阅读说明：本技术 具有改进的线性度的电流导引结构 (Current guiding structure with improved linearity ) 是由 申旦 L.克雷斯皮 于 2019-05-31 设计创作，主要内容包括：提供了用于改进的音频放大器的线性度的系统和方法。在一个示例中,系统包括：第一电流源,其配置成提供具有第一电流源输出电容的第一电流信号；以及第二电流源,其配置成提供具有第二电流源输出电容的第二电流信号,其中第一和第二电流源输出电容是不同的值。系统还包括：耦合到第一电流源的输出的第一电容器补偿设备,其配置成提供电容值以补偿第二电流源输出电容；以及耦合到第二电流源的输出的第二电容器补偿设备,其配置成提供电容值以补偿第一电流源输出电容。系统还包括多个开关,其配置成切换第一和第二电流信号。(Systems and methods for improved linearity of an audio amplifier are provided. In one example, a system includes: a first current source configured to provide a first current signal having a first current source output capacitance; and a second current source configured to provide a second current signal having a second current source output capacitance, wherein the first and second current source output capacitances are different values. The system further comprises: a first capacitor compensation device coupled to an output of the first current source configured to provide a capacitance value to compensate for the second current source output capacitance; and a second capacitor compensation device coupled to an output of the second current source, configured to provide a capacitance value to compensate for the first current source output capacitance. The system also includes a plurality of switches configured to switch the first and second current signals.)

具有改进的线性度的电流导引结构

技术领域

根据一个或多个实施例，本公开一般涉及处理音频信号，并且更具体地，涉及例如改进高性能音频放大器内的信号线性度。

背景技术

诸如膝上型计算机、计算机平板电脑、MP3播放器和智能电话的许多现代设备提供用于内部或外部扬声器连通性的高保真度音频信号。这样的系统可以数字地生成音频内容、将数字信号转换为模拟信号、放大模拟信号并将放大的模拟信号传送到音频换能器。在一些高保真度系统中，数模转换器包括电流导引结构以提供改进的性能。为了维持高性能，数模转换器的电流导引结构利用对应于数字输入信号的位的数量的多个电流单元。每个电流单元包括两个电流源，所述电流源向放大器提供差分电流输出信号以用于信号放大和进一步的信号处理。与两个电流源差分电流输出信号中的每个相关联的输出电容信号可能不匹配。有重要意义地，由于不匹配的输出电容信号，可能在差分电流输出信号中引入不想要的信号失真和噪声，从而导致提供给扬声器和/或耳机的放大音频信号的降低的线性度。因此，用户可能在使用设备时经受不太愉快的体验。鉴于上述，本领域中仍存在对提供改进的音频信号线性度的改进的电流导引结构的需要。

发明内容

本公开提供了解决现有技术中对用于现代设备中的音频放大器的改进的信号线性度的需要的系统和方法，所述现代设备诸如并入扬声器连通性的现代设备。

在各种实施例中，电流单元包括：第一电流源，其可操作以提供第一电流信号，第一电流源具有第一电流源输出电容值；第二电流源，其配置成提供第二电流信号，第二电流源具有不同于第一电流源输出电容值的第二电流源输出电容值；耦合在第一和第二电流源之间的多个开关，其配置成切换第一和第二电流信号；以及耦合到第一电流源的输出的第一电容器补偿设备，其配置成提供电容值以补偿第二电流源输出电容；以及耦合到第二电流源的输出的第二电容器补偿设备，其配置成提供电容值以补偿第一电流源输出电容，其中第一电流源输出电容和由第一电容器补偿设备提供的电容的总和近似等于第二电流源输出电容和由第二电容器补偿设备提供的电容的总和。

在各种实施例中，一种方法包括：从第一电流源生成第一电流信号，第一电流源具有第一电流源输出电容；从第二电流源生成第二电流信号，第二电流源具有第二电流源输出电容；使用耦合到第二电流源的输出的第二电容器补偿设备补偿第一电流源输出电容；使用耦合到第一电流源的输出的第一电容器补偿设备补偿第二电流源输出电容，其中第一电流源输出电容和第一电容器补偿设备的总和近似等于第二电流源输出电容和第二电容器补偿设备的总和；以及选择性地切换多个开关以在放大器电路的互补输入处提供第一电流信号和第二电流信号。

