用于对开关放大器的共模电压进行控制的装置及方法.pdf

本发明涉及用于对H桥电路的共模电压及/或共模电流进行控制的H桥控制器及方法。所述H桥控制器包括用于接收指示H桥电路的共模电压及共模电流中的至少一个的信号的部件，以及用于生成确定对H桥电路的切换以控制H桥电路的共模电压及共模电流中的至少一个的控制信号的部件。本发明还涉及用于对H桥电路的共模电压及/或共模电流进行控制的系统及方法，所述系统包括：调制器，其用于接收输入信号，对所接收到的输入信号进行调制，并生成数字信号；H桥控制器，其用于接收数字信号，并生成用于对H桥电路的操作进行控制的控制信号；H桥电路，其用于接收控制信号，并基于所接收到的控制信号来操作以向负载输出模拟信号；以及共模误差确定电路，其用于生成指示H桥电路的共模电压误差及共模电流误差中的至少一个的误差信号，其中，H桥控制器接收误差信号，并基于所接收到的数字信号及所接收到的误差信号来生成控制信号，以使H桥电路的平均共模电压及平均共模电流中的至少一个的变化减小。

1.  一种用于对H桥电路的共模电压及/或共模电流进行控制的H桥控制器，包括：
用于接收指示所述H桥电路的共模电压及共模电流中的至少一个的信号的部件；以及
用于生成确定对所述H桥电路的切换以对所述H桥电路的共模电压及共模电流中的至少一个进行控制的控制信号的部件。

2.  根据权利要求1所述的H桥控制器，其中：
所述信号是具有多个电压电平中的一个电压电平的数字信号，所述一个电压电平是基于经调制的输入信号来选择的，所述多个电压电平中的各个电压电平被指定给多个逻辑状态中的相对应的一个逻辑状态；
所述H桥电路包括多个操作状态，所述多个操作状态中的各个操作状态与所述多个逻辑状态中的相对应的一个逻辑状态相关联；
所述多个操作状态中的一个操作状态包括两个变型；
所述用于生成控制信号的部件生成将所述H桥电路控制成在所述两个变型中的一个变型中操作的控制信号；并且
所述两个变型中的所述一个变型是基于所接收到的信号、按照使所述H桥电路的平均共模电压及所述H桥电路的平均共模电流中的至少一个的变化减小的方式来确定的。

3.  根据权利要求1所述的H桥控制器，其中，所接收到的信号包括分别具有预定周期的多个矩形脉冲，并且所述H桥控制器还包括：
用于生成激活归零逻辑电路以将所述控制信号修改成在所述预定周期的一部分中将所述H桥电路切换到与逻辑状态零相关联的操作状态中的激活信号的部件。

4.  根据权利要求2所述的H桥控制器，其中，所述H桥电路连接在地电压与电压等于V_DD的电源之间，并且所述H桥电路被控制成在所述多个操作状态中的一个操作状态中操作，所述多个操作状态包括：
第一操作状态，其中，对负载的第一端子施加的电压等于V_DD且对负载的第二端子施加的电压等于地电压；
第二操作状态，其中，对所述负载的所述第一端子施加的电压等于地电压且对所述负载的所述第二端子施加的电压等于V_DD；
第三操作状态的第一变型，其中，对所述负载的所述第一端子及所述第二端子中的各个端子施加的电压等于V_DD；以及
所述第三操作状态的第二变型，其中，对所述负载的所述第一端子及所述第二端子中的各个端子施加的电压等于地电压。

5.  根据权利要求4所述的H桥控制器，其中：
所述第一操作状态、所述第二操作状态、所述第三操作状态的所述第一变型及所述第三操作状态的所述第二变型中的每一个与逻辑状态相关联，并且
所述控制信号将所述H桥电路控制成在与对所接收到的数字信号的电压电平指定的逻辑状态相关联的操作状态中操作。

6.  根据权利要求5所述的H桥控制器，该H桥控制器还包括：
用于对所接收到的数字信号的电压电平及/或电流电平进行检查的部件；
用于对所接收到的数字信号的电压电平及/或电流电平指定逻辑状态的部件；
用于在所述逻辑状态与不具有变型的操作状态相关联的情况下，将所述H桥电路控制在与所述逻辑状态相关联的操作状态中的部件；以及
用于在所述逻辑状态与具有多个变型的操作状态相关联的情况下，将所述H桥电路控制在与所述逻辑状态相关联的操作状态的多个变型中的、使所述H桥电路的平均共模电压及平均共模电流中的至少一个的变化减小的一个变型中的部件。

7.  根据权利要求5所述的H桥控制器，其中，所述逻辑状态包括-1、0及+1，并且所述H桥控制器还包括以下部件，该部件用于：
检查所述逻辑状态；
在所述逻辑状态等于+1的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第一操作状态中操作；
在所述逻辑状态等于-1的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第二操作状态中操作；
在所述逻辑状态等于0的情况下，对由所述信号所指示的共模电压及/或共模电流的误差进行检查；
在共模电压及/或共模电流的误差小于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第三操作状态的所述第一变型中操作；而
在共模电压及/或共模电流的误差大于或等于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第三操作状态的所述第二变型中操作。

8.  根据权利要求5所述的H桥控制器，其中，所接收到的数字信号包括分别具有预定周期的多个矩形脉冲，所述逻辑状态包括-2、-1、0、+1及+2，并且所述H桥控制器还包括以下部件，该部件用于：
检查所述逻辑状态；
在所述逻辑状态等于+2的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第一操作状态中操作；
在所述逻辑状态等于-2的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第二操作状态中操作；
在所述逻辑状态等于0的情况下，对由所述信号所指示的共模电压及/或共模电流的误差进行检查；
在共模电压及/或共模电流的误差小于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第三操作状态的所述第一变型中操作；而
在共模电压及/或共模电流的误差大于或等于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第三操作状态的所述第二变型中操作；
在所述逻辑状态等于+1的情况下：
将所述H桥电路控制成在所述预定周期的前半段在所述第一操作状态中操作；
对由所述信号所指示的共模电压及/或共模电流的误差进行检查；
在共模电压及/或共模电流的误差小于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述预定周期的后半段在所述第三操作状态的所述第一变型中操作；而
在共模电压及/或共模电流的误差大于或等于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述预定周期的所述后半段在所述第三操作状态的所述第二变型中操作；
在所述逻辑状态等于-1的情况下：
将所述H桥电路控制成在所述预定周期的前半段在所述第二操作状态中操作；
对由所述信号所指示的共模电压及/或共模电流的误差进行检查；
在共模电压及/或共模电流的误差小于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述预定周期的后半段在所述第三操作状态的所述第一变型中操作；而
在共模电压及/或共模电流的误差大于或等于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述预定周期的所述后半段在所述第三操作状态的所述第二变型中操作。

9.  根据权利要求2所述的H桥控制器，其中：
所述数字信号包括被指定给三个逻辑状态或五个逻辑状态的电压电平，并且
所述经调制的输入信号是使用脉宽调制或sigma-delta调制来调制的。

10.  一种用于对H桥电路的共模电压及/或共模电流进行控制的系统，包括：
调制器，其用于接收输入信号、对所接收到的输入信号进行调制、并生成具有多个电压电平中的一个电压电平的数字信号，所述一个电压电平是基于经调制的所接收到的输入信号来选择的，所述多个电压电平中的各个电压电平被指定给多个逻辑状态中的相对应的一个逻辑状态；
H桥控制器，其用于接收所述数字信号，并生成用于对H桥电路的操作进行控制的控制信号；
H桥电路，其用于接收所述控制信号，并基于所接收到的控制信号来进行操作，以向负载输出模拟信号；以及
共模误差确定电路，其用于生成指示所述H桥电路的共模电压的误差及共模电流的误差中的至少一个的误差信号，
其中，所述H桥控制器接收所述误差信号，并基于所接收到的数字信号及所接收到的误差信号来生成所述控制信号，以使所述H桥电路的平均共模电压及平均共模电流中的至少一个的变化减小。

11.  根据权利要求10所述的系统，其中：
所述H桥电路包括多个操作状态，所述多个操作状态中的各个操作状态与所述多个逻辑状态中的相对应的一个逻辑状态相关联；
所述多个操作状态中的一个操作状态包括两个变型；并且
所述H桥控制器生成将所述H桥电路控制成在所述两个变型中的一个变型中操作的控制信号，其中
所述两个变型中的所述一个变型是基于所接收到的误差信号、按照使所述H桥电路的平均共模电压及所述H桥电路的平均共模电流中的至少一个的变化减小的方式来确定的。

12.  根据权利要求10所述的系统，其中，所接收到的信号包括分别具有预定周期的多个矩形脉冲，并且所述系统还包括：
归零逻辑电路，其用于接收来自所述H桥控制器的所述控制信号，并输出使所述H桥电路在所述预定时间的一部分中在与逻辑零相关联的操作状态中操作的、经修改的控制信号。

