讯号调变装置及其控制方法.pdf

一种讯号调变装置是包含一脉宽调变模块、一控制模块、一切换模块以及一回授模块。脉宽调变模块是接收一数据讯号，并依据数据讯号及一回授讯号产生一第一脉宽调变讯号及一第二脉宽调变讯号。控制模块是与脉宽调变模块电性连接，并依据第一脉宽调变讯号及第二脉宽调变讯号产生一第一切换控制讯号及一第二切换控制讯号。切换模块是与控制模块电性连接，并依据第一切换控制讯号及第二切换控制讯号输出一驱动讯号驱动一负载。回授模块是分别与脉宽调变模块、控制模块及切换模块电性连接，并依据切换模块之切换状态产生一回授讯号至脉宽调变模块。

1、  一种讯号调变装置的控制方法，其中该讯号调变装置具有一切换模块，该切换模块具有一第一开关、一第二开关、一第三开关及一第四开关，该控制方法包含下列步骤：
依据一切换控制讯号控制该切换模块中的这些开关为截止状态；以及
由该切换模块输出具有一浮接状态的驱动讯号。

2、  如权利要求第1项所述的控制方法，其中该切换模块是由具有一第一切换控制讯号及一第二切换控制讯号的该切换讯号所控制。

3、  如权利要求第1项所述的控制方法，更包含由一回授模块依据该驱动讯号决定输出一回授讯号至一脉宽调变模块。

4、  如权利要求第3项所述的控制方法，其中该脉宽调变模块依据该回授讯号及一数据讯号产生一第一脉宽调变讯号及一第二脉宽调变讯号。

5、  如权利要求第4项所述的控制方法，其中一控制模块是依据该第一脉宽调变讯号及该第二脉宽调变讯号产生该切换控制讯号以控制该切换模块。

6、  一种讯号调变装置，包含：
一脉宽调变模块，是接收一数据讯号，并依据该数据讯号及一回授讯号产生一第一脉宽调变讯号及一第二脉宽调变讯号；
一控制模块，是与该脉宽调变模块电性连接，并依据该第一脉宽调变讯号及该第二脉宽调变讯号产生一第一切换控制讯号及一第二切换控制讯号；
一切换模块，是与该控制模块电性连接，并依据该第一切换控制讯号及该第二切换控制讯号输出一驱动讯号驱动一负载；以及
一回授模块，是分别与该脉宽调变模块、该控制模块及该切换模块电性连接，并依据该切换模块之切换状态产生该回授讯号至该脉宽调变模块。

7、  如权利要求第6项所述的讯号调变装置，其中该脉宽调变模块包含：
一正回授积分电路，是接收并依据该数据讯号的一正周期数据及该回授讯号产生该第一脉宽调变讯号；
一负回授积分电路，是接收并依据该数据讯号的一负周期数据及该回授讯号产生该第二脉宽调变讯号；以及
一讯号产生电路，是与该正回授积分电路及该负回授积分电路电性连接，该讯号产生电路产生至少一参考讯号，并分别将其传输至该正回授积分电路及该负回授积分电路。

8、  如权利要求第7项所述的讯号调变装置，其中该正回授积分电路包含：
一第一正积分单元，接收并依据该数据讯号的该正周期数据及该回授讯号产生一第一运算讯号；
一第二正积分单元，是与该第一正积分单元电性连接，并依据该第一运算讯号以及该参考讯号产生一第二运算讯号；以及
一正比较单元，是分别与该第一正积分单元及该第二正积分单元电性连接，并依据该第一运算讯号及该第二运算讯号输出该第一脉宽调变讯号。

9、  如权利要求第7项所述的讯号调变装置，其中该负回授积分电路包含：
一第一负积分单元，接收并依据该数据讯号的该负周期数据及该回授讯号产生一第一运算讯号；
一第二负积分单元，是与该第一负积分单元电性连接，并依据该第一运算讯号以及该参考讯号产生一第二运算讯号；以及
一负比较单元，是分别与该第一负积分单元及该第二负积分单元电性连接，并依据该第一运算讯号及该第二运算讯号输出该第二脉宽调变讯号。

