CN101325404B - 跳频载波产生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跳频载波产生器，其包括用以产生第一电流的电流源，第一电流可输出至斜波电压产生器，由斜波电压产生器输出斜波电压。斜波电压产生器的输出端分别连接电容、电压侦测及方向控制器、脉冲宽度调变模块。脉冲宽度调变模块可接收音频输入信号，而电压侦测及方向控制器接收到斜波电压后，同步输出控制信号至斜波电压产生器及计数器，计数器与数字控制电流源连接。依据该计数器的值，数位控制电流源输出第二电流至该斜波电压产生器。开关功率放大器的输入端可接收来自该脉冲宽度调变模块的信号，并将音频输入信号进行调变以输出D类信号。

Description

跳频载波产生器

技术领域

本发明涉及跳频载波产生器，特别是涉及一种无低通滤波器且根据第一电流及第二电流产生变动频率降低EMI峰值的跳频载波产生器。

背景技术

D类(数字音频功率)放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息转换成PWM(脉冲宽度调变)或PDM(脉冲密度调变)等脉冲信号，然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断的音频功率放大器，也称为开关功率放大器，其具有高效率的突出优点。D类放大或数字式放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、开关功率电路(半桥式和全桥式)和低通滤波器(LC)等四部分组成。D类放大器是利用极高频率的转换开关电路来处理音频信号。其特性如下，1.具有很高的效率，通常能够达到85％以上。2。体积小，可以比类比的放大电路节省很大的空间。3。开关时无裂噪声。

传统D类放大器的缺点是需要使用低通滤波器，由于使用低通滤波器会增加成本且其体积过大不利于整体的电路设计，所以先进厂商便提出无低通滤波器的D类功率放大器。无低通滤波器的D类放大器可参照2003年4月8日所公开的德州仪器公司的美国专利6545533号，此种D类放大器使用乱码(PSEDUO NOISE)产生器。但由于乱码产生器与PWM载波不同步，这两个信号的差频将对音频信号造成干扰。由于乱码产生器的信号作为一随机信号，所以其差频干扰信号也作为一随机干扰信号，无法以特定线路降低其干扰程度。

另一种D类放大器可参照2005年1月25日公开的美国专利6847257号该专利是MAXIM公司所推出的一种无低通滤波器的D类放大器，其提供固定频率(FFM)模式和扩展频谱(SSM)模式。此类技术符合EMI辐射等级要求的原因是在原有信号内增加一个共模脉冲，扩频模式降低了调制频率产生的EMI辐射，就是在不外加LC滤波器时仍能符合FCC EMI辐射等级要求。但是，此发明在修正频率的产生是随机产生的。如图1所示，传统D类放大器的频谱图其中能量的峰值为-4db，且其高频谐波(harmonics)为-20db。

发明内容

本发明的主要目是提供一种跳频载波产生器，可应用于一种无低通滤波器的D类放大器上，用来节省成本，并仍能符合FCC EMI辐射等级要求。

本发明的另一目的是提供一种跳频载波产生器，其修正频率的产生是同步的，当电压侦测器侦测电压高于第一电压值时，该电压侦测及方向控制器会产生一个控制信号至斜波产生电路以改变电流方向使得该电容由充电状态变为放电状态，并在该电压侦测器侦测电压低于第二电压值时，该电压侦测及方向控制器会产生一个控制信号至斜波产生电路以改变电流方向使得该电容由放电状态变为充电状态。由于充放电源为一电流源所以充放电特性为一直线，这样电容的电压即在第一电压与第二电压之间以线性方式充放电而输出斜波(ramp)。

本发明提供了一种跳频载波产生器，包含电流源，电流源用以产生第一电流；第一电流可输出至一斜波电压产生器，由斜波电压产生器(ramp generator)与相连接的电容输出斜波电压。斜波电压产生器的输出端分别连接电压侦测及方向控制器和脉冲宽度调变模块，且该脉冲宽度调变模块另可接收音频输入信号，而该电压侦测及方向控制器接收到斜波电压后，同步输出控制信号至该斜波电压产生器及计数器，计数器与数字控制电流源连接，依据该计数器的值，该数字控制电流源输出第二电流至该斜波电压产生器。此第二电流即与第一电流汇集以改变斜波电压产生器对其相连接电容的充放电斜率而改变载波频率。换言之，载波的频率随着计数器的内容而改变。由于控制信号在由充电改变为放电或放电改变为充电的时候产生，且控制信号直接更改计数器的内容而控制充放电流的大小，所以充放电流的大小的改变与充放电方向的改变同时发生而达到同步的目的。

本发明的跳频载波产生器可应用在无低通滤波器的D类放大器上，并仍能符合FCC EMI辐射等级要求，且本发明的变动频率的产生是同步的，所以可避免差频干扰。

附图说明

图1是现有技术的EMI数据图；

图2是本发明实施方式的电路架构方框图；

图3为本发明实施方式的EMI数据图。

主要部件符号说明如下：

12 斜波电压产生器

14 电流源

16 电容

18 电压侦测及方向控制器

20 计数器

22 数字控制电流源

24 脉冲宽度调变模块

26 开关功率放大器

具体实施方式

为能详细说明本发明，请参照图2及图3。本发明实施例的跳频载波产生器包含有斜波电压产生器12，以产生不同的变动频率。

跳频载波产生器包括产生第一电流的电流源14，电流源14产生第一电流后，将第一电流输出至一斜波电压产生器12的接收端，斜波电压产生器12接收该第一电流后配合电容16以输出斜波电压。如图2所示，斜波电压产生器12的输出端分别连接电容16(定值)、电压侦测及方向控制器18、脉冲宽度调变(PWM)模块24。电压侦测及方向控制器18发出控制信号改变电容16的充电或放电方向时，计数器20的值也同时被更新。