13.  根据权利要求10所述的系统，其中，所述调制器包括：
至少一个积分器电路，各个积分器电路用于对所接收到的输入信号进行积分，并提供至少一个积分输入信号；
累积电路，其连接到所述至少一个积分器电路，以从各个积分器电路接收所述至少一个积分输入信号，并将所接收到的至少一个积分输入信号加和以提供总输出；以及
量化器，其连接到所述累积电路，以接收所述总输出，并将其量化以生成所述数字信号。

14.  根据权利要求10所述的系统，其中：
所述负载包括输入端子对；
所述H桥电路包括两对开关，各对开关中的开关彼此串联地连接在电压源与地之间；并且
各对开关中的开关之间的模拟电压施加给所述输入端子对中的相对应的一个输入端子。

15.  根据权利要求10所述的系统，其中，所述共模误差确定电路包括：
共模电压感测及计算电路，其用于对输出给所述负载的所述模拟信号进行感测，并计算共模电压误差及/或共模电流误差；以及
积分器电路，其用于对所计算出的共模电压误差及/或所计算出的共模电流误差进行积分，并提供经积分的所计算出的共模电压误差及/或经积分的所计算出的共模电流误差作为所述误差信号。

16.  根据权利要求10所述的系统，其中，所述共模误差确定电路包括：
逻辑状态检测及误差估计电路，其用于检测所述逻辑状态，并估计共模电压误差及/或共模电流误差；以及
积分器电路，其用于对估计共模电压误差及/或估计共模电流误差进行积分，并提供经积分的估计共模电压误差及/或经积分的估计共模电流误差作为所述误差信号。

17.  根据权利要求10所述的系统，其中，所述共模误差确定电路包括：
逻辑状态检测及误差估计电路，其用于检测所述逻辑状态，并估计共模电压误差及/或共模电流误差；以及
数字滤波器，其用于对估计共模电压误差及/或估计共模电流误差进行滤波，并提供经滤波的估计共模电压误差及/或经滤波的估计共模电流误差作为所述误差信号。

18.  根据权利要求10所述的系统，其中，所述共模误差确定电路：
基于所述调制器中的信息或所述数字信号来估计共模电压及/或共模电流；
基于估计共模电压及/或估计共模电流来计算估计共模误差及/或估计共模电流误差；并且
提供估计共模误差及/或估计共模电流误差作为所述误差信号。

19.  根据权利要求10所述的系统，其中：
所述数字信号包括被指定给三个逻辑状态或五个逻辑状态的电压电平，并且
所述调制器使用脉宽调制或sigma-delta调制来对所接收到的输入信号进行调制。

20.  一种用于对H桥电路的共模电压及/或共模电流进行控制的方法，包括：
接收指示所述H桥电路的共模电压及共模电流中的至少一个的信号；以及
生成确定对所述H桥电路的切换以控制所述H桥电路的共模电压及共模电流中的至少一个的控制信号。

21.  根据权利要求20所述的方法，其中：
所述信号是具有多个电压电平中的一个电压电平的数字信号，所述一个电压电平是基于经调制的输入信号来选择的，所述多个电压电平中的各个电压电平被指定给多个逻辑状态中的相对应的一个逻辑状态；
所述H桥电路包括多个操作状态，所述多个操作状态中的各个操作状态与所述多个逻辑状态中的相对应的一个逻辑状态相关联；
所述多个操作状态中的一个操作状态包括两个变型；
所述生成控制信号的步骤生成将所述H桥电路控制成在所述两个变型中的一个变型中操作的控制信号；并且
所述两个变型中的所述一个变型是基于所接收到的信号、按照使所述H桥电路的平均共模电压及所述H桥电路的平均共模电流中的至少一个的变化减小的方式来确定的。

22.  根据权利要求20所述的方法，其中，所接收到的数字信号包括分别具有预定周期的多个矩形脉冲，并且所述方法还包括：
生成激活归零逻辑电路以将所述控制信号修改成在所述预定周期的一部分中将所述H桥电路切换到与逻辑状态零相关联的操作状态中的激活信号。

23.  根据权利要求21所述的方法，其中，所述H桥电路连接在地电压与电压等于V_DD的电源之间，并且所述H桥电路被控制成在所述多个操作状态中的一个操作状态中操作，所述多个操作状态包括：
第一操作状态，其中对负载的第一端子施加的电压等于V_DD且对所述负载的第二端子施加的电压等于地电压；
第二操作状态，其中对所述负载的所述第一端子施加的电压等于地电压且对所述负载的所述第二端子施加的电压等于V_DD；
第三操作状态的第一变型，其中对所述负载的所述第一端子及所述第二端子中的各个端子施加的电压等于V_DD；以及
所述第三操作状态的第二变型，其中对所述负载的所述第一端子及所述第二端子中的各个端子施加的电压等于地电压。

24.  根据权利要求23所述的方法，其中：
所述第一操作状态、所述第二操作状态、所述第三操作状态的所述第一变型及所述第三操作状态的所述第二变型中的每一个与逻辑状态相关联，并且
所述控制信号将所述H桥电路控制成在与对所接收到的数字信号的电压电平指定的逻辑状态相关联的操作状态中操作。

25.  根据权利要求24所述的方法，该方法还包括：
对所接收到的数字信号的电压电平及/或电流电平进行检查；
对所接收到的数字信号的电压电平及/或电流电平指定逻辑状态；
在所述逻辑状态与不具有变型的操作状态相关联的情况下，将所述H桥电路控制在与所述逻辑状态相关联的操作状态中；以及
在所述逻辑状态与具有多个变型的操作状态相关联的情况下，将所述H桥电路控制在与所述逻辑状态相关联的操作状态的多个变型中的、使所述H桥电路的平均共模电压及平均共模电流中的至少一个的变化减小的一个变型中。

26.  根据权利要求24所述的方法，其中，所述逻辑状态包括-1、0及+1，并且所述方法还包括：
检查所述逻辑状态；
在所述逻辑状态等于+1的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第一操作状态中操作；
在所述逻辑状态等于-1的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第二操作状态中操作；
在所述逻辑状态等于0的情况下，对由所述信号所指示的共模电压及/或共模电流的误差进行检查；
在共模电压及/或共模电流的误差小于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第三操作状态的所述第一变型中操作；而
在共模电压及/或共模电流的误差大于或等于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第三操作状态的所述第二变型中操作。

27.  根据权利要求24所述的方法，其中，所接收到的数字信号包括分别具有预定周期的多个矩形脉冲，所述逻辑状态包括-2、-1、0、+1及+2，并且所述方法还包括：
检查所述逻辑状态；
在所述逻辑状态等于+2的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第一操作状态中操作；
在所述逻辑状态等于-2的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第二操作状态中操作；
在所述逻辑状态等于0的情况下，对由所述信号所指示的共模电压及/或共模电流的误差进行检查；
在共模电压及/或共模电流的误差小于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第三操作状态的所述第一变型中操作；而
在共模电压及/或共模电流的误差大于或等于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第三操作状态的所述第二变型中操作；
在所述逻辑状态等于+1的情况下：
将所述H桥电路控制成在所述预定周期的前半段在所述第一操作状态中操作；
对由所述信号所指示的共模电压及/或共模电流的误差进行检查；
在共模电压及/或共模电流的误差小于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述预定周期的后半段在所述第三操作状态的所述第一变型中操作；而
在共模电压及/或共模电流的误差大于或等于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述预定周期的所述后半段在所述第三操作状态的所述第二变型中操作；
在所述逻辑状态等于-1的情况下：
将所述H桥电路控制成在所述预定周期的前半段在所述第二操作状态中操作；
对由所述信号所指示的共模电压及/或共模电流的误差进行检查；
在共模电压及/或共模电流的误差小于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述预定周期的后半段在所述第三操作状态的所述第一变型中操作；而
在共模电压及/或共模电流的误差大于或等于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述预定周期的所述后半段在所述第三操作状态的所述第二变型中操作。

28.  根据权利要求21所述的方法，其中：
所述数字信号包括被指定给三个逻辑状态或五个逻辑状态的电压电平，并且
所述经调制的输入信号是使用脉宽调制或sigma-delta调制来调制的。

29.  一种用于对H桥电路的共模电压及/或共模电流进行控制的方法，包括：
调制器接收输入信号、对所接收到的输入信号进行调制、并生成具有多个电压电平中的一个电压电平的数字信号，所述一个电压电平是基于经调制的所接收到的输入信号来选择的，所述多个电压电平中的各个电压电平被指定给多个逻辑状态中的相对应的一个逻辑状态；
H桥控制器接收所述数字信号，并生成用于对所述H桥电路的操作进行控制的控制信号；
H桥电路接收所述控制信号，并基于所接收到的控制信号来操作以向负载输出模拟信号；以及
共模误差确定电路生成指示所述H桥电路的共模电压的误差及共模电流的误差中的至少一个的误差信号，
其中，所述H桥控制器接收所述误差信号，并基于所接收到的数字信号及所接收到的误差信号来生成所述控制信号，以使所述H桥电路的平均共模电压及平均共模电流中的至少一个的变化减小。

