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CN119054199A - 脉宽调制放大器系统的校准 - Google Patents

脉宽调制放大器系统的校准 Download PDF

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CN119054199A
CN119054199A CN202380034015.7A CN202380034015A CN119054199A CN 119054199 A CN119054199 A CN 119054199A CN 202380034015 A CN202380034015 A CN 202380034015A CN 119054199 A CN119054199 A CN 119054199A
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CN
China
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output
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analog
amplifier
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CN202380034015.7A
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约翰·L·梅兰森
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Cirrus Logic International Semiconductor Ltd
Original Assignee
Cirrus Logic International Semiconductor Ltd
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Publication date
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Application filed by Cirrus Logic International Semiconductor Ltd filed Critical Cirrus Logic International Semiconductor Ltd
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Abstract

一种开关模式放大器系统可以包括开关模式放大器并且包括校准系统，该开关模式放大器具有耦合到模拟积分器的输出的放大器输入和放大器输出。该校准系统可以被配置为强制模拟积分器的输入为固定的已知输入值，强制放大器输出为固定的已知占空比，响应于强制模拟积分器的输入为固定值，测量在模拟积分器的输出处生成的模拟信号，基于该模拟信号确定开关模式放大器系统的偏移，以及校正该偏移。

Description

脉宽调制放大器系统的校准
技术领域
本公开总体上涉及用于音频设备的电路，包括但不限于个人音频设备，诸如无线电话和媒体播放器，并且更具体地涉及用于校准脉宽调制放大器系统的系统和方法。
背景技术
个人音频设备(包括无线电话，诸如移动/蜂窝电话、无绳电话、mp3播放器和其他消费类音频设备)被广泛使用。这类个人音频设备可以包括用于驱动一对头戴式耳机或一个或多个扬声器的电路。这类电路通常包括功率放大器，用于将音频输出信号驱动到头戴式耳机或扬声器。一般来说，功率放大器通过从电源获取能量并控制音频输出信号以匹配输入信号形状但具有更大的振幅来放大音频信号。
音频放大器的一个示例是D类放大器。D类放大器(也被称为“开关放大器”)可以包括电子放大器，其中放大设备(例如，晶体管，通常是金属氧化物半导体场效应晶体管)作为电子开关工作。在D类放大器中，待放大的信号可以通过脉宽调制(PWM)、脉冲密度调制(PDM)或另一种调制方法转换为一系列脉冲，从而将信号转换为调制信号，其中调制信号的脉冲特性(例如，脉冲宽度、脉冲密度等)是信号幅度的函数。在使用D类放大器放大后，输出脉冲串可以通过穿过无源低通滤波器转换为未调制的模拟信号，其中，这类低通滤波器可以是D类放大器或由D类放大器驱动的负载中固有的。D类放大器经常被使用，因为它们可能比线性模拟放大器更节能，因为与线性模拟放大器相比，D类放大器在有源设备中耗散更少的功率(如热量)。
在包括具有D类放大器的放大器系统的放大器系统中，确定和校正放大器路径中可能存在的任何信号偏移可能是至关重要的。例如，信号偏移的一些示例可以是放大器系统的前置放大器级的积分器级中固有的偏移，或者是用于设置放大器系统的增益的电阻器的失配。在不校正这类信号偏移的情况下，信号失真、信号不准确和/或其他不期望的情况可能会持续存在。