本公开的范围由权利要求限定，所述权利要求通过引用并入到该部分中。通过考虑一个或多个实施例的以下

具体实施方式

，将向本领域技术人员给予对本公开的更完整的理解以及其附加优点的实现。将对将首先简要描述的附图的附页进行参考。

附图说明

参考以下附图和随后的具体实施方式，可以更好地理解本公开的各方面及其优点。应当理解的是，相似的参考标号用于标识一个或多个附图中图示的相似元件，其中附图中的示出是出于图示本公开的实施例的目的而不是为了限制本公开的实施例的目的。图中的部件不一定是按比例的，而是将重点放在清楚地图示本公开的原理上。

图1图示了电流导引结构的示意图。

图2图示了根据本公开的实施例的电流导引结构的示例性示意图。

图3是图示根据本公开的实施例的用于操作电流导引结构的方法的流程图。

具体实施方式

本公开描述了解决现有技术中对改进音频放大器中使用的电流导引结构的线性度以维持并入内部和外部扬声器放大器功能性的现代设备中的高性能的需要的系统和方法。以下讨论将针对数模转换器（DAC）实施例。但是将理解的是，本文中公开的电流导引结构可以在其它类型的数据转换器电路（诸如例如模数转换器（ADC））中实现。

例如，图1中示出了电流导引结构100。图1图示了可以在电流导引数模转换器（DAC）电路内实现的电流导引结构100。电流导引结构100包括控制器130和对应于数字输入信号的多个位的多个电流单元101。例如，在7位数字输入信号（例如，诸如一个或多个数字输入信号basp、casp、casn和/或basn）的情况下，电流导引结构100可以包括128个电流单元101。每个电流单元101包括电流源105和电流源110以及多个开关120。电流源105和110将包括正电流信号140和负电流信号150的差分输出电流信号对提供给放大器电路125。使用多个开关120切换差分输出电流信号对来将正电流信号140提供给非反相输入端子（+），并将负电流信号150提供给放大器电路125的反相输入端子（-）。放大器电路125可以包括放大器123，其具有从放大器输出123A连接到非反相输入（+）的反馈电阻器122以及从放大器输出123B连接到反相输入（-）的反馈电阻器124。

电流源105包括两个PMOS晶体管102和104，其配置成向多个开关120提供正电流信号140。两个PMOS晶体管102和104串联耦合。PMOS晶体管102的源极端子耦合到电压源VDD。PMOS晶体管104的漏极端子耦合到第一多个开关117。电流源110包括两个负沟道金属氧化物半导体（NMOS）晶体管112和114，其配置成向多个开关120提供负电流信号150。两个NMOS晶体管112和114串联耦合。NMOS晶体管114的源极端子连接到接地信号115。NMOS晶体管112的漏极端子连接到第二多个开关119。

当数字输入被施加到电流导引结构100时，电流导引结构100选择要从128个电流单元101施加的电流。例如，可以使用第一多个开关117中的开关将由电流源105生成的正电流信号140切换到放大器电路125的非反相（+）输入端子。类似地，可以使用第二多个开关119中的开关将由电流源110生成的负电流信号150切换到放大器电路125的反相（-）输入端子。来自每个有源电流单元101的正电流信号140在放大器电路125的非反相输入端子（+）处被求和，以及来自每个有源电流单元101的负电流信号150在放大器电路125的反相输入端子（-）处被求和。未使用的电流单元101的电流源105和110使用开关117和119连接到接地信号115。例如，对于每个电流单元101，电流源105的输出电容和电流源110的输出电容可不同。取决于用于创建正电流信号140输出的电流源105（N1）的数量和电流源110（N2）的数量，可以使用等同数量的电流源110（N1）和电流源105（N2）来创建负电流信号150输出，并且在放大器123非反相输入端子（+）和反相输入端子（-）处看到的电容差将是信号相关的。在这点上，放大器123非反相输入端子（+）处的总电容可以是电流源105的电容的N1倍加上电流源110的电容的N2倍，并且放大器123反相输入端子（-）处的总电容可以是电流源110的电容的N1倍加上电流源105的电容的N2倍。