30.  根据权利要求29所述的方法，其中：
所述H桥电路包括多个操作状态，所述多个操作状态中的各个操作状态与所述多个逻辑状态中的相对应的一个逻辑状态相关联；
所述多个操作状态中的一个操作状态包括两个变型；
所述生成控制信号的步骤生成将所述H桥电路控制成在所述两个变型中的一个变型中操作的控制信号；并且
所述两个变型中的所述一个变型是基于所接收到的误差信号、按照使所述H桥电路的平均共模电压及所述H桥电路的平均共模电流中的至少一个的变化减小的方式来确定的。

31.  根据权利要求29所述的方法，其中，所接收到的信号包括分别具有预定周期的多个矩形脉冲，并且所述方法还包括：
归零逻辑电路接收所述控制信号，并输出使所述H桥电路在所述预定时间的一部分中在与逻辑零相关联的操作状态中操作的、经修改的控制信号。

32.  根据权利要求29所述的方法，其中，所述对所接收到的输入信号进行调制的步骤包括：
至少一个积分器电路对所接收到的输入信号进行积分，并提供至少一个积分输入信号；
累积电路从各个积分器电路接收所述至少一个积分输入信号，并将所接收到的至少一个积分输入信号加和以提供总输出；以及
量化器接收所述总输出，并将其量化以生成所述数字信号。

33.  根据权利要求29所述的方法，其中：
所述负载包括输入端子对；并且
所述H桥电路包括两对开关，各对开关中的开关彼此串联地连接在电压源与地之间，所述方法还包括：
将各对开关中的开关之间的模拟电压施加给所述输入端子对中的相对应的一个输入端子。

34.  根据权利要求29所述的方法，其中，所述共模误差确定电路包括共模电压感测及计算电路以及积分器电路，所述方法还包括：
所述共模电压感测及计算电路对输出给所述负载的所述模拟信号进行感测，并计算共模电压误差及/或共模电流误差；以及
所述积分器电路对所计算出的共模电压误差及/或所计算出的共模电流误差进行积分，并提供经积分的所计算出的共模电压误差及/或经积分的所计算出的共模电流误差作为所述误差信号。

35.  根据权利要求29所述的方法，其中，所述共模误差确定电路包括逻辑状态检测及误差估计电路以及积分器电路，所述方法还包括：
所述逻辑状态检测及误差估计电路检测所述逻辑状态，并估计共模电压误差及/或共模电流误差；以及
所述积分器电路对估计共模电压误差及/或估计共模电流误差进行积分，并提供经积分的估计共模电压误差及/或经积分的估计共模电流误差作为所述误差信号。

36.  根据权利要求29所述的方法，其中，所述共模误差确定电路包括逻辑状态检测及误差估计电路以及数字滤波器，所述方法还包括：
所述逻辑状态检测及误差估计电路检测所述逻辑状态，并估计共模电压误差及/或共模电流误差；以及
所述数字滤波器对估计共模电压误差及/或估计共模电流误差进行滤波，并提供经滤波的估计共模电压误差及/或经滤波的估计共模电流误差作为所述误差信号。

37.  根据权利要求29所述的方法，该方法还包括：所述共模误差确定电路
基于所述调制器中的信息或所述数字信号来估计共模电压及/或共模电流；
基于估计共模电压及/或估计共模电流来计算估计共模误差及/或估计共模电流误差；并且
提供估计共模误差及/或估计共模电流误差作为所述误差信号。

38.  根据权利要求29所述的方法，其中：
所述数字信号包括被指定给三个逻辑状态或五个逻辑状态的电压电平，并且
所述经调制的输入信号是使用脉宽调制或sigma-delta调制来调制的。