10、  如权利要求第7项所述的讯号调变装置，其中该讯号产生电路是一三角波产生电路或一锯齿波产生电路，而该参考讯号是一三角波讯号或一锯齿波讯号。

11、  如权利要求第7项所述的讯号调变装置，其中该回授模块包含一正回授控制电路，是分别与该正回授积分电路、该控制模块及该切换模块电性连接，并依据该驱动讯号产生包含一正回授讯号的该回授讯号。

12、  如权利要求第7项所述的讯号调变装置，其中该回授模块包含一负回授控制电路，是分别与该负回授积分电路、该控制模块及该切换模块电性连接，并依据该驱动讯号产生包含一负回授讯号的该回授讯号。

13、  如权利要求第6项所述的讯号调变装置，其中该切换模块包含：
一第一开关；
一第二开关，其一端是分别与该第一开关及一负载电性连接；
一第三开关；以及
一第四开关，其一端是分别与该第三开关及该负载电性连接。

14、  如权利要求第6项所述的讯号调变装置，其是应用于一D类放大器。

讯号调变装置及其控制方法
技术领域
本发明是关于一种讯号调变装置及其控制方法。
背景技术
一般而言，应用于音频系统的讯号调变装置大致区分为A类以及AB类放大器，其是将模拟的音频讯号直接输出以驱动扬声器(speaker)。
近来，功率消耗较小的D类放大器逐渐取代了A类以及AB类放大器的应用。D类放大器主要是经由将模拟的音频讯号调变为脉冲讯号后，经由切换模块输出切换讯号，再经由滤波器转换为模拟驱动讯号以驱动扬声器。而随着技术的进步，近来亦发展出无滤波D类放大器(class D filterless amplifier)，即是将切换讯号作为驱动讯号直接驱动扬声器。
在D类放大器的切换模块中，如图1所示，其包含开关11～14。其中，开关11、13是电性连接一电压供应端V_DD，而开关12、14是电性连接一接地端GND，并通过控制讯号A₀₁～A₀₄分别控制开关11～14。
切换模块的控制一般是分为四元调变(quaternary modulation)以及三元调变(ternary modulation)。以下，将分别说明二种D类放大器之控制方式。
如图2所示，四元调变是具有四种操作狀态。于时间T₀₁，控制讯号A₀₁以及控制讯号A₀₄控制开关11、14为导通，控制讯号A₀₂以及控制讯号A₀₃控制开关12、13为截止。此时，节点A输出一高电压准位之节点电压V_A，节点B输出一低电压准位之节点电压V_B，而使负载(例如扬声器)15感应到具有一第一准位L₀₁之驱动讯号。
于时间T₀₂，控制讯号A₀₁以及控制讯号A₀₃控制开关11、13为截止，控制讯号A₀₂以及控制讯号A₀₄控制开关12、14为导通。此时，节点A输出一低电压准位之节点电压V_A，节点B输出低电压准位之节点电压V_B，而使负载15感应到具有一第三准位L₀₃之驱动讯号。
于时间T₀₃，控制讯号A₀₁以及控制讯号A₀₃控制开关11、13为导通，控制讯号A₀₂以及控制讯号A₀₄控制开关12、14为截止。此时，节点A输出高电压准位之节点电压V_A，节点B输出一高电压准位之节点电压V_B，而使其亦输出具有第三准位L₀₃之驱动讯号。
于时间T₀₄，控制讯号A₀₁以及控制讯号A₀₄控制开关11、14为截止，控制讯号A₀₂以及控制讯号A₀₃控制开关12、13为导通。此时，节点A输出低电压准位之节点电压V_A，节点B输出高电压准位之节点电压V_B，而使负载15感应到具有一第二准位L₀₂之驱动讯号。其中，第三准位L₀₃介于第一准位L₀₁及第二准位L₀₂之间。
请参照图3所示，三元调变是具有三种操作狀态，而与四元调变不同的是，其在控制输出第三准位L₀₃之驱动讯号的方式仅以图2中在时间T₁₂的控制方式来控制开关。