发明内容
根据本公开的教导，可以减少或消除与最小化脉宽调制放大器系统中的偏移的现有方法相关联的一个或多个缺点和问题。
根据本公开的实施例，开关模式放大器系统可以包括开关模式放大器，其具有耦合到模拟积分器的输出的放大器输入和放大器输出，包括耦合在放大器输出和模拟积分器的输入之间的反馈网络，包括被配置为生成数字环路滤波器输出的环路滤波器(loopfilter)，包括被配置为生成数字环路滤波器输出的脉宽调制表示的量化器；并且包括校准系统。该校准系统可以被配置为强制模拟积分器的输入为固定的已知输入值，对量化器生成的数字环路滤波器输出的脉宽调制表示进行低通滤波以生成滤波后的量化器输出信号，基于滤波后的量化器输出信号确定开关模式放大器系统的偏移，并校正该偏移。
根据本公开的这些和其他实施例，可以提供一种用于开关模式放大器系统的方法，该开关模式放大器系统具有开关模式放大器，其包括耦合到模拟积分器的输出的放大器输入和放大器输出，具有耦合在放大器输出和模拟积分器的输入之间的反馈网络，具有被配置为生成数字环路滤波器输出的环路滤波器，以及具有被配置为生成数字环路滤波器输出的脉宽调制表示的量化器。该方法可以包括强制模拟积分器的输入为固定的已知输入值，对量化器生成的数字环路滤波器输出的脉宽调制表示进行低通滤波以生成滤波后的量化器输出信号，并基于滤波后的量化器输出信号确定开关模式放大器系统的偏移，并校正该偏移。
根据本公开的这些和其他实施例，可以提供一种与开关模式放大器系统一起使用的校准系统，该开关模式放大器系统具有开关模式放大器，其包括耦合到模拟积分器的输出的放大器输入和放大器输出，具有耦合在放大器输出和模拟积分器的输入之间的反馈网络，具有被配置为生成数字环路滤波器输出的环路滤波器，以及具有被配置为生成数字环路滤波器输出的脉宽调制表示的量化器。该校准系统可以被配置为强制模拟积分器的输入为固定的已知输入值，对量化器生成的数字环路滤波器输出的脉宽调制表示进行低通滤波以生成滤波后的量化器输出信号，基于滤波后的量化器输出信号确定开关模式放大器系统的偏移，并校正该偏移。
根据本公开的这些和其他实施例，一种开关模式放大器系统可以包括开关模式放大器，该开关模式放大器具有耦合到模拟积分器的输出的放大器输入和放大器输出，并且包括校准系统。该校准系统可以被配置为强制模拟积分器的输入为固定的已知输入值，强制放大器输出为固定的已知占空比，响应于强制模拟积分器的输入为固定值，测量在模拟积分器的输出处生成的模拟信号，基于该模拟信号确定开关模式放大器系统的偏移，并校正该偏移。
根据本公开的这些和其他实施例，可以提供一种用于开关模式放大器系统的方法，该开关模式放大器系统具有开关模式放大器，其包括耦合到模拟积分器的输出的放大器输入和放大器输出。该方法可以包括强制模拟积分器的输入为固定的已知输入值，强制放大器输出为固定的已知占空比，响应于强制模拟积分器的输入为固定值，测量在模拟积分器的输出处生成的模拟信号，基于该模拟信号确定开关模式放大器系统的偏移，并校正该偏移。
根据本公开的这些和其他实施例，可以提供一种与开关模式放大器系统一起使用的校准系统，该开关模式放大器系统具有开关模式放大器，其包括耦合到模拟积分器的输出的放大器输入和放大器输出。该校准系统可以强制模拟积分器的输入为固定的已知输入值，强制放大器输出为固定的已知占空比，响应于强制模拟积分器的输入为固定值，测量在模拟积分器的输出处生成的模拟信号，基于该模拟信号确定开关模式放大器系统的偏移，并校正该偏移。
根据本公开的这些和其他实施例，一种开关模式放大器系统可以包括开关模式放大器，该开关模式放大器包括具有耦合到模拟积分器的输出的放大器输入和放大器输出，并且包括校准系统，该校准系统被配置为强制模拟积分器的输入为固定的已知输入值，响应于强制模拟积分器的输入为固定值，确定在模拟积分器的输出处生成的模拟信号的转换速率，并基于该转换速率确定开关模式放大器系统的积分器增益。
根据本公开的这些和其他实施例，可以提供一种用于开关模式放大器系统的方法，该开关模式放大器系统具有开关模式放大器，其包括耦合到模拟积分器的输出的放大器输入和放大器输出。该方法可以包括强制模拟积分器的输入为固定的已知输入值，响应于强制模拟积分器的输入为固定值，确定在模拟积分器的输出处生成的模拟信号的转换速率，并基于该转换速率确定开关模式放大器系统的积分器增益。
根据本公开的这些和其他实施例，可以提供一种与开关模式放大器系统一起使用的校准系统，该开关模式放大器系统具有开关模式放大器，其包括耦合到模拟积分器的输出的放大器输入和放大器输出。该校准系统可以被配置为强制模拟积分器的输入为固定的已知输入值，响应于强制模拟积分器的输入为固定值，确定在模拟积分器的输出处生成的模拟信号的转换速率，并基于该转换速率确定开关模式放大器系统的积分器增益。
本公开的技术优点可以从本文所包括的附图、说明书和权利要求书中对本领域技术人员而言是显而易见的。实施例的目的和优点将至少通过权利要求中特别指出的元素、特征和组合来完成和实现。
