路級3042的另一輸出端以及第二互補式金屬氧化物半導體驅動器3064的輸入端。當放大器300操作在切換模式下，第一復用器308以及第二復用器309用來將調製電路3026的兩個輸出端分別耦接至第一互補式金屬氧化物半導體驅動器3062的輸入端以及第二互補式金屬氧化物半導體驅動器3064的輸入端，且第一復用器308不會將第二電路級3042的兩個輸出端耦接至第一互補式金屬氧化物半導體驅動器3062以及第二互補式金屬氧化物半導體驅動器3064。當放大器300操作在線性模式下，第一復用器308以及第二復用器309用來將第二電路級3042的兩個輸出端分別耦接至第一互補式金屬氧化物半導體驅動器3062的輸入端以及第二互補式金屬氧化物半導體驅動器3064的輸入端，且第一復用器308不會將調製電路3026的兩個輸出端耦接至第一互補式金屬氧化物半導體驅動器3062以及第二互補式金屬氧化物半導體驅動器3064。另夕卜，依據本實施例，第一電路級3024可以是D類反饋糾錯迴路(class-Dfeedback error correction loop),更具體來說，該D類反饋糾錯迴路可以包含以串聯的方式耦接的至少一個上述的積分器級。調製電路3026可以是脈衝寬度調製電路，但本發明並非以此為限。第二電路級3042可以是線性放大器前置電路級(linearamplifier front-end circuit stage)或是AB類放大器,更具體地說,該線性放大器前置電路級可以包含至少一個上述的具有米勒補償電容網絡的AB類級。另外，如圖3所示，輸出級306的第一互補式金屬氧化物半導體驅動器3062以及第二互補式金屬氧化物半導體驅動器3064都包含一高邊P型金屬氧化物半導體電晶體以及一低邊N型金屬氧化物半導體電晶體，且互補式金屬氧化物半導體驅動器耦接至放大器300的供應電壓(即Vdd)或直接由該系統電池所產生的電壓VBAT來供電，然而此非本發明的限制所在，換句話說，在其他實施例中，輸出級306的該高邊電晶體以及該低邊電晶體可以同時是N型金屬氧化物半導體電晶體。輸出級306可以具有級聯(cascade)架構，其中該高邊級以及該低邊級可包含多個P型金屬氧化物半導體電晶體以及N型金屬氧化物半導體電晶體。如圖3所示，第一共同阻抗網絡3022可以包含兩個可調電阻，以及第二共同阻抗網絡3028可以包含兩個電阻。因此，在切換模式的操作期間，調製電路3026所產生的第一預先輸出信號Sp31為調製切換信號(例如脈衝寬度調製切換信號)，用來切換多個互補式金屬氧化物半導體驅動器(即輸出級306)以產生D類音頻信號(即第一輸出信號So31)。在線性模式的操作期間，第二電路級3042以及輸出級306是用來作為兩個AB類級以產生AB類音頻信號，即第二輸出信號So32 (本實施例中使用兩個AB類級僅作為範例說明，而非用來限制本發明)。依據以上的描述，在放大器300的切換模式以及線性模式下，至少有三個共同電路組件(即第一共同阻抗網絡3022、輸出級306以及第二共同阻抗網絡3028)被共享，因此，和現有的多用途音頻放大器相比，放大器300的尺寸便可以大幅地降低，然而，在其他實施例中，第一操作信號路徑302以及第二操作信號路徑304可能僅共享第一共同阻抗網絡3022、輸出級306、第二共同阻抗網絡3028其中之一或是上述電路的任意組合，換句話說，切換模式以及線性模式可能共享一套第一共同阻抗網絡3022，但切換模式以及線性模式可能分別使用不同的第二共同阻抗網絡(及/或分別使用不同的互補式金屬氧化物半導體驅動器)。請參考圖4，圖4為依據本發明第三實施例的放大器400的示意圖。放大器400可以是可攜式通信裝置中的多用途音頻放大器，因此，在此實施例中，放大器400的操作具有兩種不同的操作模式:第一操作模式為切換模式，而第二操作模式則是線性模式。