承上所述，一般而言，开关的切换动作将会造成额外的切换损失，而四元调变的控制方式，有两个阶段的切换方式皆为控制驱动讯号为第三准位，虽然三元调变仅利用一个阶段的切换，然其仍会产生切换损失。因此，如何提供一种能够降低功率损耗之讯号调变装置，实属当前重要课题之一。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明之目的为提供一种能够降低功率损耗之讯号调变装置及其控制方法。
为达上述目的，本发明提供一种讯号调变装置，其是包含一脉宽调变模块、一控制模块、一切换模块以及一回授模块。脉宽调变模块接收一数据讯号，并依据数据讯号及一回授讯号产生一第一脉宽调变讯号及一第二脉宽调变讯号。控制模块与脉宽调变模块电性连接，并依据第一脉宽调变讯号及第二脉宽调变讯号产生一第一切换控制讯号及一第二切换控制讯号。切换模块与控制模块电性连接，并依据第一切换控制讯号及第二切换控制讯号输出一驱动讯号驱动一负载。回授模块分别与脉宽调变模块、控制模块及切换模块电性连接，并依据切换模块之切换状态产生一回授讯号至脉宽调变模块。
为达上述目的，本发明提供一种讯号调变装置的控制方法，其中讯号调变装置具有一切换模块，切换模块具有一第一开关、一第二开关、一第三开关以及一第四开关。讯号调变装置的控制方法包含下列步骤：依据一切换控制讯号控制切换模块中的这些开关为截止状态；由切换模块输出具有一浮接状态之驱动讯号。
承上所述，因依据本发明的讯号调变装置及其控制方法，其通过切换模块之输出回授至脉宽调变模块，以提高保真度。此外，通过切换控制讯号控制切换模块，当切换模块为截止状态时，则由回授模块决定输出相对应的回授讯号至脉宽调变模块，借以减少切换模块的切换动作，以减少功率损耗而提高输出效率。
附图说明
图1为显示习知D类放大器输出级的示意图；
图2至图3为显示习知D类放大器的时序控制图；
图4为显示依据本发明较佳实施例之一种讯号调变装置的示意图；
图5为显示依据本发明较佳实施例之一种切换模块的示意图；
图6为显示依据本发明较佳实施例之一种讯号调变装置的时序控制图；以及
图7为显示依据本发明较佳实施例之一种讯号调变装置的控制方法的流程图。
【主要元件符号说明】
11～14：开关
15、7：负载
2：讯号调变装置
3：脉宽调变模块
31：讯号产生电路
32：正回授积分电路
321：第一正积分单元
322：第二正积分单元
323：正比较单元
33：负回授积分电路
331：第一负积分单元
332：第二负积分单元
333：负比较单元
4：控制模块
5：切换模块
51：第一开关
52：第二开关
53：第三开关
54：第四开关
6：回授模块
61：正回授控制电路
62：负回授控制电路
A、B：节点
A₀₁～A₀₄：控制讯号
A₁：数据讯号之正周期数据
A₂：数据讯号之负周期数据
A₃、A₄、A₅、A₆：运算讯号
A_D1、A_D2：驱动讯号
A_fb1：正回授讯号
A_fb2：负回授讯号
A_P1：第一脉宽调变讯号
A_P2：第二脉宽调变讯号
A_S1：第一切换控制讯号
A_S2：第二切换控制讯号
C：电容器
GND：接地端
L₀₁、L₁₁：第一准位
L₀₂、L₁₂：第二准位
L₀₃、L₁₃：第三准位
OP：运算放大器
R：电阻器
S11～S12：步骤
T₀₁～T₀₄、T₁₁～T₁₃、T₂₁～T₂₃：时间
I_R1、V_R1：参考讯号
V_A、V_B：节点电压
V_DD：电压供应端
具体实施方式
以下将参照相关图式，说明依据本发明较佳实施例的讯号调变装置及其控制方法。
请参照图4所示，本发明较佳实施例之一种讯号调变装置2是应用于一D类放大器，其包含一脉宽调变模块3、一控制模块4、一切换模块5以及一回授模块6。脉宽调变模块3、控制模块4以及回授模块6彼此相互电性连接，切换模块5分别与控制模块4及回授模块6电性连接。于本实施例中，控制模块4可为一微控制器或一处理器。