应当理解，前面的总体描述和以下详细描述都是示例和解释性的，并不是对本公开中阐述的权利要求的限制。
附图说明
通过结合附图参考以下描述，可以获取对本实施例及其优点的更全面的理解，其中相同的参考数字表示相同的特征，在附图中：
图1是根据本公开的实施例的示例个人音频设备的图示；
图2示出了根据本公开的实施例的个人音频设备的示例音频集成电路的所选组件的框图；
图3示出了根据本公开的实施例的用于图2中描绘的音频集成电路的开环校准的示例方法的流程图；
图4示出了根据本公开的实施例的用于确定图2中描绘的音频集成电路的增益的示例方法的流程图；以及
图5示出了根据本公开的实施例的用于图2中描绘的音频集成电路的闭环校准的示例方法的流程图。
具体实施方式
图1是根据本公开的实施例的示例个人音频设备1的图示。图1描绘了以一对耳塞扬声器8A和8B的形式耦合到耳麦3的个人音频设备1。图1中描绘的耳麦3仅是一个示例，并且应当理解，个人音频设备1可以与各种音频换能器结合使用，包括但不限于头戴式耳机、耳塞、入耳式耳机和外部扬声器。插头4可以提供耳麦3到个人音频设备1的电端子的连接。个人音频设备1可以使用触摸屏2向用户提供显示并接收用户输入，或者可替选地，标准液晶显示器(LCD)可以与设置在个人音频设备1的正面和/或侧面上的各种按钮、滑块和/或拨号盘(dial)组合。同样如图1所示，个人音频设备1可以包括音频集成电路(IC)9，用于生成模拟音频信号以传输到耳麦3和/或另一个音频换能器。
图2示出了根据本公开的实施例的个人音频设备的示例音频IC 9的所选组件的框图。在一些实施例中，示例音频IC 9可用于实现图1的音频IC 9。如图2所示，微控制器核心18可以向数模转换器(DAC)14提供数字音频输入信号DIG_IN，DAC 14可以将数字音频输入信号转换为模拟输入信号VIN。DAC 14可以向放大器16提供模拟输入信号VIN，放大器16可以放大或衰减模拟输入信号VIN以提供音频输出信号VOUT，该音频输出信号可以操作扬声器、头戴式耳机换能器、线路电平信号输出和/或其他合适的输出。
同样如图2所示，放大器16可以包括信号输入网络24、第一级22(例如，模拟前端)、量化器34、包括D类音频输出级42的最终输出级、信号反馈网络26和控制系统28，第一级22被配置为在放大器16的放大器输入处接收模拟输入信号VIN，并生成作为模拟输入信号VIN的函数的中间信号VINT，D类音频输出级42被配置为根据量化的中间信号VIN在放大器16的放大器输出处生成音频输出信号VOUT，信号反馈网络26耦合在放大器输出和放大器输入之间，控制系统28用于控制放大器16的某些组件的操作，如下面更详细地描述的。
信号输入网络24可以包括接收放大器16的放大器输入的任何合适的输入网络。例如，如图2所示，信号输入网络24可以包括可变输入电阻器46，其中，可变输入电阻器的电阻可以由从控制系统28接收的控制信号控制，如下面更详细地描述的。
第一级22可以包括任何合适的模拟前端电路，用于调节模拟输入信号VIN以供D类音频输出级42使用。例如，第一级22可以包括串联级联的一个或多个模拟积分器30和32，如图2所示。
量化器34可以包括被配置为量化中间信号VINT以生成等效数字PWM信号VQUANT的任何系统、设备或装置。因此，量化器34可以被称为数字脉宽调制器。如图2所示，量化器34可以从控制系统28接收一个或多个控制信号，控制系统28可以在音频IC 9的校准阶段期间控制量化器34的操作，如下面更详细地描述的。
D类音频输出级42可以包括任何系统、设备或装置，其被配置为接收量化器34的输出并驱动输出信号VOUT，该输出信号是模拟输入信号VIN的放大版本。因此，D类音频输出级42可以包括多个输出开关，其被配置为从量化器34生成的调制信号VQUANT生成输出信号VOUT。在D类音频输出级42放大后，其输出脉冲串可以通过穿过无源低通滤波器而转换回未调制的模拟信号，其中，这类低通滤波器可以是D类音频输出级42的输出电路或由D类音频输出级42驱动的负载中固有的。
信号反馈网络26可以包括用于将指示音频输出信号VOUT的信号反馈回放大器16的放大器输入的任何合适的反馈网络。例如，如图2所示，信号反馈网络26可以包括可变反馈电阻器48，其中，可变反馈电阻器48的电阻由从控制系统28接收的控制信号控制，如下面更详细地描述的。本领域技术人员可以认识到，放大器16的闭环增益可以通过可变反馈电阻器48的电阻与可变输入电阻器46的电阻的比率来设置。