电压侦测及方向控制器18接收到斜波电压后，同步输出控制信号至该斜波电压产生器12及计数器20。其中计数器20是一格雷码计数器(Gray CodeCounter)。计数器20与数字控制电流源22连接，依据计数器20的值，数字控制电流源22同步输出第二电流至斜波电压产生器12，此第二电流与第一电流汇集而成为充电或放电电流以同步改变充放电斜率或同步改变斜波频率。另外脉冲宽度调变模块24可接收音频输入信号，脉冲宽度调变模块24的输出信号为一脉冲调变信号(PWM)其可输出至开关功率放大器26的输入端，再由开关功率放大器26输出D类信号。

由于格雷码计数器其输出码一次只改变一个位(bit)，其交换噪声比其它计数器低，本实施例以格雷码计数器作为计数器20，一个N位的格雷码计数器20能产生2^N不同的值来降低EMI的峰值，降低峰值的公式为：

10log 1/2^N＝-10log2^N＝-10Nlog2＝-3Ndb

因此，如本实施例以一个4位的格雷码计数器20作为范例的话，理论上可使EMI峰值降低-12db。请参照图3，相较于第图1，图3的能量峰值为-12db且其高频谐波(harmonics)维持在-30db以下，其改善程度在8～10db之间。无低通滤波器的D类功率放大器如果需要更大幅度的降低EMI，可增加格雷码计数器的位。不论位的多少，格雷码计数器的输出码一次只改变一个位，故其交换噪音不会随着位之增加而增加。其它数码计数器如二进制计数器(Binary Counter)，十进制计数器(BCD Counter)或乱码产生器皆无法达到电路小又一次只改变一位的低交换噪音的目的。

本发明实施例的变动频率的产生是同步的。改变的方式是当电压侦测器侦测电压高于第一电压值时，该电压侦测及方向控制器18会产生一个控制信号使得该电容16由充电状态变为放电状态，该电压侦测器侦测电压低于第二电压值时，该电压侦测及方向控制器18会产生一个控制信号使得该电容16由放电状态变为充电状态。承上所述，当电容16改变充放电状态的同时第二电流大小也将随之修正以同步变更充放电的斜率。

以上所述，仅为本发明的优选实施例，并非用来限定本发明实施的范围。所以所有依照本发明申请范围所述的形状、构造、特征及精神所为的变化或修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。

Claims (8)

1.一种跳频载波产生器，其特征在于，包括：

计数器；

电流源，产生第一电流；

斜波电压产生器，接收所述第一电流，并输出斜波电压；

电容，连接所述斜波电压产生器的输出端；

电压侦测及方向控制器，连接所述斜波电压产生器输出端；

脉冲宽度调变PWM模块，连接所述斜波电压产生器输出端，且该脉冲宽度调变PWM模块还可接收音频输入信号，而所述电压侦测及方向控制器接收到斜波电压后，同步输出控制电压至斜波电压产生器及所述计数器；

数字控制电流源，连接所述计数器，并依据计数器的值，输出第二电流至所述斜波电压产生器，所述电压侦测及方向控制器侦测所述斜波电压产生器的电压，以产生一个控制信号改变所述电容的充放电状态，第一电流与第二电流汇集以产生充电或放电电流，且当电容改变充放电状态时，该第二电流的大小也将随之同步修正，又由第一电流与第二电流所汇集的充放电电流的大小也将随之同步修正；

开关功率放大器，其输入端接收来自该脉冲宽度调变PWM模块的信号。

2.如权利要求1所述的跳频载波产生器，其特征在于，其中所述电压侦测及方向控制器侦测所述斜波电压产生器的电压高于第一电压值时，所述电压侦测及方向控制器会产生一个控制信号使得该电容的状态由充电状态变为放电状态。

3.如权利要求1所述的跳频载波产生器，其特征在于，其中所述电压侦测及方向控制器侦测所述斜波电压产生器的电压低于第二电压值时，所述电压侦测及方向控制器会产生一个控制信号使得该电容的状态由放电状态变为充电状态。

4.如权利要求1所述的跳频载波产生器，其特征在于，其中所述电压侦测及方向控制器发出控制信号改变该电容的充放电状态时，该计数器的值同时被更新。

5.如权利要求1所述的跳频载波产生器，其特征在于，所述计数器是格雷码计数器。

6.如权利要求1所述的跳频载波产生器，其特征在于，斜波电压产生器依据汇集的充放电电流与相连接的电容产生斜波电压。

7.如权利要求1所述的跳频载波产生器，其特征在于，所述脉冲宽度调变PWM模块将音频输入信号与斜波电压进行调变。

8.如权利要求1所述的跳频载波产生器，其特征在于，其中该功率放大器接收来自该脉冲宽度调变PWM模块的信号，并将音频输入信号进行调变以输出D类信号。

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