此外，放大器400包含第一操作信號路徑402、第二操作信號路徑404以及輸出級406。第一操作信號路徑402是用來在放大器400的切換模式下依據輸入信號Sin4來產生第一預先輸出信號Sp41。第二操作信號路徑404是用來在放大器400的線性模式下依據輸入信號Sin4來產生第二預先輸出信號Sp42。輸出級406耦接至第一操作信號路徑402以及第二操作信號路徑404，且在放大器300的切換模式下依據第一預先輸出信號Sp41來輸出第一輸出信號So41，以及在放大器400的線性模式下依據第二預先輸出信號Sp42來輸出第二輸出信號So42。請一併參考圖5A以及圖5B。圖5A為依據本發明實施例的放大器400操作在切換模式下的示意圖。圖5B為依據本發明實施例的放大器400操作在線性模式下的示意圖。當放大器400操作在切換模式下，第一操作信號路徑402包含第一阻抗網絡4022、共同電路級4024、調製電路4026、第二阻抗網絡4028以及共同反饋電路4030。第一阻抗網絡4022用來接收輸入信號Sin4以產生第一信號S41，共同電路級4024用來接收第一信號S41以產生第二信號S42，調製電路4026用來對第二信號S42進行調製以產生第一預先輸出信號Sp41。第二阻抗網絡4028耦接於第一阻抗網絡4022的輸入端以及輸出級406的輸出端之間，其中第一阻抗網絡4022的輸入端用來接收第一信號S41，且輸出級406的輸出端是用來輸出第一輸出信號So41。共同反饋電路4030耦接於共同電路級4024的輸入端以及共同電路級4024的輸出端之間，其中共同電路級4024的輸入端用來接收第一信號S41，而共同電路級4024的輸出端用來輸出第二信號S42。當放大器400操作在線性模式下，第二操作信號路徑404包含第三阻抗網絡4042、共同電路級4024、中間電路級4044、第四阻抗網絡4046以及共同反饋電路4030。第三阻抗網絡4042用來接收輸入信號Sin4以產生第三信號S43，共同電路級4024用來接收第三信號S43以產生第四信號S44，中間電路級4044用來接收第四信號S44以產生第二預先輸出信號Sp42。第四阻抗網絡4046耦接於第三阻抗網絡4042的輸出端以及輸出級406的輸出端之間，其中第三阻抗網絡4042的輸出端用來輸出第三信號S43，以及輸出級406的輸出端用來輸出第二輸出信號So42。共同反饋電路4030耦接於共同電路級4024的輸出端以及輸出級406的輸出端之間，其中共同電路級4024的輸出端用來輸出第四信號S44，以及輸出級406的輸出端用來輸出第二輸出信號So42。依據圖5A以及圖5B，當放大器400操作在切換模式以及線性模式時，共同電路組件包括共同電路級4024、共同反饋電路4030以及輸出級406。當放大器400操作在切換模式下，第二操作信號路徑404的中間電路級4044從共同電路級4024的輸出端被斷開(或僅是關閉中間電路級4044)。當放大器400操作在線性模式下，第一操作信號路徑402的調製電路4026被關閉(或僅是從共同電路級4024的輸出端被斷開)。除此之外，依據本實施例，放大器400亦可另包含第一復用器408、第二復用器409、第三復用器410、第四復用器411以及開關412。第一復用器408耦接至第一阻抗網絡4022、第三阻抗網絡4042以及共同電路級4024的輸入端。當放大器400操作在切換模式下，如圖5A所示，第一復用器408用來將第一阻抗網絡4022耦接至共同電路級4024的輸入端，且第一復用器408不會將第三阻抗網絡4042耦接至共同電路級4024的輸入端。當放大器400操作在線性模式下，如圖5B所示，第一復用器408用來將第三阻抗網絡4042耦接至共同電路級4024的輸入端，且第一復用器408不會將第一阻抗網絡4022耦接至共同電路級4024的輸入端。