同样如图2所示，示例音频IC 9还可以包括控制系统28。控制系统28可以包括任何合适的系统、设备或装置，其被配置为接收指示放大器16的信号路径内的信号(例如，积分器30输出的电压VINT′和/或调制信号VQUANT)的信息，并且至少基于该信息来执行音频IC 9的校准。例如，在一些实施例中，控制系统28可以生成由组合器20与数字音频输入信号DIG_IN组合的数字微调(trim)信号，以便有效地修改数字音频输入信号DIG_IN，以校正音频IC 9的放大器系统内检测的偏移。作为另一个示例，在这些和其他实施例中，控制系统28可以生成一个或多个模拟微调信号，以修改一个或多个输入电阻器46、一个或多个反馈电阻器48的电阻和/或积分器30的参数(例如，修改积分器30的运算放大器的电流源，修改向积分器30施加外部偏移的外部电流源或电阻器等)。
图3示出了根据本公开的实施例的用于音频IC 9的放大器系统的开环校准的示例方法300的流程图。根据某些实施例，方法300可以在步骤302处开始。如上所述，本公开的教导可以在音频IC 9的各种配置中实现。因此，方法300的优选初始化点和包括方法300的步骤的顺序可能取决于所选择的实施方式。
在步骤302处，控制系统28可以将数字微调和模拟微调值初始化为默认值。例如，数字微调值可以设置为零，而模拟微调值可以根据放大器16的期望标称增益来设置。在步骤304处，控制系统28可以向微控制器核心18传达控制信号，使得微控制器核心18输出数字音频输入信号DIG_IN的零值。在步骤306处，控制系统28可以向量化器34传达控制信号以使量化器34生成零到D类音频输出级42的差分调制信号VQUANT(例如，通过在其差分输出中的每个上输出相同的方波信号)，而不管第一级22生成的中间电压VINT如何。通过这样做，在这类开环校准模式期间，控制系统28有效地中断/断开音频IC 9正常操作期间存在的信号反馈环路。
在步骤308处，控制系统28可以确定电压VINT′的幅度是否低于第一预定阈值。电压VINT′的基本非零值可以指示放大器16的信号路径内存在偏移，包括但不限于积分器30固有的偏移、由于输入电阻器46之间的失配引起的偏移和/或由于反馈电阻器48之间的失配引起的偏移。因此，控制系统28可以通过改变数字微调和/或一个或多个模拟微调来尝试在开环校准模式期间最小化电压VINT′，以便将电压VINT′的幅度减小到第一预定阈值以下。因此，如果电压VINT′的幅度低于第一预定阈值，则方法300可以继续到步骤312。否则，方法300可以继续到步骤310。
在步骤310处，控制系统28可以改变数字微调和/或一个或多个模拟微调，以试图减小电压VINT′的幅度。在完成步骤310之后，方法300可以再次继续到步骤308。
在步骤312处，控制系统28可以存储数字微调和/或模拟微调设置，以便在放大器系统的正常操作期间重新调用(recall)和应用这种微调设置。
虽然上述步骤可以检测和校正放大器系统的整体偏移，但这种步骤可能不会隔离任何特定的偏移源。然而，以下步骤可以隔离由于输入电阻器46之间的失配和/或反馈电阻器48之间的失配引起的偏移。
在步骤314(同时将数字音频输入信号DIG_IN保持为零)处，控制系统28可以向量化器34传达控制信号，以使量化器34在第一占空比(例如，25％占空比)下生成量化器34的差分PWM输出，同时将量化器34的差分调制信号VQUANT保持为零，并确定由此产生的电压VINT′。在步骤316(同时将数字音频输入信号DIG_IN保持为零)处，控制系统28可以向量化器34传达控制信号，以使量化器34在第二占空比(例如，75％占空比)下生成量化器34的差分PWM输出，同时将量化器34的差分调制信号VQUANT保持为零，并确定由此产生的电压VINT′。
在不同的占空比下操作，同时将量化器34的差分调制信号VQUANT保持为零，这可以实现改变输出电压VOUT的共模电压的效果。因此，在步骤314和316处，代替改变量化器34的差分输出的占空比，在一些实施例中，控制系统28可以生成在两个不同电平之间改变输出电压VOUT的共模电压的控制信号(例如，通过改变D类音频输出级42的电源电压)。第一占空比/第一输出共模电压处的电压VINT′的值与第二占空比/第二输出共模电压处的电压VINT′的值之间的差值可以指示输入电阻器46之间的失配电阻和/或反馈电阻器48之间的失配电阻。
在一些实施例中，代替如上所述在两个不同的占空比下操作，控制系统28可以生成控制信号，该控制信号在至少三个不同电平(例如，至少三个不同占空比)之间改变输出电压VOUT的共模电压；确定各种占空比处的电压VINT′的差值，并校正这些差值，包括校正输入电阻器46的线性失配和非线性失配和/或反馈电阻器48的线性失配和非线性失配。
在步骤318处，控制系统28可以确定第一占空比/第一输出共模电压和第二占空比/第二输出共模电压之间的电压VINT′的差值的幅度是否低于第二预定阈值。如果差值的幅度低于第二预定阈值，则方法300可以继续到步骤322。否则，方法300可以继续到步骤320。
在步骤320处，控制系统28可以改变数字微调和/或一个或多个模拟微调，以试图减小电压VINT′的幅度。在完成步骤320之后，方法300可以再次继续到步骤314。
在步骤322处，控制系统28可以存储数字微调和/或模拟微调设置，以便在放大器系统的正常操作期间重新调用和应用这种微调设置。在完成步骤322之后，方法300可以结束。