用于对开关放大器的共模电压进行控制的装置及方法
技术领域
本发明涉及用于对H桥电路的共模电压及/或共模电流进行控制的H桥控制器、系统及方法。
背景技术
D类放大器实质上是一种其中通过低阻抗开关来将负载连接到电源的开关器件。低阻抗开关以远高于输入信号的带宽的频率在无源状态与有源状态之间切换，并且负载对放大器的输出信号进行滤波，以使得输出信号的仅低频分量可以供后续使用。对输出信号的高频分量的这种滤波或者是以LC(电感器-电容器)电路的形式显式地进行的，或者是在其中扬声器本质上是用作低通滤波器的器件的音频扬声器的情况下隐式地进行的。D类放大器的普及是因为它们能够在不在该放大器自身中消耗功率的情况下将大量功率传递给负载，因此导致从电源到负载的非常高效的功率传送。
图1(a)例示了现有技术的、作为用于D类放大器的最普遍的开关布局的H桥电路100。H桥电路100包括将负载105连接在电源PWR与地GND之间的多个开关(101、102、103、104)。在第一操作状态期间，对开关(101、102、103、104)进行控制，以使得负载105的第一端子120连接到电源PWR，同时负载105的第二端子121连接到地GND。在第二操作状态期间，对开关(101、102、103、104)进行控制，以使得负载105的第一端子120连接到地GND，同时负载105的第二端子121连接到电源PWR。通过在第一操作状态与第二操作状态之间切换，能够对负载的各端到电源或地的连接进行周期性的切换，导致对负载施加方波形状的信号。由于负载上的电压仅有两种状态，因此将其称作二进制调制。
在高性能应用中，LC滤波器用于将从H桥电路100输出的信号的高频能量阻断，因而仅允许将低频能量施加给负载105。该滤波器所需的高品质的电感器及电容器相对较大且昂贵，因此成本敏感的应用通常选择无滤波操作。在无滤波操作中，不存在用于将从H桥电路100输出的信号的高频能量阻断的LC滤波器。结果，从H桥电路100输出的信号的所有的高频能量都被施加给负载105，导致与使用LC滤波器的情况相比，在负载105中消耗了更多功率。
还可以按第三操作状态的第一变型来对开关(101、102、103、104)进行控制，以使得负载105的第一端子120及负载105的第二端子121都连接到电源PWR。作为另一种选择，可以按第三操作状态的第二变型来对开关(101、102、103、104)进行控制，以使得负载105的第二端子120及负载105的第二端子121都连接到地GND。通过按三个操作状态来操作H桥电路100，显著地减小了无滤波操作的负载105中的额外的功率消耗。按三个操作状态来操作H桥电路100称作三进制调制。
尽管设置第三操作状态在减少无滤波操作的负载105中的额外的功率消耗方面具有期望的效果，但是引入了新的问题。对于按两个状态操作的H桥电路100，施加给负载105的电压总是纯差动的。结果，被定义为负载105的第一端子120及负载105的第二端子121中的各个端子处的平均电压的、负载105的共模电压，或通过负载105的等效电流，从不改变。共模电压总是近似等于电源电压除以2。在进行设置以使H桥电路100在第三状态中操作(例如，其中负载105的第二端子120及负载105的第二端子121都连接到地GND的前述第二变型)时，负载105的共模电压等于地电压。相似的是，没有电流通过负载105。因此，在以三个操作状态来操作H桥电路100时，负载105的共模电压及共模电流将基于操作状态而变化。
如果H桥电路100及负载105中的每个元件(包括布线寄生效应)是完全平衡的，则负载105的共模电压及共模电流的变化不是问题，至少从信号完整性的观点来看是这样。然而，H桥电路100的两端与负载105的两端之间的不可避免的失配将导致施加给负载105的两个端子的电压不同。共模电压的这种变化中的某些变化将显现为通过负载105的差分电压及差分电流，结果使输出信号劣化。
为了解决负载105的共模电压及共模电流的变化问题，期望在第三操作状态的各个变型之间调制第三操作状态。通过在第三操作状态的两个变型之间进行切换，将使平均共模电压及平均共模电流的变化减小。
图1(b)例示了M.Corsi等人在美国专利第6,262,632 B1号中描述的、试图解决这一问题的现有技术的装置。由M.Corsi所描述的电路实现包括两个脉宽调制器(150、160)，这两个脉宽调制器(150、160)分别包括用于根据随后被施加给半H桥电路100的音频输入信号来生成经脉宽调制的信号的单端差分放大器及比较器。其中一个脉宽调制器150及其相对应的半H桥电路构成正半电路，而另一个脉宽调制器160及其相对应的半H桥电路构成负半电路。正半电路及负半电路以彼此相反的相位操作，并提供随后被施加给负载105的信号(outp、outn)。
图1(b)中所例示的用于控制H桥电路100的方法有许多缺点。例如，该方法仅对脉宽调制器有效。此外，该方法需要多个单端差分放大器，结果导致大的空间实现及由该大的空间实现所导致的许多缺点。
提供本发明以解决上述问题。本发明的目的是提供一种使经由H桥电路而施加给负载的平均共模电压及平均共模电流的变化减小的装置及方法，同时减小实现这种装置及方法的空间要求。
发明内容
本发明提供了一种用于对H桥电路的共模电压及/或共模电流进行控制的H桥控制器。所述H桥控制器包括：用于接收指示所述H桥电路的共模电压及共模电流中的至少一个的信号的部件；以及用于生成确定对所述H桥电路的切换以对所述H桥电路的共模电压及共模电流中的至少一个进行控制的控制信号的部件。
所述信号可以是具有多个电压电平中的一个电压电平的数字信号，所述一个电压电平是基于经调制的输入信号来选择的，所述多个电压电平中的各个电压电平被指定多个逻辑状态中的相对应的一个逻辑状态。所述H桥电路可以包括多个操作状态，所述多个操作状态中的各个操作状态与所述多个逻辑状态中的相对应的一个逻辑状态相关联。所述多个操作状态中的一个操作状态可以包括两个变型。所述用于生成控制信号的部件可以生成将所述H桥电路控制成在所述两个变型中的一个变型中操作的控制信号。所述两个变型中的所述一个变型可以基于所接收到的信号、按照使所述H桥电路的平均共模电压及所述H桥电路的平均共模电流中的至少一个的变化减小的方式来确定。
所接收到的信号可以包括分别具有预定周期的多个矩形脉冲，并且所述H桥控制器还可以包括：用于生成激活归零逻辑电路以将所述控制信号修改成在所述预定周期的一部分中将所述H桥电路切换到与逻辑状态零相关联的操作状态中的激活信号的部件。
所述H桥电路可以连接在地电压与电压等于V_DD的电源之间。所述H桥电路可以被控制成在所述多个操作状态中的一个操作状态中操作。所述多个操作状态可以包括：第一操作状态，其中，对所述负载的第一端子施加的电压等于V_DD且对所述负载的第二端子施加的电压等于地电压；第二操作状态，其中，对所述负载的所述第一端子施加的电压等于地电压且对所述负载的所述第二端子施加的电压等于V_DD；第三操作状态的第一变型，其中，对所述负载的所述第一端子及所述第二端子中的各个端子施加的电压等于V_DD；以及所述第三操作状态的第二变型，其中，对所述负载的所述第一端子及所述第二端子中的各个端子施加的电压等于地电压。
所述第一操作状态、所述第二操作状态、所述第三操作状态的所述第一变型及所述第三操作状态的所述第二变型中的每一个可以与逻辑状态相关联。所述控制信号可以将所述H桥电路控制成在与对所接收到的数字信号的电压电平指定的逻辑状态相关联的操作状态中操作。
所述H桥控制器还可以包括：用于对所接收到的数字信号的电压电平及/或电流电平进行检查的部件；用于对所接收到的数字信号的电压电平及/或电流电平指定逻辑状态的部件；用于在所述逻辑状态与不具有变型的操作状态相关联的情况下，将所述H桥电路控制在与所述逻辑状态相关联的操作状态中的部件；以及用于在所述逻辑状态与具有多个变型的操作状态相关联的情况下，将所述H桥电路控制在与所述逻辑状态相关联的操作状态的多个变型中的、使所述H桥电路的平均共模电压及平均共模电流中的至少一个的变化减小的一个变型中的部件。
所述逻辑状态可以包括-1、0及+1，并且所述H桥控制器还可以包括以下部件，该部件用于：检查所述逻辑状态，在所述逻辑状态等于+1的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第一操作状态中操作，在所述逻辑状态等于-1的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第二操作状态中操作，在所述逻辑状态等于0的情况下，对由所述信号所指示的共模电压及/或共模电流的误差进行检查，在共模电压及/或共模电流的误差小于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第三操作状态的所述第一变型中操作，而在共模电压及/或共模电流的误差大于或等于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第三操作状态的所述第二变型中操作。