这些电容的差可能引起不想要的信号失真和噪声。因此，存在使电流源105和电流源110的输出电容相等以维持电流导引结构100的高度线性操作的需要。

在图2中示出包括电流单元201的示例电流导引结构200，所述电流单元201在输入处连接到控制器电路230并且在输出处连接到放大器电路225。在一个实施例中，本公开的电流单元201包括两个电流源205和210，其配置成生成包括正电流信号240和负电流信号250的差分电流信号对。两个电容器补偿设备（第一电容器补偿设备203和第二电容器补偿设备206）分别包括在电流源205和210中。第一电容器补偿设备203用于补偿与电流源210相关联的输出电容，以及第二电容器补偿设备206用于补偿与电流源205相关联的输出电容。提供开关220以将正电流信号240和负电流信号250切换到放大器电路225的互补输入。放大器电路225执行进一步处理以将放大的音频信号提供给耳机或扬声器（未示出）。

在图示的实施例中，将理解的是，电流导引结构200包括多个电流单元201，其中每个电流单元201包括电流源205和电流源210以提供正电流信号240（例如，第一电流信号）和负电流信号250（例如，第二电流信号），其两者都使用多个开关220切换，以将正电流信号240提供给放大器电路225的非反相输入端子（+）以及将负电流信号250提供给反相输入端子（-）（例如，互补输入）。形成电流导引结构200的部分的电流单元201的数量对应于数字输入信号（例如，诸如一个或多个数字输入信号basp、casp、casn和/或basn）的位的数量。例如，在7位数字输入信号的情况下，电流导引结构200可以包括128个电流单元201。提供给放大器电路225的非反相输入端子（+）的求和的正电流信号是来自每个电流单元201的电流源205的正电流信号240值的总和。提供给放大器电路225的反相输入端子（-）的求和的负电流信号是来自每个电流单元201的电流源210的负电流信号250值的总和。电流单元201通过使用三种输出状态（正电流信号240、负电流信号250和无电流信号）支持高动态范围。

第一电流源输出电容（未示出）可以与电流单元201的电流源205相关联。第一电流源输出电容可以是与电流源205的晶体管结构相关联的第一电容值。第二电流源输出电容（未示出）可以与电流单元201的电流源210相关联。第二电流源输出电容可以是与电流源210的晶体管结构相关联且不同于第一电流源输出电容值的第二电容值。在一些实施例中，第一电流源输出电容值大于第二电流源输出电容值。在其它实施例中，第一电流源输出电容值小于第二电流源输出电容值。第一和第二电流源输出电容的差导致不想要的信号失真和噪声，其可能影响电流单元201的性能。

电流单元201包括连接到电流源205的输出260的第一电容器补偿设备203以提供电容值来补偿第二电流源输出电容。电流单元201包括连接到电流源210的输出270的第二电容器补偿设备206以提供电容值来补偿第一电流源输出电容。在一些实施例中，第一电流源输出电容和第一电容器补偿设备203的总和近似等于第二电流源输出电容和第二电容器补偿设备206的总和。

在一个示例中，电流源205包括两个正沟道金属氧化物半导体（PMOS）晶体管202和204，其配置成向多个开关220提供正电流信号240（例如，第一电流信号）。在各种示例中，两个PMOS晶体管202和204可以是串联耦合的PMOS晶体管。应当理解的是，在其它示例中，电流源205可以包括多于两个串联耦合的PMOS晶体管器件。PMOS晶体管202（例如，第一PMOS晶体管）的源极端子耦合到电压源VDD。PMOS晶体管204（例如，第二PMOS晶体管）的漏极端子耦合到第一多个开关217。

第二电容器补偿设备206包括基本上类似于电流源205的PMOS晶体管204的PMOS晶体管。在这点上，第二电容器补偿设备206的基板材料、制造过程和电性能参数类似于PMOS晶体管204。第二电容器补偿设备206的栅极端子和源极端子连接到电压源VDD。第二电容器补偿设备206的漏极端子连接到第二多个开关219，并在电流源210的输出270处提供电容值。

在一个示例中，电流源210包括两个NMOS晶体管212和214，其配置成向多个开关220提供负电流信号250（例如，第二电流信号）。在各种示例中，两个NMOS晶体管212和214可以是串联耦合的NMOS晶体管。应当理解的是，在其它示例中，电流源210可以包括多于两个串联耦合的NMOS晶体管器件。NMOS晶体管214（例如，第一NMOS晶体管）的源极端子连接到接地信号215。NMOS晶体管212（例如，第二NMOS晶体管212）的漏极端子连接到第二多个开关219。在一些示例中，电流源210被识别为电流吸收器。将理解的是，在一些示例中，电流源205可以包括NMOS晶体管器件，并且电流源210可以包括PMOS晶体管器件。