第二復用器409是耦接至第二阻抗網絡4028、第四阻抗網絡4046以及共同電路級4024的輸入端。當放大器400操作在切換模式下，如圖5A所示，第二復用器409用來將第二阻抗網絡4028耦接至共同電路級4024的輸入端，且第二復用器409不會將第四阻抗網絡4046耦接至共同電路級4024的輸入端。當放大器400操作在線性模式下，如圖5B所示，第二復用器409用來將第四阻抗網絡4046耦接至共同電路級4024的輸入端，且第二復用器409不會將第二網絡4028耦接至共同電路級4024的輸入端。第三復用器410耦接至共同電路級4024的輸入端、輸出級406的輸出端以及共同反饋電路4030。當放大器400操作在切換模式下，如圖5A所示，第三復用器410用來將共同反饋電路4030耦接於共同電路級4024的輸入端以及共同電路級4024的輸出端之間，且第三復用器410不會將輸出級406的輸出端耦接至共同電路級4024的輸出端。當放大器400操作在線性模式下，如圖5B所示，第三復用器410用來將共同反饋電路4030耦接於輸出級406的輸出端以及共同電路級4024的輸出端之間，且第三復用器410不會將共同電路級4024的輸入端耦接至共同電路級4024的輸出端。第四復用器411耦接至調製電路4026的輸出端、中間電路級4044的輸出端以及輸出級406的輸入端。當放大器400操作在切換模式下，如圖5A所示，第四復用器411用來將調製電路4026的輸出端耦接至輸出級406的輸入端，且第四復用器411不會將中間電路級4044的輸出端耦接至輸出級406的輸入端。當放大器400操作在線性模式下，如圖5B所示，第四復用器411用來將將中間電路級4044的輸出端耦接至輸出級406的輸入端，且第四復用器411不會將調製電路4026的輸出端耦接至輸出級406的輸入端。除此之外，開關412耦接於共同電路級4024的輸出端以及中間電路級4044的輸入端之間，開關412用來在切換模式的操作期間將共同電路級4024的輸出端從中間電路級4044的輸入端斷開，以及在線性模式的操作期間將共同電路級4024的輸出端連接至中間電路級4044的輸入端。此外，依據此實施例，共同電路級4024可以是差分放大器，該差分放大器具有耦接至輸入信號Sin4的反相輸入端，以及耦接至共模電壓Vcm4的正相輸入端。調製電路4026可以是脈衝寬度調製電路，但本發明並不以此為限。中間電路級4044可以是線性放大器跟隨級(linear amplifier following stage),另外,輸出級406可以是互補式金屬氧化物半導體驅動器，如圖4所示，其可包含一高邊P型金屬氧化物半導體電晶體以及一低邊N型金屬氧化物半導體電晶體，且該互補式金屬氧化物半導體驅動器耦接至放大器400的供應電壓(即Vdd)或是直接由系統電池所產生的電壓VBAT來供電，然而此非本發明的限制所在，換句話說，在其他實施例中，輸出級406的該高邊電晶體以及該低邊電晶體可以同時是N型金屬氧化物半導體電晶體。輸出級406可以具有級聯架構，其中該高邊級以及該低邊級可包含多個P型金屬氧化物半導體電晶體以及N型金屬氧化物半導體電晶體。共同反饋電路4030可以是一電容。因此，在切換模式的操作期間，共同反饋電路4030以及共同電路級4024是作為D類積分器(請注意，實施例中僅畫出一個積分器級以作為範例說明，並非用以限制本發明)。調製電路4026所產生的第一預先輸出信號Sp41為調製切換信號(例如脈衝寬度調製切換信號)，用來切換該互補式金屬氧化物半導體驅動器(即輸出級406)以產生D類音頻信號(即第一輸出信號So41)。