所接收到的数字信号可以包括分别具有预定周期的多个矩形脉冲，所述逻辑状态包括-2、-1、0、+1及+2，并且所述H桥控制器还可以包括以下部件，该部件用于：检查所述逻辑状态，在所述逻辑状态等于+2的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第一操作状态中操作，在所述逻辑状态等于-2的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第二操作状态中操作，在所述逻辑状态等于0的情况下，对由所述信号所指示的共模电压及/或共模电流的误差进行检查，在共模电压及/或共模电流的误差小于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第三操作状态的所述第一变型中操作，而在共模电压及/或共模电流的误差大于或等于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第三操作状态的所述第二变型中操作，在所述逻辑状态等于+1的情况下：将所述H桥电路控制成在所述预定周期的前半段在所述第一操作状态中操作，对由所述信号所指示的共模电压及/或共模电流的误差进行检查，在共模电压及/或共模电流的误差小于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述预定周期的后半段在所述第三操作状态的所述第一变型中操作，而在共模电压及/或共模电流的误差大于或等于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述预定周期的所述后半段在所述第三操作状态的所述第二变型中操作，在所述逻辑状态等于-1的情况下：将所述H桥电路控制成在所述预定周期的前半段在所述第二操作状态中操作，对由所述信号所指示的共模电压及/或共模电流的误差进行检查，在共模电压及/或共模电流的误差小于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述预定周期的后半段在所述第三操作状态的所述第一变型中操作，而在共模电压及/或共模电流的误差大于或等于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述预定周期的所述后半段在所述第三操作状态的所述第二变型中操作。
所述数字信号可以包括被指定三个逻辑状态或五个逻辑状态的电压电平，并且所述经调制的输入信号可以是使用脉宽调制或sigma-delta调制来调制。
本发明提供了一种用于对H桥电路的共模电压及/或共模电流进行控制的系统。该系统包括：调制器，其用于接收输入信号、对所接收到的输入信号进行调制、并生成具有多个电压电平中的一个电压电平的数字信号，所述一个电压电平是基于经调制的所接收到的输入信号来选择的，所述多个电压电平中的各个电压电平被指定多个逻辑状态中的相对应的一个逻辑状态；H桥控制器，其用于接收所述数字信号，并生成用于对所述H桥电路的操作进行控制的控制信号；H桥电路，其用于接收所述控制信号，并基于所接收到的控制信号来进行操作，以向负载输出模拟信号；以及共模误差确定电路，其用于生成指示所述H桥电路的共模电压误差及共模电流误差中的至少一个的误差信号，其中，所述H桥控制器接收所述误差信号，并基于所接收到的数字信号及所接收到的误差信号来生成所述控制信号，以使所述H桥电路的平均共模电压及平均共模电流中的至少一个的变化减小。
所述H桥电路可以包括多个操作状态，所述多个操作状态中的各个操作状态与所述多个逻辑状态中的相对应的一个逻辑状态相关联。所述多个操作状态中的一个操作状态可以包括两个变型。所述H桥控制器可以生成将所述H桥电路控制成在所述两个变型中的一个变型中操作的控制信号。所述两个变型中的所述一个变型可以基于所接收到的误差信号、按照使所述H桥电路的平均共模电压及所述H桥电路的平均共模电流中的至少一个的变化减小的方式来确定。
所接收到的信号可以包括分别具有预定周期的多个矩形脉冲，并且所述系统还可以包括：归零逻辑电路，其用于接收来自所述H桥控制器的所述控制信号，并输出使所述H桥电路在所述预定时间的一部分中在与逻辑零相关联的操作状态中操作的、经修改的控制信号。
所述调制器可以包括：至少一个积分器电路，各个积分器电路用于对所接收到的输入信号进行积分，并提供至少一个积分输入信号；累积电路，其连接到所述至少一个积分器电路，以从各个积分器电路接收所述至少一个积分输入信号，并将所接收到的至少一个积分输入信号加和以提供总输出；以及量化器，其连接到所述累积电路以接收所述总输出，并将其量化以生成所述数字信号。
所述负载可以包括输入端子对。所述H桥电路可以包括两对开关，各对开关中的开关彼此串联地连接在电压源与地之间。各对开关中的开关之间的模拟电压可以施加给所述输入端子对中的相对应的一个输入端子。
所述共模误差确定电路可以包括：共模电压感测及计算电路，其用于对输出给所述负载的所述模拟信号进行感测，并计算共模电压误差及/或共模电流误差；以及积分器电路，其用于对所计算出的共模电压误差及/或所计算出的共模电流误差进行积分，并提供经积分的所计算出的共模电压误差及/或经积分的所计算出的共模电流误差作为所述误差信号。
所述共模误差确定电路可以包括：逻辑状态检测及误差估计电路，其用于检测所述逻辑状态，并估计共模电压误差及/或共模电流误差；以及积分器电路，其用于对估计共模电压误差及/或估计共模电流误差进行积分，并提供经积分的估计共模电压误差及/或经积分的估计共模电流误差作为所述误差信号。
所述共模误差确定电路可以包括：逻辑状态检测及误差估计电路，其用于检测所述逻辑状态，并估计共模电压误差及/或共模电流误差；以及数字滤波器，其用于对估计共模电压误差及/或估计共模电流误差进行滤波，并提供经滤波的估计共模电压误差及/或经滤波的估计共模电流误差作为所述误差信号。
所述共模误差确定电路可以基于所述数字信号或所述调制器中的信息来估计共模电压及/或共模电流，基于估计共模电压及/或估计共模电流来计算估计共模误差及/或估计共模电流误差，并提供估计共模误差及/或估计共模电流误差作为所述误差信号。
本发明提供了一种用于对H桥电路的共模电压及/或共模电流进行控制的方法。该方法包括：接收指示所述H桥电路的共模电压及共模电流中的至少一个的信号；以及生成确定对所述H桥电路的切换以控制所述H桥电路的共模电压及共模电流中的至少一个的控制信号。
所述信号可以是具有多个电压电平中的一个电压电平的数字信号，所述一个电压电平是基于经调制的输入信号来选择的，所述多个电压电平中的各个电压电平被指定多个逻辑状态中的相对应的一个逻辑状态。所述H桥电路可以包括多个操作状态，所述多个操作状态中的各个操作状态与所述多个逻辑状态中的相对应的一个逻辑状态相关联。所述多个操作状态中的一个操作状态可以包括两个变型。所述生成控制信号的步骤可以生成将所述H桥电路控制成在所述两个变型中的一个变型中操作的控制信号。所述两个变型中的所述一个变型可以基于所接收到的信号、按照使所述H桥电路的平均共模电压及所述H桥电路的平均共模电流中的至少一个的变化减小的方式来确定。
所接收到的数字信号可以包括分别具有预定周期的多个矩形脉冲。所述方法还可以包括生成激活归零逻辑电路以将所述控制信号修改成在所述预定周期的一部分中将所述H桥电路切换到与逻辑状态零相关联的操作状态中的激活信号。
所述方法还可以包括：对所接收到的数字信号的电压电平及/或电流电平进行检查；对所接收到的数字信号的电压电平及/或电流电平指定逻辑状态；在所述逻辑状态与不具有变型的操作状态相关联的情况下，将所述H桥电路控制在与所述逻辑状态相关联的操作状态中；以及在所述逻辑状态与具有多个变型的操作状态相关联的情况下，将所述H桥电路控制在与所述逻辑状态相关联的操作状态的多个变型中的、使所述H桥电路的平均共模电压及平均共模电流中的至少一个的变化减小的一个变型中。
所述逻辑状态可以包括-1、0及+1。所述方法还可以包括：检查所述逻辑状态，在所述逻辑状态等于+1的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第一操作状态中操作，在所述逻辑状态等于-1的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第二操作状态中操作，在所述逻辑状态等于0的情况下，对由所述信号所指示的共模电压及/或共模电流的误差进行检查，在共模电压及/或共模电流的误差小于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第三操作状态的所述第一变型中操作，而在共模电压及/或共模电流的误差大于或等于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第三操作状态的所述第二变型中操作。
所接收到的数字信号可以包括分别具有预定周期的多个矩形脉冲，所述逻辑状态包括-2、-1、0、+1及+2。所述方法还可以包括：检查所述逻辑状态，在所述逻辑状态等于+2的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第一操作状态中操作，在所述逻辑状态等于-2的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第二操作状态中操作，在所述逻辑状态等于0的情况下，对由所述信号所指示的共模电压及/或共模电流的误差进行检查，在共模电压及/或共模电流的误差小于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第三操作状态的所述第一变型中操作，而在共模电压及/或共模电流的误差大于或等于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述第三操作状态的所述第二变型中操作，在所述逻辑状态等于+1的情况下：将所述H桥电路控制成在所述预定周期的前半段在所述第一操作状态中操作，对由所述信号所指示的共模电压及/或共模电流的误差进行检查，在共模电压及/或共模电流的误差小于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述预定周期的后半段在所述第三操作状态的所述第一变型中操作，而在共模电压及/或共模电流的误差大于或等于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述预定周期的所述后半段在所述第三操作状态的所述第二变型中操作，在所述逻辑状态等于-1的情况下：将所述H桥电路控制成在所述预定周期的前半段在所述第二操作状态中操作，对由所述信号所指示的共模电压及/或共模电流的误差进行检查，在共模电压及/或共模电流的误差小于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述预定周期的后半段在所述第三操作状态的所述第一变型中操作，而在共模电压及/或共模电流的误差大于或等于零的情况下，将所述H桥电路控制成在所述预定周期的所述后半段在所述第三操作状态的所述第二变型中操作。