方法300的步骤可以应用于放大器系统的每个增益设置，以便确定偏移并对每个增益设置执行校准。
尽管图3公开了关于方法300要采取的特定数量的步骤，但可以用比图3中所描绘的步骤更多或更少的步骤来执行。此外，尽管图3公开了关于方法300要采取的步骤的特定顺序，但包括方法300的步骤可以以任何合适的顺序完成。例如，在一些实施例中，用于隔离和校准电阻器失配的步骤314-322可以在用于确定和校准整体偏移的步骤302-312之前执行。
方法300可以使用控制系统28、其组件或与其耦合的组件，或可操作以实现方法300的任何其他系统来实现。在某些实施例中，方法300可以部分或完全地在以计算机可读介质体现的软件和/或固件中实现。
图4示出了根据本公开的实施例的用于确定音频IC 9的放大器系统的增益的示例方法400的流程图。根据某些实施例，方法400可以在步骤402处开始。如上所述，本公开的教导可以在音频IC 9的各种配置中实现。因此，方法400的优选初始化点和包括方法400的步骤的顺序可能取决于所选择的实施方式。
在步骤402处，控制系统28可以向量化器34传达控制信号，以使量化器34生成零到D类音频输出级42的差分调制信号VQUANT(例如，通过在其差分输出中的每个上输出相同的方波信号)，而不管第一级22生成的中间电压VINT如何。通过这样做，在这种开环校准模式期间，控制系统28有效地中断/断开音频IC 9的正常操作期间存在的信号反馈环路。
在步骤404处，控制系统28可以向微控制器核心18传达控制信号，使得微控制器核心18输出数字音频输入信号DIG_IN的值，使得DAC 14在其输出处生成具有小占空比的方波信号(例如，DAC 14的可能的最小占空比或最小非零值)。由于在该开环配置中将这种方波信号施加到放大器16的输入，积分器30生成的输出电压VINT′可以在从其最小值增加到最大值时在其最小值和最大值之间以有限的转换速率生成周期信号，反之亦然。在一些实施例中，方波信号可能导致积分器30生成的电压VINT′的输出饱和。在这些和其他实施例中，输入电压可以缓慢地斜坡变化(ramped)。
在步骤406处，控制系统28可以确定输出电压VINT′的转换速率。在步骤408处，控制系统28可以基于转换速率来估计放大器系统的积分器增益，因为来自积分器30的输入(例如，模拟输入信号VIN)和积分器30的输出(例如，电压VINT′)的积分器增益可以是电压VINT′斜率的函数。
在完成步骤408之后，方法400可以结束。
尽管图4公开了关于方法400要采取的特定数量的步骤，但可以用比图4中所描绘的步骤更多或更少的步骤来执行。此外，尽管图4公开了关于方法400要采取的步骤的特定顺序，但包括方法400的步骤可以以任何合适的顺序完成。
方法400可以使用控制系统28、其组件或与其耦合的组件，或可操作以实现方法400的任何其他系统来实现。在某些实施例中，方法400可以部分或完全地在以计算机可读介质体现的软件和/或固件中实现。
当方法300中断或断开放大器反馈环路以执行校准时，除了方法300的开环校准之外或作为其替代，控制系统28还可以在将放大器系统保持在闭环配置的同时执行校准，如下面参考方法500所述。
图5示出了根据本公开的实施例的用于音频IC 9的放大器系统的闭环校准的示例方法500的流程图。根据某些实施例，方法500可以在步骤502处开始。如上所述，本公开的教导可以在音频IC 9的各种配置中实现。因此，方法500的优选初始化点和包括方法500的步骤的顺序可能取决于所选择的实施方式。
在步骤502处，控制系统28可以将数字微调和模拟微调值初始化为默认值。例如，数字微调值可以设置为零，而模拟微调值可以根据放大器16的期望标称增益来设置。在步骤504处，控制系统28可以向微控制器核心18传达控制信号，使得微控制器核心18输出数字音频输入信号DIG_IN的零值。
在步骤506处，控制系统28可以对量化器34生成的调制信号VQUANT进行低通滤波(例如，使用平均滤波器)。在步骤508处，控制系统28可以确定低通滤波后的调制信号VQUANT的幅度是否低于第一预定阈值。低通滤波后的调制信号VQUANT的基本非零值可以指示放大器16的信号路径内存在偏移，包括但不限于积分器30固有的偏移、由于输入电阻器46之间的失配引起的偏移和/或由于反馈电阻器48之间的失配引起的偏移。因此，控制系统28可以通过改变数字微调和/或一个或多个模拟微调来尝试在闭环校准模式期间最小化低通滤波后的调制信号VQUANT，以便将低通滤波后的调制信号VQUANT的幅度减小到低于第一预定阈值。因此，如果低通滤波后的调制信号VQUANT的幅度低于第一预定阈值，则方法500可以继续到步骤512。否则，方法500可以继续到步骤510。
在步骤510处，控制系统28可以改变数字微调和/或一个或多个模拟微调，以试图减小低通滤波后的调制信号VQUANT的幅度。在完成步骤510之后，方法500可以再次继续到步骤506。