脉宽调变模块3接收一数据讯号并输出一第一脉宽调变讯号A_P1及一第二脉宽调变讯号A_P2，其中数据讯号具有一正周期数据A₁及一负周期数据A₂。另外，脉宽调变模块3包含一讯号产生电路31、一正回授积分电路32以及一负回授积分电路33。其中，讯号产生电路31分别与正回授积分电路32以及负回授积分电路33电性连接。
讯号产生电路31产生至少一参考讯号I_R1，于本实施例中，讯号产生电路31可为一三角波产生电路或一锯齿波产生电路，而参考讯号I_R1可为一三角波讯号或一锯齿波讯号。
正回授积分电路32具有一第一正积分单元321、一第二正积分单元322以及一正比较单元323。其中，第二正积分单元322分别与第一正积分单元321、正比较单元323以及讯号产生电路31电性连接。另外，第一正积分单元321及第二正积分单元322分别包含一电阻器R、一电容器C及一运算放大器OP，其可视需求而做拓朴变化。
第一正积分单元321依据正周期数据A₁、一参考讯号V_R1以及回授模块6所输出之一正回授讯号A_fb1而产生一运算讯号A₃，并将运算讯号A₃输出至第二正积分单元322。
第二正积分单元322接收运算讯号A₃，并依据参考讯号I_R1、参考讯号V_R1以及运算讯号A₃产生一运算讯号A₄，并将运算讯号A₄输出至正比较单元323。
正比较单元323例如为一比较器，其分别与第一正积分单元321以及第二正积分单元322电性连接，并接收运算讯号A₃以及运算讯号A₄。此外，正比较单元323依据运算讯号A₃以及运算讯号A₄输出第一脉宽调变讯号A_P1。
请继续参照图4所示，负回授积分电路33具有一第一负积分单元331、一第二负积分单元332以及一负比较单元333。其中，第二负积分单元332分别与第一负积分单元331、负比较单元333以及讯号产生电路31电性连接。
第一负积分单元331及第二负积分单元332分别与第一正积分单元321及第二正积分单元322相同，分别包含一电阻器R、一电容器C及一运算放大器OP，当然其亦可视需求而做拓朴变化。
第一负积分单元331依据负周期数据A₂、参考讯号V_R1以及回授模块6所输出之一负回授讯号A_fb2而产生一运算讯号A₅，并将运算讯号A₅输出至第二负积分单元332。
第二负积分单元332接收运算讯号A₅，并依据参考讯号I_R1、参考讯号V_R1以及运算讯号A₅产生一运算讯号A₆，并将运算讯号A₆输出至负比较单元333。
负比较单元333例如为一比较器，其分别与第一负积分单元331以及第二负积分单元332电性连接，并接收运算讯号A₅以及运算讯号A₆。此外，负比较单元333依据运算讯号A₅以及运算讯号A₆输出一第二脉宽调变讯号A_P2。
请继续参照图4所示，控制模块4接收并依据第一脉宽调变讯号A_P1以及第二脉宽调变讯号A_P2而产生一第一切换控制讯号A_S1以及一第二切换控制讯号A_S2。切换模块5接收并依据第一切换控制讯号A_S1以及第二切换控制讯号A_S2输出驱动讯号A_D1、A_D2以驱动一负载7，其中负载7例如是一扬声器。此外，回授模块6亦同时接收驱动讯号A_D1、A_D2。
本实施例之回授模块6包含一正回授控制电路61及一负回授控制电路62，其分别与控制模块4及切换模块5电性连接。此外，正回授控制电路61依据驱动讯号A_D1而产生正回授讯号A_fb1，并将其传送至脉宽调变模块3；负回授控制电路62依据驱动讯号A_D2而产生负回授讯号A_fb2，并将其传送至至脉宽调变模块3。于此，回授模块6所输出之一回授讯号即包含正回授讯号A_fb1及负回授讯号A_fb2。