本发明提供了一种用于对H桥电路的共模电压及/或共模电流进行控制的方法。该方法包括：调制器接收输入信号、对所接收到的输入信号进行调制、并生成具有多个电压电平中的一个电压电平的数字信号，所述一个电压电平是基于经调制的所接收到的输入信号来选择的，所述多个电压电平中的各个电压电平被指定多个逻辑状态中的相对应的一个逻辑状态；H桥控制器接收所述数字信号，并生成用于对所述H桥电路的操作进行控制的控制信号；H桥电路接收所述控制信号，并基于所接收到的控制信号来操作以向负载输出模拟信号；以及共模误差确定电路生成指示所述H桥电路的共模电压的误差及共模电流的误差中的至少一个的误差信号，其中，所述H桥控制器接收所述误差信号，并基于所接收到的数字信号及所接收到的误差信号来生成所述控制信号，以使所述H桥电路的平均共模电压及平均共模电流中的至少一个的变化减小。
所述H桥电路可以包括多个操作状态，所述多个操作状态中的各个操作状态与所述多个逻辑状态中的相对应的一个逻辑状态相关联。所述多个操作状态中的一个操作状态可以包括两个变型。所述生成控制信号的步骤可以生成将所述H桥电路控制成在所述两个变型中的一个变型中操作的控制信号。所述两个变型中的所述一个变型可以基于所接收到的误差信号、按照使所述H桥电路的平均共模电压及所述H桥电路的平均共模电流中的至少一个的变化减小的方式来确定。
所接收到的信号可以包括分别具有预定周期的多个矩形脉冲。所述方法还可以包括：归零逻辑电路接收所述控制信号，并输出使所述H桥电路在所述预定时间的一部分中在与逻辑零相关联的操作状态中操作的经修改的控制信号。
所述调制所接收到的输入信号的步骤可以包括：至少一个积分器电路对所接收到的输入信号进行积分，并提供至少一个积分输入信号；累积电路从各个积分器电路接收所述至少一个积分输入信号，并将所接收到的至少一个积分输入信号加和以提供总输出；以及量化器接收所述总输出，并将其量化以生成所述数字信号。
所述负载可以包括输入端子对。所述H桥电路可以包括两对开关，各对开关中的开关彼此串联地连接在电压源与地之间。所述方法还可以包括：将各对开关中的开关之间的模拟电压施加给所述输入端子对中的相对应的一个输入端子。
所述共模误差确定电路可以包括共模电压感测及计算电路以及积分器电路。所述方法还可以包括：所述共模电压感测及计算电路对输出给所述负载的所述模拟信号进行感测，并计算共模电压误差及/或共模电流误差；以及所述积分器电路对所计算出的共模电压误差及/或所计算出的共模电流误差进行积分，并提供经积分的所计算出的共模电压误差及/或经积分的所计算出的共模电流误差作为所述误差信号。
所述共模误差确定电路可以包括逻辑状态检测及误差估计电路以及积分器电路。所述方法还可以包括：所述逻辑状态检测及误差估计电路检测所述逻辑状态，并估计共模电压误差及/或共模电流误差；以及所述积分器电路对估计共模电压误差及/或估计共模电流误差进行积分，并提供经积分的估计共模电压误差及/或经积分的估计共模电流误差作为所述误差信号。
所述共模误差确定电路可以包括逻辑状态检测及误差估计电路以及数字滤波器。所述方法还可以包括：所述逻辑状态检测及误差估计电路检测所述逻辑状态，并估计共模电压误差及/或共模电流误差；以及所述数字滤波器对估计共模电压误差及/或估计共模电流误差进行滤波，并且提供经滤波的估计共模电压误差及/或经滤波的估计共模电流误差作为所述误差信号。
所述方法还可以包括：所述共模误差确定电路基于所述数字信号或所述调制器中的信息来估计共模电压及/或共模电流，基于估计共模电压及/或估计共模电流来计算估计共模误差及/或估计共模电流误差，并将估计共模误差及/或估计共模电流误差作为所述误差信号来提供。
附图说明
图1(a)例示了现有技术的H桥电路。
图1(b)例示了现有技术的向H桥电路施加经调制的电压的装置。
图2(a)例示了处于静态配置的H桥电路。
图2(b)例示了处于第一操作状态的H桥电路。
图2(c)例示了处于第二操作状态的H桥电路。
图2(d)例示了处于第三操作状态的第一变型的H桥电路。
图2(e)例示了处于第三操作状态的第二变型的H桥电路。
图3(a)例示了使用反馈结构的、包括共模误差确定电路的、用于控制H桥电路的通用装置。
图3(b)例示了用于控制H桥电路的通用装置的示例。
图4(a)例示了第一共模误差确定电路。
图4(b)例示了第二共模误差确定电路。
图4(c)例示了第三共模误差确定电路。
图5例示了使用前馈结构的、包括共模误差确定电路的、用于控制H桥电路的通用装置。
图6(a)例示了H桥控制器的总体逻辑操作的流程图。
图6(b)例示了在具有被指定三个逻辑状态的电压电平的数字信号的情况下H桥控制器的逻辑操作的流程图。
图6(c)例示了在具有被指定五个逻辑状态的电压电平的数字信号的情况下H桥控制器的逻辑操作的流程图。
图7例示了归零(RTZ)逻辑电路。
具体实施方式
下文中将参照附图以例示性示例的方式来描述本发明。
图2(a)至图2(e)例示了根据本发明的H桥电路200。图2(a)例示了处于静态配置的H桥电路200。H桥电路200包括两对开关(Sw1、Sw2、Sw3、Sw4)，各对开关(Sw1、Sw2、Sw3、Sw4)中的开关彼此串联地连接在电压源V_DD与地GND之间。负载205具有分别在输出节点对(out⁺、out^-)中的一个输出节点处连接在各对开关(Sw1、Sw2、Sw3、Sw4)中的开关之间的输入端子对。尽管将图2(a)至图2(e)中及本申请的其他附图中所例示的开关(Sw1、Sw2、Sw3、Sw4)描绘为MOS晶体管，但是本说明书并不限于此。而是可以在不背离本发明的范围的情况下，使用双极晶体管(BJT)或能够进行导通状态与非导通状态之间的切换功能的任何其他半导体器件来替代所例示的MOS晶体管。
图2(b)例示了处于以下第一操作状态中的H桥电路200：其中，开关Sw1、Sw2、Sw3、Sw4分别被控制成处于开、关、关、开状态中。负载105的共模电压等于输出节点对(out⁺、out^-)中的第一输出节点out⁺处的电压与输出节点对(out⁺、out^-)中的第二输出节点out^-处的电压的平均电压。在第一操作状态期间，负载205的共模电压等于V_DD/2。
图2(c)例示了处于以下第二操作状态中的H桥电路200：其中，开关Sw1、Sw2、Sw3、Sw4分别被控制成处于关、开、开、关状态中。在第二操作状态期间，负载的共模电压等于V_DD/2。
图2(d)例示了处于以下第三操作状态的第一变型中的H桥电路200：其中，开关Sw1、Sw2、Sw3、Sw4分别被控制成处于开、关、开、关状态中。在第三操作状态的第一变型期间，负载的共模电压等于V_DD。
图2(e)例示了处于以下第三操作状态的第二变型中的H桥电路200：其中，开关Sw1、Sw2、Sw3、Sw4分别被控制成处于关、开、关、开状态中。在第三操作状态的第二变型期间，负载的共模电压等于0。
图3(a)例示了根据本发明的用于使用反馈结构来控制H桥电路的通用装置。该通用装置包括调制器320，调制器320具有用于接收作为输入信号(in⁺、in^-)与从H桥电路300提供的输出信号的加和的信号的两个输入端子。设置加和器(331、332)来将输入信号(in⁺、in^-)与输出信号加和。输入信号(in⁺、in^-)本质上是模拟的，并且可以是正弦波形或多个正弦波形的组合。
调制器320用于对所接收到的信号进行调制。调制器320可以对所接收到的信号施加任意调制，包括sigma-delta调制、脉宽调制等。调制器320基于经调制的输入信号来输出具有离散电压电平的数字信号。该电压电平是由输入信号及由调制器320所进行的调制的类型来确定的，其中，较大数量的逻辑电平将导致引入到所接收到的信号中的噪声的量减少。在使用至少三个离散电压电平时，实现本发明的效果。
H桥控制器310连接到调制器320以接收从调制器320输出的数字信号。H桥控制器310针对各个离散电压电平对数字信号指定逻辑状态，并基于所指定的逻辑状态来生成用于控制H桥电路300的控制信号。
具体地说，对从调制器320输出的数字信号的各个电压电平指定被预先指定成控制H桥电路300输出特定电压及/或特定电流的控制信号的特定逻辑状态。
例如，在调制器输出具有三个离散电压电平+V、0、-V的数字信号的情况下，H桥控制器分别指定逻辑状态1、0、-1。然后，H桥控制器生成用于控制H桥电路300针对逻辑状态1、0、-1分别输出电压+V_DD、0、-V_DD的控制信号。相似的是，控制信号控制H桥电路300输出电流+V_DD/R、0、+V_DD/R(其中，R为负载205的电阻)。
在调制器输出具有五个离散的逻辑电平的情况下，可以将逻辑状态-2、0、2按与在3个逻辑状态的情况下的逻辑状态1、0、-1相同的方式来处理。逻辑状态-1及1可以通过使用归零脉冲来生成，以使得它们分别具有输出电压+V_DD及-V_DD，但是与3个逻辑状态的情况相比，脉冲宽度仅为一半。下面将对通过使用归零脉冲的关于多于三个逻辑状态的多个逻辑状态的概念进行进一步的解释。
尽管将加和器(331、332)例示成将输入信号(in⁺、in^-)与从H桥电路300提供的输出信号相加和，但是另选的是，可以将输入信号(in⁺、in^-)与从调制器320或H桥控制器310的输出提供的信号相加和。
H桥电路300包括负载305，并连接到H桥控制器310、加和器(331、332)及共模误差确定电路340。H桥电路300用于接收来自H桥控制器310的控制信号并生成输出电压。该输出电压电平随后被发送给加和器(331、332)及负载305。
共模误差确定电路340确定误差信号并将该误差信号提供给H桥控制器310，H桥控制器使用该误差信号来确定将H桥电路300控制在与同一逻辑状态相关联的多个开关位置中的哪个开关位置中，以使H桥电路300的平均共模电压的变化减小。相似的是，使H桥电路300的平均共模电流的变化减小。