第一电容器补偿设备203包括基本上类似于电流源210的NMOS晶体管212的NMOS晶体管。在这点上，第一电容器补偿设备203的基板材料、制造过程和电性能参数类似于NMOS晶体管212。第一电容器补偿设备203的栅极端子和源极端子连接到接地信号215。漏极端子连接到第一多个开关217，并在电流源205的输出260处提供电容值。

电流导引结构200包括控制器电路230，其被配置成选择性地接通和断开每个电流单元201中的电流源205和210。控制器电路230操作以控制第一多个开关217以选择性地将正电流信号240（例如，第一电流信号）耦合到放大器电路225的非反相输入端子（+）（例如，正输入信号端子）。控制器电路230操作以控制第二多个开关219以选择性地将负电流信号250（例如，第二电流信号）耦合到放大器电路225的反相输入端子（-）（例如，负输入信号端子）。在一些实施例中，放大器电路225在非反相输入端子（+）（例如，正输入信号端子）处接收正电流信号240（例如，第一电流信号），并且将正电流信号240转换为正电压信号（例如，第一电压信号）。放大器电路225在反相输入端子（-）（例如，负输入信号端子）处接收负电流信号250（例如，第二电流信号），并且将负电流信号转换为负电压信号（例如，第二电压信号）。在一些实施例中，放大器电路225可以包括放大器223，其具有连接在放大器输出223A和非反相输入（+）之间的反馈电阻器222，以及连接在放大器输出223B和反相输入（-）之间的反馈电阻器224。

在一些实施例中，电流单元201的电流源205和210可以连接到静态信号，该静态信号被配置成在放大器电路225的输入端子（例如，非反相输入端子（+）和反相输入端子（-））处提供到公共电压的电流路径。在这点上，开关217之一将PMOS晶体管204的漏极端子连接到接地信号215并且开关219之一将NMOS晶体管212的漏极端子连接到接地信号215，以为第一和第二电流信号提供到接地的电流路径来作为支持电流导引结构200的高动态范围的无电流输出状态。

图3是图示根据本公开的实施例的用于操作电流导引结构200的方法300的流程图。方法300开始于步骤310的操作。步骤310的操作可以例如由电流单元201的电流源205和电流源210执行。步骤310的操作包括从电流源205生成正电流信号240（例如，第一电流信号）。步骤310的操作还包括从电流源210生成负电流信号250（例如，第二电流信号）。在一些实施例中，电流单元201是无源的，并且电流源205和电流源210由第一多个开关217和第二多个开关219在接地信号215处接地。在这点上，电流导引结构200通过利用正电流、负电流和零电流的三种状态的输出提供高动态操作范围。

方法300可以进一步包括补偿与电流源205（例如，第一电流源）相关联的第一电流源输出电容和与电流单元201的电流源210（例如，第二电流源）相关联的第二电流源输出电容的操作（步骤320）。在这点上，第一电容器补偿设备203包括在电流源205的输出处，以补偿与电流源210相关联的第二电流源输出电容。第二电容器补偿设备206包括在电流源210的输出处，以补偿与电流源205相关联的第一电流源输出电容。例如，第一电容器补偿设备203和第二电容器补偿设备206提供电流单元201的基本上相等的第一和第二电流源输出电容。

方法300可以进一步包括将正电流信号240和负电流信号250切换到放大器电路225的差分输入对的操作（步骤330）。在一些实施例中，放大器电路225执行进一步处理以将电流信号转换为电压信号并将放大的音频信号提供给设备的耳机或内部扬声器，所述设备诸如例如膝上型计算机、计算机平板电脑、MP3播放器和/或智能电话。

在可适用的情况下，可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现由本公开提供的各种实施例。此外，在可适用的情况下，在不脱离本公开的精神的情况下可以将本文中阐述的各种硬件部件和/或软件部件组合成包括软件、硬件和/或两者的复合部件。在可适用的情况下，在不脱离本公开的范围的情况下可以将本文中阐述的各种硬件部件和/或软件部件分离成包括软件、硬件或两者的子部件。另外，在可适用的情况下，预期的是软件部件可以被实现为硬件部件，并且反之亦然。

前述公开并非旨在将本公开限制于所公开的精确形式或特定使用领域。因此，预期的是无论本文中是明确描述的还是暗示的，在本公开的指导下，对本公开的各种替换实施例和/或修改都是可能的。在已经如此描述了本公开的实施例的情况下，本领域普通技术人员将认识到的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。因此，本公开仅受权利要求限制。