在線性模式的操作期間，共同反饋電路4030用來作為介於中間電路級4044以及輸出級406之間的米勒補償電容，因此,共同電路級4024、中間電路級4044以及輸出級406用來作為三個線性放大器級(linear amplifier stage)以產生AB類音頻信號，即第二輸出信號So42 (類似地，本實施例中使用一個積分器級以及三個AB類級僅作為範例說明，而非用來限制本發明)。依據以上的描述，在放大器400的切換模式以及線性模式下，至少有三個共同電路組件(即共同電路級4024、輸出級406以及共同反饋電路4030)被共享，因此，和現有的多用途音頻放大器相比，放大器400的尺寸便可以大幅地降低，然而，在其他實施例中，第一操作信號路徑402以及第二操作信號路徑404可能僅共享共同電路級4024、輸出級406、共同反饋電路4030其中之一或是上述電路任意組合，換句話說，切換模式以及線性模式可能共享一套共同電路級4024，但切換模式以及線性模式可能分別使用不同的共同反饋電路(及/或分別使用不同的互補式金屬氧化物半導體驅動器)。依據圖4所示的實施例，當放大器400操作在切換模式以及線性模式下，共同反饋電路4030是用來作為放大器400的共享電容，這表示共同反饋電路4030在切換模式的操作期間是用來作為共同電路級4024的反饋電容，而在線性模式的操作期間則是用來作為中間電路級4044的反饋電容，然而本發明並非以此為限制。請參考圖6，圖6為依據本發明第四實施例的放大器600的示意圖。請注意，放大器600中的電路組件大致和放大器400中的電路組件相同，除了在切換模式的操作期間作為共同電路級4024的反饋電路以及在線性模式的操作期間作為中間電路級4044以及輸出級406的反饋電路之外，因此，放大器600中的電路組件的標號和放大器400中類似的電路組件的標號相同，除了在切換模式的操作期間作為共同電路級4024的反饋電路的標號是為6032以及在線性模式的操作期間作為中間電路級4044以及輸出級406的反饋電路的標號為6034之外。請一併參考圖7A以及圖7B。圖7A為依據本發明實施例的放大器600操作在切換模式下的示意圖。圖7B為依據本發明實施例的放大器600操作在線性模式下的示意圖。當放大器600操作在切換模式下，反饋電路6032是耦接於共同電路級4024的輸入端以及共同電路級4024的輸出端之間，且反饋電路6034不會耦接於中間電路級4044的輸入端以及輸出級106的輸出端之間。當放大器600操作在線性模式下，反饋電路6032不會耦接於共同電路級4024的輸入端以及共同電路級4024的輸出端之間，而反饋電路6034則會耦接於中間電路級4044的輸入端以及輸出級106的輸出端之間。應注意的是，反饋電路6032以及反饋電路6034在放大器600中是兩個分開的電容，因此在此實施例中，放大器600在切換模式以及線性模式的下至少有兩個共同電路組件(即共同電路級4024以及輸出級406)會被共享，因此，和現有的多用途音頻放大器相比，放大器300的尺寸便可以大幅地降低。而本領域的技術人員在閱讀過以上關於放大器400的敘述後應能清楚地了解放大器600的運作方式，因此為簡潔起見，關於放大器600的詳細描述在此不另贅述。依據以上所述的實施例，可以得知一個積分器通常包含一個放大器以及一個電容，因此，分別如圖8A以及圖SB所示，通過適當地設計放大器以及電容之間的耦接關係，在切換模式下，該放大器以及該電容可以作為該音頻放大器的積分器，而在線性模式下，該放大器則可以作為放大器級，以及該電容則可以作為該音頻放大器的補償網絡。圖8A為依據本發明第五實施例的放大器800操作在切換模式下的示意圖。圖SB為依據本發明第五實施例的放大器800操作在線性模式下的示意圖。和上述實施例類似，放大器800包含第一操作信號路徑802、第二操作信號路徑804以及輸出級806。