在步骤512处，控制系统28可以存储数字微调和/或模拟微调设置，以便在放大器系统的正常操作期间重新调用和应用这种微调设置。
虽然上述步骤可以检测和校正放大器系统的整体偏移，但这些步骤可能不会隔离任何特定的偏移源。然而，以下步骤可以隔离由于输入电阻器46之间的失配和/或反馈电阻器48之间的失配引起的偏移。
在步骤514处，控制系统28可以向量化器34传达控制信号，以使量化器34在第一占空比(例如，25％占空比)下生成量化器34的差分PWM输出，并确定由此产生的低通滤波后的调制信号VQUANT。在步骤516处，控制系统28可以向量化器34传达控制信号，以使量化器34在第二占空比(例如，75％占空比)下生成量化器34的差分PWM输出，并确定由此产生的低通滤波后的调制信号VQUANT。
在不同的占空比下操作，同时将量化器34的差分调制信号VQUANT保持接近零，这可以实现改变输出电压VOUT的共模电压的效果。因此，在步骤514和516处，代替改变量化器34的差分输出的占空比，在一些实施例中，控制系统28可以生成在两个不同电平之间改变输出电压VOUT的共模电压的控制信号(例如，通过改变D类音频输出级42的电源电压)。第一占空比/第一输出共模电压处的差分调制信号VQUANT的值与第二占空比/第二输出共模电压处的差分调制信号VQUANT的值之间的差值可以指示输入电阻器46之间的失配电阻和/或反馈电阻器48之间的失配电阻。
在一些实施例中，代替如上所述在两个不同的占空比下操作，控制系统28可以生成控制信号，该控制信号在至少三个不同电平(例如，至少三个不同占空比)之间改变输出电压VOUT的共模电压；确定各种占空比处的电压VINT′的差值，并校正这些差值，包括校正输入电阻器46的线性失配和非线性失配和/或反馈电阻器48的线性失配和非线性失配。
在步骤518处，控制系统28可以确定第一占空比/第一输出共模电压和第二占空比/第二输出共模电压之间的低通滤波后的调制信号VQUANT的差值的幅度是否低于第二预定阈值。如果差值的幅度低于第二预定阈值，则方法500可以继续到步骤522。否则，方法500可以继续到步骤520。
在步骤520处，控制系统28可以改变数字微调和/或一个或多个模拟微调，以试图减小差分调制信号VQUANT的幅度。在完成步骤520之后，方法500可以再次继续到步骤514。
在步骤522处，控制系统28可以存储数字微调和/或模拟微调设置，以便在放大器系统的正常操作期间重新调用和应用这种微调设置。在完成步骤522之后，方法500可以结束。
方法500的步骤可以应用于放大器系统的每个增益设置，以便确定偏移并对每个增益设置执行校准。
尽管图5公开了关于方法500要采取的特定数量的步骤，但可以用比图5中所示的步骤更多或更少的步骤来执行。此外，尽管图5公开了关于方法500要采取的步骤的特定顺序，但包括方法500的步骤可以以任何合适的顺序完成。例如，在一些实施例中，用于隔离和校准电阻器失配的步骤514-522可以在用于确定和校准整体偏移的步骤502-512之前执行。
方法500可以使用控制系统28、其组件或与其耦合的组件，或可操作以实现方法500的任何其他系统来实现。在某些实施例中，方法500可以部分或完全地在以计算机可读介质体现的软件和/或固件中实现。
由控制系统28执行并如上所述的校准操作可以在任何合适的时间执行，包括但不限于在音频IC 9通电时发生的校准阶段期间、在音频IC 9的装配后发生的校准阶段期间、在不使用音频IC 9的放大器系统(例如，不生成音频内容)时发生的校准阶段期间和/或响应于音频IC 9附近的温度变化而发生的校准阶段期间。
如本文所用，当两个或更多个元件被称为彼此“耦合”时，这类术语表明这两个或更多个元件无论是间接连接还是直接连接，无论是否具有居间元件都处于电子通信或机械通信中，视情况而定。
本公开涵盖本领域普通技术人员将会理解的对本文中的示例实施例的所有改变、替换、变型、变更和修改。相似地，在适当的情况下，所附权利要求涵盖本领域普通技术人员将会理解的对本文中的示例实施例的所有改变、替换、变型、变更和修改。此外，所附权利要求中提到的适应、布置、能够、配置、启用、可操作或运作以执行特定功能的装置或系统或装置或系统的部件涵盖装置、系统或部件，无论它们或那些特定功能是否被激活、开启或解锁，只要那些装置、系统或部件被如此适应、布置、能够、配置、启用、可操作或运作。因此，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对本文所描述的系统、装置和方法进行修改、添加或省略。例如，系统和装置的部件可以是集成的或分离的。此外，本文所公开的系统和装置的操作可以由更多、更少或其他部件执行，并且所描述的方法可以包括更多、更少或其他步骤。此外，步骤可以以任何合适的顺序执行。如本文档所使用的，“每个”是指集合的每个成员或集合子集的每个成员。