误差信号指示共模电压误差或由与H桥电路300在不具有相同的共模电压的多个状态中的操作导致的移动共模电压直接有关的、共模电压误差的函数。该共模电压被称作移动共模电压是由于该共模电压不是恒定的，而基于操作的状态而改变。对于共模电压误差，它具体地等于H桥电路300的共模电压与预定恒定共模电压之间的差异。另选的或附加的是，误差信号可以指示共模电压电流或其与移动共模电流直接有关的函数。共模电压电流等于H桥电路300的共模电流与预定的恒定共模电流之间的差异。
例如，考虑H桥电路300在三个操作状态中的操作；即，对从调制器320输出的数字信号指定三个逻辑状态-1、0、+1，这三个逻辑状态被预先指定成控制H桥电路300输出电压+V_DD、0、-V_DD。对于逻辑状态-1及+1，可以将H桥电路300分别控制在第一操作状态及第二操作状态中，分别如图2(b)及图2(c)中所例示的。在这种情况下，对于-1逻辑状态及+1逻辑状态中的各个逻辑状态，H桥电路300的共模电压等于V_DD/2。然而，对于逻辑状态0，在将H桥电路300控制在第三操作状态的第一变型中的情况下，如图2(d)中所例示的，H桥电路300的共模电压等于V_DD。在将H桥电路300控制在第三操作状态的第二变型中的情况下，如图2(e)中所例示的，H桥电路300的共模电压等于0。因此，在将H桥电路300控制成在所述三个操作状态中操作时，共模电压会在0、V_DD/2、V_DD之间移动。
由于当在第三操作状态的第一变型及第二变型中的各个变型之间等同地切换时的H桥电路300的平均共模电压与在将H桥电路控制在第一操作状态及第二操作状态中时的H桥电路300的共模电压相等，因此选择V_DD/2作为预定恒定共模电压是有效的。具体地说，逻辑状态+1及-1都导致等于V_DD/2的共模电压。在控制H桥电路300输出针对逻辑状态0的电压时，共模电压误差近似等于±V_DD/2。共模电压误差近似等于±V_DD/2，基于此来将H桥电路300控制在第三操作状态的哪一变型中。对H桥电路300在第三操作状态的第一变型及第二变型中的各个变型之间的等同的切换控制将导致H桥电路300的共模电压误差平均起来等于零，结果使H桥电路300的平均共模电压的变化减小。
尽管选择V_DD/2作为预定恒定共模电压是有效的，但这仅是示例性的。可以选择任意的预定恒定共模电压；即，预定恒定共模电压可以等于V_DD/4。在这种情况下，期望在第三操作状态的第一变型与第二变型之间切换，以使得H桥电路300的平均共模电压近似等于V_DD/4。
图3(b)例示了用于控制图3(a)中所例示的H桥电路的装置的示例。在该示例中，调制器320对所接收到的信号施加sigma-delta调制。
调制器320包括用于接收来自加和器(331、332)的信号、对所接收到的信号进行积分并将积分信号提供给累积电路的多个积分器电路。积分器电路的数量是任意的，其中，增加积分器电路的数量导致所接收到的信号的更平滑的表示。图3(b)中所例示的示例示出了四阶sigma-delta调制器。
各个积分器电路包括具有分别连接到多个电阻元件(R1至R8)中的一个电阻元件的输入以及分别经由多个电容元件(C1至C8)中的一个电容元件而连接到各自的输入的输出(a0、a1、b0、b1、c0、c1、d0、d1)的放大器。
累积电路包括具有经由多个电阻元件(R9至R16)中的一个电阻元件而连接到多个积分器电路中的各个积分器电路的输出(a0、a1、b0、b1、c0、c1、d0、d1)的输入以及经由多个电阻元件(R9、R10)中的一个电阻元件而连接到各自的输入的输出的放大器。累积电路用于将来自多个积分器电路中的各个积分器电路的信号加和，并将总积分信号提供给N阶量化器(其中，N为大于零的任意整数)。
N阶量化器用于以由N阶量化器所接收到的时钟信号的频率所给出的速率来将总积分信号量化成具有离散的电压电平的数字信号。
H桥控制器310接收来自N阶量化器的数字信号，针对各个离散的电压电平对数字信号指定逻辑状态，并生成用于控制H桥电路300的多个开关(Sw1、Sw2、Sw3、Sw4)中的各个开关的控制信号。H桥控制器310包括连接到包括在调制器320中的N阶量化器的输入，并且还包括连接到包括在H桥电路300中的多个开关(Sw1、Sw2、Sw3、Sw4)中的各个开关的输出。
在N＝3的示例性情况下，H桥控制器对从N阶量化器输出的数字信号的离散电压电平+V、0、-V分别指定三个逻辑状态1、0、-1。对于逻辑状态1及-1，H桥控制器310将多个开关(Sw1、Sw2、Sw3、Sw4)控制成分别在第一操作状态及第二操作状态中操作(分别如图2(b)及图2(c)中所例示的)，以使得分别对负载305施加输出电压+V_DD及-V_DD。对于逻辑状态0，H桥控制器310将多个开关(Sw1、Sw2、Sw3、Sw4)控制成在第三操作状态的第一变型或第二变型中操作，如图2(d)及图2(e)中所例示的。H桥控制器310可以将多个开关(Sw1、Sw2、Sw3、Sw4)控制成使得这些开关被控制在第三操作状态的第一变型及第二变型中的各个变型中的可能性相同，可以将多个开关(Sw1、Sw2、Sw3、Sw4)控制成使得这些开关被控制在第三操作状态的第一变型及第二变型中的任一变型中的可能性更大、或者将这些开关控制在第三操作状态的第一变型及第二变型中的仅一个变型中。
帮助确定应当将H桥电路300的开关控制在第三操作状态的第一变型及第二变型中的哪一变型中的元件是共模误差确定电路340。共模误差确定电路340连接到包括在H桥电路300中的多个开关中的各个开关的门电路以接收施加给H桥电路300的控制信号，并连接到H桥控制器310以向H桥控制器310发送误差信号。H桥控制器310随后接收该误差信号，并使用该误差信号来使H桥电路300的平均共模电压及平均共模电流的变化减小。连接到多个开关(Sw1、Sw2、Sw3、Sw4)中的各个开关的门电路仅是示例性的，可以存在从H桥电路300接收误差信号并将该误差信号提供给H桥控制器310的多种可选方式，如下面所讨论的。
图4(a)至图4(c)例示了从H桥电路400接收信号并向H桥控制器410提供误差信号的多种可选方式。这些可选方式可以针对图3(a)及图3(b)中的任一个中所例示的共模误差确定电路340来实现。
图4(a)例示了包括共模电压/共模电流感测及误差计算电路441以及积分器电路442的共模误差确定电路440。共模电压/共模电流感测及误差计算电路441对H桥电路400的各对输出节点(out⁺、out^-)处的模拟电压进行感测，然后通过计算所感测到的共模电压与预定恒定共模电压之间的差异来计算共模电压误差及/或通过计算所感测到的共模电流与预定恒定共模电流之间的差异来计算共模电流误差。然后，共模电压误差及/或共模电流误差被输出给积分器电路442，随后在积分器电路442中对该误差进行积分并将其作为误差信号提供给H桥控制器410。H桥控制器410随后基于积分共模电压误差及/或积分共模电流误差来选择将H桥电路400控制在与同一逻辑状态相关联的多个开关位置中的哪个开关位置中，以使该H桥电路的平均共模电压及/或平均共模电流的变化减小。
图4(b)例示了包括逻辑状态检测及误差估计电路443及积分器电路442的共模误差确定电路440。逻辑状态检测及误差估计电路443检测与施加给H桥电路400的各个开关的控制信号相对应的逻辑状态。这与在图3(b)中所例示的、其中共模误差确定电路340接收施加给H桥电路300的各个开关的控制信号的示例相似。逻辑状态检测及误差估计电路443针对各个逻辑状态计算与H桥电路400的多个开关的操作状态相关联的共模电压及/或共模电流，随后通过计算所计算出的共模电压与预定恒定共模电压之间的差异及/或计算所计算出的共模电流与预定恒定共模电流之间的差异来估计共模电压误差及/或共模电流误差。
然后，估计共模电压误差及/或估计共模电流误差被输出给积分器电路442，随后在积分器电路442中对该误差进行积分并将其作为误差信号提供给H桥控制器410。H桥控制器410随后基于经积分的估计共模电压误差及/或经积分的估计共模电流误差来选择将H桥电路400控制在与同一逻辑状态相关联的多个开关位置中的哪个开关位置中，以使H桥电路的平均共模电压及/或平均共模电流的变化减小。
图4(c)例示了包括逻辑状态检测及误差估计电路443及数字滤波器444的共模误差确定电路440。图4(c)中所例示的共模误差确定电路440按与图4(b)中所例示的操作相似的方式来操作，然而，在这种情况下，逻辑状态检测及误差估计电路443输出表示估计共模电压误差及/或估计共模电流误差的数字信号，数字滤波器444随后接收到该数字信号并经由数字滤波器444来对其进行滤波。
数字滤波器444例如可以是传递函数为y(z)＝z^-1x(z)的低通滤波器，其中，y(z)表示数字滤波器444的输出信号，x(z)表示数字滤波器444的输入信号，y(z)及x(z)均在z域中。作为另一种选择，低通滤波器可以具有更复杂的传递函数y(z)＝(a₀z^-1+a₁z^-2+...+a_Nz^-N)x(z)，其中，N为任意的正整数，a₀、a₁、...、a_N为具有任意值的系数。
将经滤波的估计共模电压误差及/或经滤波的估计共模电流误差作为数字误差信号从数字滤波器444提供给H桥控制器410。H桥控制器410随后基于经滤波的估计共模电压误差及/或经滤波的估计共模电流误差来选择将H桥电路400控制在与同一逻辑状态相关联的多个开关位置中的哪个开关位置中，以使该H桥电路的平均共模电压及/或平均共模电流的变化减小。
与图4(a)及图4(b)中所例示的共模误差确定电路相比，图4(c)中所例示的共模误差确定电路440提供了不需要与对应的数字组件相比通常更昂贵且占用更多的空间的模拟组件的实现的优点。
图5例示了根据本发明的、使用前馈结构的、用于控制H桥电路的通用装置。除了共模误差确定电路550以外，图5中所例示的所有的元件按与图3(a)中所例示的那些元件相似的方式来进行操作，因此这里为了简明而不再描述。