當放大器800操作在切換模式時，放大器800中的第一操作信號路徑802包含多個級聯的積分器級8022a 8022η(也可稱為D類積分器)、調製電路8024以及柵極驅動器(gate driver) 8026。該多個級聯積分器級8022a 8022η用來接收輸入信號Sin8以產生第一信號S81。調製電路8024連同閘極驅動器8026用來對第一信號S81進行調製來產生第一預先輸出信號Sp81。當放大器800操作在線性模式下，放大器800中的第二操作信號路徑804包含多個級聯的放大器級8042a 8042m以及多個反饋電路8044a 8044m (另標記為8044)。多個級聯放大器級8042a 8042m用來接收輸入信號Sin8以產生第二預先輸出信號Sp82。多個反饋電路8044a 8044m分別耦接於輸出級806的輸出端以及多個級聯放大器級8042a 8042m的多個輸出端之間。依據本發明的實施例，在切換模式下，多個級聯積分器級8022a 8022η中的每一積分器級包含一個放大器以及一個電容，而該積分器級的該放大器也可作為多個級聯放大器級8042a 8042m中的一個放大器級，且該積分器級的該電容也可作為多個反饋電路8044a 8044m中的一個反饋電路。因此，放大器800中的一個或是多個積分器級中的放大器及電容在切換模式下可以是共享的組件。應注意的是，積分器級也可包含其他必要的電路組件在其中，例如電阻、開關等等，為了簡潔起見，於本實施例中，多個級聯積分器級8022a 8022η中的每一積分器級僅包含一個放大器以及一個電容，然而，這並非用來作為本發明的限制；類似地，反饋電路8044也可包含其他必要的電路組件在其中，例如電阻、開關、主動式放大器及/或跨導級(transconductance stage)等等,為了簡潔起見,於本實施例中，反饋電路804中僅包含多個電容(即8044a 8044m)，然而，這並非用來作為本發明的限制。另外，應注意的是，第一操作信號路徑802中的積分器級的數目並不一定需要等於第二操作信號路徑804中的放大器級的數目，即m古η。因此依據本發明，多個級聯積分器級8022a 8022η中至少一個級聯的積分器級包含多個級聯放大器級8042a 8042m中的一個放大器級以及多個反饋電路8044a-8044m中的一個反饋電路。請注意，圖8A以及圖8B中的放大器800是上述實施例(例如放大器100)的一般概念，而本領域的技術人員在閱讀過以上相關的敘述後應能清楚地了解放大器800的運作方式，因此為求簡潔，在此關於放大器800的詳細描述便不另贅述。簡單地說，和現有的多用途音頻放大器相比，依據上述實施例通過在切換模式以及線性模式下共享放大器中的電路組件便可以大幅地降低放大器的尺寸。以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
權利要求
1.一种放大器，包含: 第一操作信號路徑，用來在該放大器的第一操作模式下依據輸入信號來產生第一預先輸出信號； 第二操作信號路徑，用來在該放大器的第二操作模式下依據該輸入信號來產生第二預先輸出信號；以及 輸出級，耦接至該第一操作信號路徑以及該第二操作信號路徑，用來在該第一操作模式下依據該第一預先輸出 信號來輸出第一輸出信號，以及在該第二操作模式下依據該第二預先輸出信號來輸出第二輸出信號； 其中該第一操作信號路徑以及該第二操作信號路徑共享至少一個共同電路組件而分別在該第一操作模式下以及該第二操作模式下產生該第一預先輸出信號和該第二預先輸出信號。
2.如權利要求1所述的放大器，其特徵在於:該第一操作模式是該放大器的切換模式，而該第二操作模式是該放大器的線性模式。
3.如權利要求1所述的放大器，其特徵在於:該第一操作模式是該放大器的D類模式，而該第二操作模式是該放大器的AB類模式。