尽管示例性实施例在附图中示出并在下文中描述，但是本公开的原理可以使用任何数量的技术来实施，无论这些技术当前是否已知。本公开绝不应该局限于附图所示和上文所描述的示例性实施方式和技术。
除非另有特别说明，否则附图所描绘的物品不一定按比例绘制。
本文中叙述的所有示例和条件语句旨在用于教学目的以协助读者理解发明人推进本领域所贡献的本公开和概念，并且被解释为不限于这些具体叙述的示例和条件。尽管已经详细地描述了本公开的实施例，但是应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变、替换和变更。
虽然上文已经列举了具体的优点，但是各种实施例可以包括一些、没有或所有列举的优点。另外，对于在阅读了前面的附图和描述之后的本领域普通技术人员而言，其他技术优点将变得显而易见。
为了协助专利局和在本申请中公告的任何专利的任何读者理解所附权利要求，申请人希望指出，除非在特定权利要求中明确使用了词语“用于……的装置”或“用于……的步骤”，否则他们不旨在任何所附权利要求或权利要求要素引用35U.S.C.§112(f)。

Claims (35)

1.一种开关模式放大器系统，包括：
开关模式放大器，其包括：
耦合到模拟积分器的输出的放大器输入；和
放大器输出；和
校准系统，其被配置为：
强制所述模拟积分器的输入为固定的已知输入值；
强制所述放大器输出为固定的已知占空比；
响应于强制所述模拟积分器的输入为固定值，测量在所述模拟积分器的输出处生成的模拟信号；
基于所述模拟信号确定所述开关模式放大器系统的偏移；并且
校正所述偏移。
2.根据权利要求1所述的开关模式放大器系统，其中：
所述偏移包括所述模拟积分器的输入偏移；并且
校正所述偏移包括修改所述模拟积分器的输入偏移。
3.根据权利要求1所述的开关模式放大器系统，其中，校正所述偏移包括向所述模拟积分器的输入添加数字校正。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的开关模式放大器系统，还包括数模转换器，所述数模转换器在其输出处被耦合到所述模拟积分器的输入。
5.根据权利要求4所述的开关模式放大器系统，其中，校正所述偏移包括向所述数模转换器的输入添加数字校正。
6.根据权利要求5所述的开关模式放大器系统，其中，所述数字校正是所述放大器输出处的输出信号的共模分量的函数。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的开关模式放大器系统，其中，所述放大器输出包括差分输出，所述差分输出包括正极性端子和负极性端子。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的开关模式放大器系统，还包括耦合在所述放大器输出和所述模拟积分器的输入之间的反馈网络。
9.根据权利要求8所述的开关模式放大器系统，其中：
所述偏移包括集成到所述反馈网络的反馈电阻器和/或耦合到所述模拟积分器的输入的输入电阻器的电阻器失配；并且
校正所述偏移包括修改所述反馈电阻器和/或所述输入电阻器中的至少一个电阻。
10.根据权利要求9所述的开关模式放大器系统，其中，所述固定的已知占空比在所述放大器输出的正极性端子和负极性端子上基本相同。
11.根据权利要求10所述的开关模式放大器系统，校准子系统被配置为：
将所述固定的已知占空比从第一固定占空比改变为第二固定占空比；
响应于将所述固定的已知占空比从所述第一固定占空比改变为所述第二固定占空比，确定所述模拟积分器的输出处的输出信号的差值；以及
校正所述差值。
12.根据权利要求11所述的开关模式放大器系统，其中，校正所述差值包括修改集成到耦合在所述放大器输出和所述模拟积分器的输入之间的反馈网络的反馈电阻器和/或耦合到所述模拟积分器的输入的输入电阻器中的至少一个电阻。
13.根据权利要求11或12所述的开关模式放大器系统，还包括数模转换器，所述数模转换器在其输出处耦合到所述模拟积分器的输入；并且其中，校正所述差值包括向所述数模转换器的输入添加数字校正。
14.根据权利要求13所述的开关模式放大器系统，其中，所述数字校正是所述放大器输出处的输出信号的共模分量的函数。
15.根据权利要求9所述的开关模式放大器系统，所述校准子系统被配置为：
在至少三个占空比之间改变所述固定的已知占空比；
响应于在至少三个占空比之间改变所述固定的已知占空比，确定所述模拟积分器的输出处的输出信号的差值；并且
校正所述差值，包括校正集成到所述反馈网络的反馈电阻器和/或耦合到所述模拟积分器的输入的输入电阻器之间的非线性差值。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的开关模式放大器系统，其中，所述校准系统能够在校准阶段期间执行强制、测量、确定和校正步骤，所述校准阶段发生在包括所述开关模式放大器系统的集成电路通电时、发生在所述开关模式放大器系统的装配之后、发生在放大器系统不使用时和/或响应于所述开关模式放大器系统附近的温度变化而发生。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的开关模式放大器系统，其中，所述校准系统还被配置为：