然而，与图3(a)中所例示的实施例相比，图5中所例示的实施例使用前馈结构而非反馈结构。图5中所例示的H桥控制器510从共模误差确定电路550接收误差信号，而不是根据H桥电路300的输出或H桥控制器310的输出来确定误差信号。该误差信号指示对H桥电路500的共模电压误差及/或共模电流误差的估计。共模误差确定电路550使用从调制器520输出的数字信号或调制器520自身内的信息来估计特定时间点的H桥电路的共模电压及/或共模电流，并随后计算等于估计共模电压与预定恒定共模电压之间的差异的估计共模电压误差并/或计算等于估计共模电流与预定恒定共模电流之间的差异的估计共模电流误差。
例如，在调制器520输出具有特定电压电平的数字信号的情况下，共模误差估计电路550基于该特定电压电平来确定H桥电路500应当响应于H桥控制器510生成控制信号而施加给负载505的电压。作为另一种选择，可以确定应当流过负载505的估计电流量。于是，估计共模电压误差等于H桥电路500应当施加给负载505的电压与预定恒定共模电压之间的差异。相似的是，估计共模电流误差等于应当流过负载505的电流与预定恒定共模电流之间的差异。
考虑从调制器520输出的数字信号，应当认识到，共模误差确定电路550还可以用于将从调制器520输出的数字信号传送给H桥控制器510。结果，共模误差确定电路550可以将指示对H桥电路500的共模电压误差及/或共模电流误差的估计的误差信号以及从调制器520输出的数字信号提供给H桥控制器510。
图6(a)至图6(c)例示了图3(a)及图3(b)中所例示的H桥控制器310的逻辑操作的流程图。图6(a)至图6(c)中所例示的逻辑操作可以等同地应用于图5中所例示的H桥控制器510。
图6(a)例示了H桥控制器310的总体逻辑操作的流程图。在步骤601中，H桥控制器310接收来自调制器320的数字信号及来自共模误差确定电路340的误差信号。在步骤602中，H桥控制器310检查对所接收到的数字信号的电压电平指定的逻辑状态。
如果逻辑状态与H桥电路300的不具有变型的操作状态(即，第一操作状态及第二操作状态)相关联，则H桥控制器310将H桥电路300控制成在与对所接收到的数字信号的电压电平指定的逻辑状态相关联的操作状态中操作，如步骤603中所例示的。
如果逻辑状态与H桥电路300的具有多个变型的操作状态(即，第三操作状态)相关联，则H桥控制器310将H桥电路300控制成在与对所接收到的数字信号的电压电平指定的逻辑状态相关联的、使H桥电路300的平均共模电压及/或平均共模电流的变化减小的多个状态中操作，如步骤604中所例示的。
图6(b)例示了在从调制器320接收到的数字信号具有被指定3个逻辑状态的电压电平的情况下H桥控制器310的逻辑操作的流程图。在步骤611中，H桥控制器310接收来自调制器320的数字信号及来自共模误差确定电路340的误差信号。在步骤612中，H桥控制器310检查对所接收到的数字信号的电压电平指定的逻辑状态。
如果逻辑状态等于+1，则H桥控制器310将H桥电路300控制成在第一操作状态(图2(b)中所例示的)中操作，如步骤613中所示出的。如果逻辑状态等于-1，则H桥控制器310将H桥电路300控制成在第二操作状态(图2(c)中所例示的)中操作，如步骤614中所示出的。
如果逻辑状态等于0，则H桥控制器310对由所接收到的误差信号所指示的共模电压误差及/或共模电流误差进行检查，如步骤615中所示出的。如果共模电压误差及/或共模电流误差小于零，则H桥控制器310将H桥电路300控制成在第三操作状态的第一变型(图2(d)中所例示的)中操作，如步骤616中所示出的。
如果共模电压误差及/或共模电流误差大于或等于零，则H桥控制器310将H桥电路300控制成在第三操作状态的第二变型(图2(e)中所例示的)中操作，如步骤617中所示出的。
图6(c)例示了在从调制器420接收到的数字信号具有被指定五个逻辑状态的电压电平的情况下H桥控制器310的逻辑操作的流程图。从调制器320输出的数字信号可以包括分别具有预定周期的多个矩形脉冲。在步骤621中，H桥控制器310接收来自调制器320的数字信号并接收来自共模误差确定电路340的误差信号。在步骤622中，H桥控制器310检查对所接收到的数字信号的电压电平指定的逻辑状态。
如果逻辑状态等于+2，则H桥控制器310将H桥电路300控制成在与等于+2的逻辑状态相对应的矩形脉冲的预定周期在第一操作状态(图2(b)中所例示的)中操作，如步骤623中所示出的。
如果逻辑状态等于-2，则H桥控制器310将H桥电路300控制成在与等于-2的逻辑状态相对应的矩形脉冲的预定周期在第二操作状态(图2(c)中所例示的)中操作，如步骤624中所示出的。
如果逻辑状态等于0，则H桥控制器310对由所接收到的误差信号所指示的共模电压误差及/或共模电流误差进行检查，如步骤625中所示出的。如果共模电压误差及/或共模电流误差小于零，则H桥控制器310将H桥电路300控制成在与等于0的逻辑状态相对应的矩形脉冲的预定周期在第三操作状态的第一变型(图2(d)中所例示的)中操作，如步骤626中所示出的。如果共模电压误差及/或共模电流误差大于或等于零，则H桥控制器310将H桥电路300控制成在与等于0的逻辑状态相对应的矩形脉冲的预定周期在第三操作状态的第二变型(图2(e)中所例示的)中操作，如步骤627中所示出的。
如果逻辑状态等于+1，则H桥控制器310将H桥电路300控制成在与等于+1的逻辑状态相对应的矩形脉冲的预定周期的前半段在第一操作状态(图2(b)中所例示的)中操作，如步骤628中所示出的。在步骤628之前或之后，H桥控制器310对由所接收到的误差信号所指示的共模电压误差及/或共模电流误差进行检查，如步骤629中所示出的。如果共模电压误差及/或共模电流误差小于零，则H桥控制器310将H桥电路300控制成在与等于+1的逻辑状态相对应的矩形脉冲的预定周期的后半段在第三操作状态的第一变型(图2(d)中所例示的)中操作，如步骤630中所示出的。如果共模电压及/或共模电流大于或等于零，则H桥控制器310将H桥电路300控制成在与等于+1的逻辑状态相对应的矩形脉冲的预定周期的后半段在第三操作状态的第二变型(图2(e)中所例示的)中操作，如步骤631中所示出的。
如果逻辑状态等于-1，则H桥控制器310将H桥电路300控制成在与等于-1的逻辑状态相对应的矩形脉冲的预定周期的前半段在第二操作状态(图2(c)中所例示的)中操作，如步骤632中所示出的。在步骤632之前或之后，H桥控制器310对由所接收到的误差信号所指示的共模电压误差及/或共模电流误差进行检查，如步骤633中所示出的。如果共模电压误差及/或共模电流误差小于零，则H桥控制器310将H桥电路300控制成在与等于-1的逻辑状态相对应的矩形脉冲的预定周期的后半段在第三操作状态的第一变型(图2(d)中所例示的)中操作，如步骤634中所示出的。如果共模电压及/或共模电流大于或等于零，则H桥控制器310将H桥电路300控制成在与等于-1的逻辑状态相对应的矩形脉冲的预定周期的后半段在第三操作状态的第二变型(图2(e)中所例示的)中操作，如步骤635中所示出的。
图7例示了用于在具有生成表示大于三的逻辑状态的数量的数字信号的调制器的实现中使用的归零(RTZ)逻辑电路750。这些实现包括图3至图5中所例示的实施例。
RTZ逻辑电路750接收来自H桥控制器310的控制信号，接收来自H桥控制器310的激活信号，并向H桥电路300输出经修改的控制信号。在接收到激活信号时，RTZ逻辑电路750用于使共模电压及/或共模电流回到与逻辑状态0相对应的电压及/或电流。从调制器320输出的数字信号可以包括分别具有预定周期的多个矩形脉冲。在未接收到激活信号的情况下，在预定周期中，所输出的经修改的控制信号与所接收到的控制信号相同。在接收到激活信号的情况下，在与所接收到的控制信号相对应的逻辑状态相关联的矩形脉冲的预定周期的第一部分中，所输出的经修改的控制信号与所接收到的控制信号相同，而在预定周期的第二部分中，该信号被修改成将H桥电路300控制在与逻辑状态0相对应的操作状态中。
第一部分及第二部分的持续时间由激活信号来指示。在存在用于控制H桥电路300提供与逻辑状态0成正比的模拟输出信号的多个变型的情况下，激活信号还指示多个变型中的哪个变型要用于控制H桥电路300、H桥电路400。
考虑图6(c)中所例示的H桥控制器310的逻辑操作的流程图，在步骤630、步骤631、步骤634及步骤635中激活RTZ逻辑电路750。在这些情况下，激活信号指示第一部分及第二部分的持续时间等于与所接收到的误差信号所对应的逻辑状态相关联的矩形脉冲的预定周期的一半，并指示应当将H桥电路300控制在其中的、操作状态的变型。
应该认识到，第一部分及第二部分并不分别限于矩形脉冲的时间上的前半段及时间上的后半段。而是，第一部分及第二部分可以是与所接收到的误差信号所对应的逻辑状态相关联的矩形脉冲的任一部分。
根据本发明的用于对开关放大器的共模电压及/或共模电流进行控制的装置及方法的优选应用是，例如，包括对家用计算机、便携式计算机、移动电话、车载立体声系统及家用音频系统的扬声器进行驱动的与音频有关的应用。
前述仅为本发明的原理的例示，本领域技术人员可以在不背离本发明的范围及精神的前提下作出多种修改。
工业适用性
如上所述，提供了一种用于对H桥电路的共模电压及/或共模电流进行控制的H桥控制器。该H桥控制器包括：用于接收数字信号的部件；用于接收指示H桥电路的共模电压及/或共模电流的误差的误差信号的部件；以及用于基于所接收到的数字信号及所接收到的误差信号来生成将H桥电路控制成按照使该H桥电路的平均共模电压及/或平均共模电流的变化减小的方式来操作的控制信号。使H桥电路的平均共模电压及/或平均共模电流的变化减小，减小了由H桥电路的失配所导致的输出信号的劣化。本发明还促使平均共模电压及/或平均共模电流的变化减小，同时减小了所需装置及方法的实现的空间要求。