4.如權利要求1所述的放大器，其特徵在於:當該放大器操作在該第一操作模式下，該第一操作信號路徑包含: 共同電路級，用來接收該輸入信號以產生第一信號；以及 調製電路，用來對該第一信號進行調製以產生該第一預先輸出信號；以及 當該放大器操作在該第二操作模式下，該第二操作信號路徑包含: 該共同電路級，用來接收該輸入信號以產生第二信號；以及 中間電路級，用來接收該第二信號以產生該第二預先輸出信號。
5.如權利要求4所述的放大器，其特徵在於:當該放大器操作在該第一操作模式下，該第一操作信號路徑另包含: 共同反饋電路，耦接於該共同電路級的輸入端以及該共同電路級的輸出端之間，其中該共同電路級的該輸入端是用來接收該輸入信號，以及該共同電路級的該輸出端是用來輸出該第一輸出信號；以及 當該放大器操作在該第二操作模式下，該第二操作信號路徑另包含: 該共同反饋電路，耦接於該共同電路級的該輸出端以及該輸出級的輸出端之間，其中該共同電路級的該輸出端是用來產生該第二信號，以及該輸出級的該輸出端是用來輸出該第二輸出信號。
6.如權利要求4所述的放大器，其特徵在於:當該放大器操作在該第一操作模式下，該第一操作信號路徑另包含: 共同反饋電路，耦接於該共同電路級的輸入端以及該輸出級的輸出端之間，其中該共同電路級的該輸入端用來接收該輸入信號，以及該輸出級的該輸出端用來輸出該第一輸出信號；以及 當該放大器操作在該第二操作模式下，該第二操作信號路徑另包含: 該共同反饋電路，耦接於該共同電路級的該輸入端以及該輸出級的該輸出端之間，其中該共同電路級的該輸入端用來接收該輸入信號，以及該輸出級的該輸出端用來輸出該第二輸出信號。
7.如權利要求1所述的放大器，其特徵在於:其中當該放大器操作在該第一操作模式下，該第一操作信號路徑包含: 共同反饋電路，耦接於低噪聲放大器的輸入端以及該低噪聲放大器的輸出端之間，其中該低噪聲放大器的該輸入端用來接收該輸入信號，以及該低噪聲放大器的該輸出端耦接至該輸出級；以及 當該放大器操作在該第二操作模式下，該第二操作信號路徑包含: 該共同反饋電路，耦接於低噪聲放大器的輸出端以及該輸出級的輸出端之間，其中該低噪聲放大器的該輸出端耦接至該輸出級，以及該輸出級的該輸出端用來輸出該第二輸出信號。
8.如權利要求1所述的放大器，其特徵在於:當該放大器操作在該第一操作模式下，該第一操作信號路徑包含: 共同反饋電路，耦接於低噪聲放大器的輸入端以及該輸出級的輸出端之間，其中該低噪聲放大器的該輸入端用來接收該輸入信號，以及該輸出級的該輸出端用來輸出該第一輸出信號；以及 當該放大器操作在該第二操作模式下，該第二操作信號路徑包含: 該共同反饋電路，耦接於該低噪聲放大器的輸入端以及該輸出級的該輸出端之間，其中該低噪聲放大器的該輸入端用來接收該輸入信號，以及該輸出級的該輸出端是用來輸出該第二輸出信號。
9.如權利要求1所述的放大器，其特徵在於:當該放大器操作在該第一操作模式下，該第一操作信號路徑包含:第一共同阻抗網絡，用來接收該輸入信號以產生第一信號； 第一電路級，用來接收該第一信號以產生第二信號； 調製電路，用來對該第二信號進行調製以產生該第一預先輸出信號；以及第二共同阻抗網絡，耦接於該第一共同阻抗網絡的輸出埠以及該輸出級的輸出埠之間，其中該第一共同阻抗網絡的該輸出埠是用來輸出該第一信號，以及該輸出級的該輸出埠是用來輸出該第一輸出信號；以及 當該放大器操作在該第二操作模式下，該第二操作信號路徑包含: 該第一共同阻抗網絡，用來接收該輸入信號以產生第三信號； 第二電路級，用來接收該第三信號以產生該第二預先輸出信號；以及該第二共同阻抗網絡，耦接於該第一共同阻抗網絡的該輸出埠以及該輸出級的該輸出埠之間，其中該第一共同阻抗網絡的該輸出埠用來輸出該第三信號，以及該輸出級的該輸出端用來輸出該第二輸出信號。