存储用于校正所述偏移的校准值；并且
重新调用存储的校准值，并且应用所述校准值来校正所述偏移。
18.一种方法，在具有开关模式放大器的开关模式放大器系统中，所述开关模式放大器包括耦合到模拟积分器的输出的放大器输入和放大器输出，所述方法包括：
强制所述模拟积分器的输入为固定的已知输入值；
强制所述放大器输出为固定的已知占空比；
响应于强制所述模拟积分器的输入为固定值，测量在所述模拟积分器的输出处生成的模拟信号；
基于所述模拟信号确定所述开关模式放大器系统的偏移；以及
校正所述偏移。
19.根据权利要求18所述的方法，其中：
所述偏移包括所述模拟积分器的输入偏移；并且
校正所述偏移包括修改所述模拟积分器的输入偏移。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，校正所述偏移包括向所述模拟积分器的输入添加数字校正。
21.根据权利要求18-20中任一项所述的方法，所述开关模式放大器系统还具有数模转换器，所述数模转换器在其输出处耦合到所述模拟积分器的输入。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，校正所述偏移包括向所述数模转换器的输入添加数字校正。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述数字校正是所述放大器输出处的输出信号的共模分量的函数。
24.根据权利要求18-23中任一项所述的方法，其中，所述放大器输出包括差分输出，所述差分输出包括正极性端子和负极性端子。
25.根据权利要求18-24中任一项所述的方法，所述开关模式放大器系统还具有耦合在所述放大器输出和所述模拟积分器的输入之间的反馈网络。
26.根据权利要求25所述的方法，其中：
所述偏移包括集成到所述反馈网络的反馈电阻器和/或耦合到所述模拟积分器的输入的输入电阻器的电阻器失配；并且
校正所述偏移包括修改所述反馈电阻器和/或所述输入电阻器中的至少一个电阻。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述固定的已知占空比在所述放大器输出的正极性端子和负极性端子上基本相同。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括：
将所述固定的已知占空比从第一固定占空比改变为第二固定占空比；
响应于将所述固定的已知占空比从所述第一固定占空比改变为所述第二固定占空比，确定所述模拟积分器的输出处的输出信号的差值；以及
校正所述差值。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，校正所述差值包括修改集成到耦合在所述放大器输出和所述模拟积分器的输入之间的反馈网络的反馈电阻器和/或耦合到所述模拟积分器的输入的输入电阻器中的至少一个电阻。
30.根据权利要求28或29所述的方法，所述开关模式放大器系统还具有数模转换器，所述数模转换器在其输出处耦合到所述模拟积分器的输入；并且其中，校正所述差值包括向所述数模转换器的输入添加数字校正。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述数字校正是所述放大器输出处的输出信号的共模分量的函数。
32.根据权利要求26所述的方法，还包括：
在至少三个占空比之间改变所述固定的已知占空比；
响应于在至少三个占空比之间改变所述固定的已知占空比，确定所述模拟积分器的输出处的输出信号的差值；以及
校正所述差值，包括校正集成到所述反馈网络的反馈电阻器和/或耦合到所述模拟积分器的输入的输入电阻器之间的非线性差值。
33.根据权利要求18-32中任一项所述的方法，还包括在校准阶段期间执行强制、测量、确定和校正步骤，所述校准阶段发生在包括所述开关模式放大器系统的集成电路通电时、发生在所述开关模式放大器系统的装配之后、发生在所述放大器系统不使用时和/或响应于所述开关模式放大器系统附近的温度变化而发生。
34.根据权利要求18-33中任一项所述的方法，还包括：
存储用于校正所述偏移的校准值；以及
重新调用存储的校准值，并且应用所述校准值来校正所述偏移。
35.一种与具有开关模式放大器的开关模式放大器系统一起使用的校准系统，所述开关模式放大器包括耦合到模拟积分器的输出的放大器输入和放大器输出，所述校准系统被配置为：
强制所述模拟积分器的输入为固定的已知输入值；
强制所述放大器输出为固定的已知占空比；
响应于强制所述模拟积分器的输入为固定值，测量在所述模拟积分器的输出处生成的模拟信号；
基于所述模拟信号确定所述开关模式放大器系统的偏移；以及校正所述偏移。
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