请同时参照图5所示，切换模块5可包含一半桥式切换电路或一全桥式切换电路。于本实施例中，切换模块5以全桥式切换电路为例说明，因此，回授模块6包含正回授控制电路61及负回授控制电路62。然而，本实施例并非限定回授模块6需同时包含正回授控制电路61以及负回授控制电路62，当切换模块5为半桥式切换电路时，回授模块6包含正回授控制电路61或负回授控制电路62其中之一，以形成一单回授控制。更甚者，于本实施例中，回授模块6并非一必要元件，熟知此一技术者，当可将回授模块6移除。
切换模块5包含一第一开关51、一第二开关52、一第三开关53以及一第四开关54。其中，第一开关51与第二开关52电性连接，第三开关53与第四开关54电性连接。
负载7的一端分别与第一开关51及第二开关52电性连接，负载7的另一端分别与第三开关53以及第四开关54电性连接。于本实施例中，第一开关51、第二开关52、第三开关53以及第四开关54可为一晶体管。
于本实施例中，切换模块5的状态由第一切换控制讯号A_S1以及第二切换控制讯号A_S2控制，于此，以第一切换控制讯号A_S1控制第一开关51以及第四开关54，第二切换控制讯号A_S2控制第二开关52以及第三开关53为例说明。
请同时参照图6所示，于一第一时间T₂₁，第一切换控制讯号A_S1控制第一开关51及第四开关54为导通状态，第二切换控制讯号A_S2控制第二开关52及第三开关53为截止状态。此时，切换模块5所输出之驱动讯号A_D1为高准位讯号，驱动讯号A_D2为低准位讯号，而使回授模块6输出具有一第一准位L₁₁之回授讯号。
于一第二时间T₂₂，第一切换控制讯号A_S1以及第二切换控制讯号A_S2控制第一开关51至第四开关54皆为截止状态。此时，切换模块5所输出之驱动讯号A_D1、A_D2而即为浮接(floating)状态。此时，回授模块6在判断驱动讯号为浮接状态后，将会输出具有一第三准位L₁₃之回授讯号。
此时，切换模块5中之第一开关51至第四开关54皆处于截止状态而没有任何的切换动作，因此可减少开关的切换损失，借此，本实施例之讯号调变装置2可以降低功率损耗。
于一第三时间T₂₃，第一切换控制讯号A_S1控制第一开关51及第四开关54为截止状态，第二切换控制讯号A_S2控制第二开关52及第三开关53为导通状态。此时，切换模块5所输出之驱动讯号A_D1为低准位讯号，驱动讯号A_D2为高准位讯号，而使回授模块6输出具有一第二准位L₁₂之回授讯号，而第三准位L₁₃介于第一准位L₁₁及第二准位L₁₂之间。
请参照图7所示，依据本发明较佳实施例的控制方法是应用于上述较佳实施例的讯号调变装置(如第4图所示)，其中讯号调变装置具有一切换模块，且切换模块具有一第一开关、一第二开关、一第三开关及一第四开关。本发明的控制方法包括步骤S11至步骤S12。
步骤S11是依据一切换控制讯号控制切换模块中的这些开关为截止状态。步骤S12是由切换模块输出具有一浮接状态的驱动讯号。
值得一提的是，上述的步骤S11至步骤S12并不限定其执行顺序，其可相互对调。其中详细的控制方式，于上述实施例中已一并详述，故于此不再加以赘述。
综上所述，因依据本发明的讯号调变装置及其控制方法，是将切换模块所输出的驱动讯号经由回授电路而回授至脉宽调变模块，以提高保真度。当负载无驱动需求时，即使切换模块中的开关保持在截止状态，因此可减少切换损失，借以减少功率损耗而提高输出效率。而此时切换模块的输出为浮接状态，因此必须通过回授模块将浮接状态的驱动讯号转换而输出一固定准位的回授讯号，以供前级的脉宽调变模块运算判断之用。
以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于所附的权利要求范围中。