10.如權利要求1所述的放大器，其特徵在於:當該放大器操作在該第一操作模式下，該第一操作信號路徑包含: 第一阻抗網絡，用來接收該輸入信號以產生第一信號； 共同電路級，用來接收該第一信號以產生第二信號； 調製電路，用來對該第二信號進行調製以產生該第一預先輸出信號；以及 第二阻抗網絡，耦接於該第一阻抗網絡的輸出端以及該輸出級的輸出端之間，其中該第一阻抗網絡的該輸出端是用來輸出該第一信號，以及該輸出級的該輸出端是用來輸出該第一輸出信號； 當該放大器操作在該第二操作模式下，該第二操作信號路徑包含: 第三阻抗網絡，用來接收該輸入信號以產生第三信號； 該共同電路級，用來接收該第三信號以產生第四信號； 中間電路級，用來接收該第四信號以產生該第二預先輸出信號；以及第四阻抗網絡，耦接於該第三阻抗網絡的輸出端以及該輸出級的該輸出端之間，其中該第三阻抗網絡的該輸出端是用來輸出該第三信號，以及該輸出級的該輸出端是用來輸出該第二輸出信號。
11.如權利要求10所述的放大器，其特徵在於:其中當該放大器操作在該第一操作模式下，該第一操作信號路徑另包含: 共同反饋電路，耦接於該共同電路級的輸入端以及該共同電路級的輸出端之間，其中該共同電路級的該輸入端是用來接收該第一信號，以及該共同電路級的該輸出端是用來輸出該第二信號；以及 當該放大器操作在該第二操作模式下，該第二操作信號路徑另包含: 該共同反饋電路，耦接於該共同電路級的該輸出端以及該輸出級的該輸出端之間，其中該共同電路級的該輸出端是用來輸出該第四信號，以及該輸出級的該輸出端是用來輸出該第二輸出信號。
12.如權利要求10所述的放大器，其特徵在於:當該放大器操作在該第一操作模式下，該第一操作信號路徑另包含: 第一反饋電路，耦接於該共同電路級的輸入端以及該共同電路級的輸出端之間，其中該共同電路級的該輸入端是用來接收該第一信號，以及該共同電路級的該輸出端是用來輸出該第二信號；以及 當該放大器操作在該第二操作模式下，該第二操作信號路徑另包含: 第二反饋電路，耦接於該共同電路級的該輸出端以及該輸出級的該輸出端之間，其中該共同電路級的該輸出端是用來輸出該第四信號，以及該輸出級的該輸出端是用來輸出該第二輸出信號。
13.如權利要求1所述的放大器，其特徵在於:當該放大器操作在該第一操作模式下，該第一操作信號路徑包含: 多個級聯積分器級，用來接收該輸入信號以產生第一信號；以及 調製電路，用來對該第一信號進行調製以產生該第一預先輸出信號；以及 當該放大器操作在該第二操作模式下，該第二操作信號路徑另包含: 多個級聯放大器級，用來接收該輸入信號以產生該第二預先輸出信號；以及多個反饋電路，用來分別耦接於該輸出級的輸出端以及該多個級聯放大器級的多個輸出端之間； 其中當該放大器操作在該第一操作模式下，該多個級聯積分器級中至少一級聯積分器級包含該多個級聯放大器級中的一個放大器級以及該多個反饋電路中的一個反饋電路。
全文摘要
一种放大器，包含第一操作信號路徑、第二操作信號路徑以及輸出級，第一操作信號路徑用來在該放大器的第一操作模式下依據輸入信號來產生第一預先輸出信號；第二操作信號路徑用來在放大器的第二操作模式下依據輸入信號來產生第二預先輸出信號；以及輸出級，耦接至第一操作信號路徑以及第二操作信號路徑，用來在第一操作模式下依據該一預先輸出信號來輸出第一輸出信號，以及在第二操作模式下依據第二預先輸出信號來輸出第二輸出信號；其中第一操作信號路徑以及第二操作信號路徑共享至少一個共同電路組件而分別在第一操作模式下以及第二操作模式下產生第一預先輸出信號和第二預先輸出信號。以上所述的放大器具有大幅地降低的尺寸。
文檔編號H03F1/34GK103117714SQ201210458029
公開日2013年5月22日 申請日期2012年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者陳國欣 申請人:聯發科技股份有限公司