具体实施方式

下面将结合附图对本方案的实施方式作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅是本方案的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本方案中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备，不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

由于D类功放有效率高、体积小的特点，随着数字音频技术的不断深入，D类功放被逐渐用于音频的放大技术，而其应用的关键一步就是对音频信号的调制。而现有的控制技术没能实现与输入信号的大小的及时关联，因而输出的信号会出现破音现象。本方案旨在提出一种限幅控制电路，实现对信号的软限幅，消除破音现象，提供系统的可靠性。

一种限幅电路，该电路包括：控制单元，多个放大单元,斩波单元和功率输出级；在与斩波信号对应的电平信号成预定比例的脉冲信号宽度达到第一阈值的情况下，控制单元输出控制信号；多个放大单元中的至少一个放大单元的正输入端与负输入端，在控制信号的作用下被短路；多个放大单元中正输入端和负输入端未短路的放大单元对输入信号进行放大处理，获得第一放大信号；斩波单元对第一放大信号进行处理，输出斩波信号至功率输出级；

在与斩波信号对应的电平信号成预定比例的脉冲信号宽度未达到第一阈值的情况下，控制单元不输出控制信号；多个放大单元对输入信号进行放大处理，获得第二放大信号；斩波单元对第二放大信号进行处理，输出斩波信号至功率输出级。

本方案中的斩波单元为PWM斩波单元。

如图1所示，在一个实施例中，信号放大单元包括第一全差分放大器1和第二全差分放大器2；外部输入的模拟信号由第一全差分放大器1和第二全差分放大器2放大后，进入PWM斩波单元3，变换成PWM脉宽调制信号；检测单元4连接PWM斩波单元3和限幅单元5；限幅单元5与第二全差分放大器2的输入端连接。

第一全差分放大器1的正输出端与第二全差分放大器2的正输入端连接，第一全差分放大器1的负输出端与第二全差分放大器2的负输入端连接；第二全差分放大器2的正输出端与斩波单元3的正输入端连接，第二全差分放大器2的负输出端与斩波单元3的负输入端连接；第一全差分放大器1和第二全差分放大器2的作用是线性放大输入的模拟音频信号；PWM斩波单元3的作用是把模拟的音频信号转换成占空比随音频信号幅度变化的PWM脉宽调制信号。

在一个实施例中，脉冲信号产生电路的工作频率与PWM斩波单元的工作频率相同。在一个实施例中，控制单元包括检测单元4和限幅单元5；

检测单元4基于PWM斩波单元3输出斩波信号的占空比输出与斩波信号对应的电平信号；限幅单元5则输出与电平信号成比例的脉冲信号。

检测单元4检测PWM斩波信号的占空比并输出与占空比成比例的电平信号；限幅单元5在输入的电平信号上升到设定值后，开始输出脉冲宽度与输入电平成比例的脉冲信号，驱动脉冲触发开关使第二全差分放大器的二个输入端短路，从而限制了功放通道的有效幅度。

如图2所示，检测电路4包括第一组双联开关，第二组双联开关，第一电容C1和第二电容C2；第一组双联开关包括第一开关k1和第二开关k2，第一开关k1与参考电压端VREF连接，第二开关k2接地；第二组双联开关包括第三开关k3和第四开关k4，第三开关k3与第一组双联开关连接，第四开关k4与模块的输出端连接；第一电容C1接地并联在第三开关k3和第四开关k4之间，第二电容C2接地并联在第四开关k4与模块的输出端之间。

在另一个实施例中，第一电容C1的电容量小于第二电容C2的电容量。

如图3所示，在一个实施例中，脉冲信号产生电路5包括：第一比较器7，第二比较器8，第一运算放大器9，第二运算放大器10和与非门电路；

第一运算放大器9的正输入端与参考电压连接，负输入端与电阻分压点连接；第二运算放大器10的正输入端与检测电路4的输出端连接，负输入端与电阻分压点连接；第一运算放大器9的输出端与第一比较器7的正输入端连接；第二运算放大器10的输出端与第二比较器8的负输入端连接；第一比较器7负输入端和第二比较器8的正输入端输入与PWM斩波单元的载波同频的振荡三角波；第一比较器7的输出端和第二比较器8的输出端分别连接与非门电路；与非门电路与第二全差分放大器2的输入端连接。

在一个实施例中，限幅电路还包括脉冲触发开关k5，脉冲触发开关k5由脉冲信号产生电路5发出的脉冲信号控制开启或关闭，脉冲触发开关k5的一端连接脉冲信号产生电路5的输出端，另一端连接第二全差分放大器2的正输入端和负输入端；，检测电路4检测PWM斩波信号的占空比并输出与占空比成比例的电平信号；脉冲信号产生电路在输入的电平信号上升到设定值后，开始输出脉冲宽度与输入电平成比例的脉冲信号，驱动脉冲触发开关k5使第二全差分放大器2的二个输入端短路，从而限制了功放通道的有效幅度。

在该实施例中，控制信号为脉冲信号产生电路输出的脉冲信号，脉冲触发开关受脉冲信号的控制打开或关闭，当脉冲信号的高电平输出时、开关k5闭合。第二全差分放大器的正负输入端间被短路，差分输入信号被抑制，外部输入的信号只经过第一全差分放大器放大后输入PWM斩波单元进行斩波处理，然后以斩波信号输出。如果脉冲信号产生电路无高电平脉冲信号输出，脉冲触发开关不关闭，为打开状态，则第一全差分放大器和第二全差分放大器的正输入端和负输入端都可以正常输入信号，所有的输入端不被短路，输入信号不被抑制。

在另一个实施例中，从外部获取的信号为模拟音频信号。

第二方面，本方案还提供了包含上述限幅电路的功放装置。

本方案与传统的D类功放硬限幅相比，实现了软限幅，有效抑制过大的输入信号，消除了放音时的破音现象，提高了系统的可靠性。

下面结合附图，对本方案进行具体说明。

如图1所示，限幅控制电路由第一全差分放大器1、第二全差分放大器2、PWM斩波单元3、检测单元4、限幅单元5和功率输出级6组成。输入的模拟音频信号由第一全差分放大器1和第二全差分放大器2进行放大，放大倍数由R2/R1+R4/R3决定；放大后的音频信号进入PWM斩波单元3，经斩波处理由功率输出级6输出。PWM斩波单元3将输入的音频信号与以固定载波频率工作的三角波进行比较。在载波频率条件下产生一串脉冲，在每个载波周期内，PWM脉冲的占空比正比于音频信号的幅度，完成音频信号对载波信号的调制。对于大的正输入，占空比接近100％，对于大的负输入，占空比接近0％。如果音频幅度超过三角波的幅度，就会发生全调制，这时脉冲串停止开关，占空比在具体周期内为0％或100％。

本实施例中，检测单元4通过电荷泵充电工作原理将脉宽的变化转换为电平的变化，输出与PWM斩波单元3的斩波信号的占空比成比例的幅度检测电平。

如图2所示，检测单元4包括两个电容C1、C2和两组双联开关。第一组双联开关包括第一开关k1和第二开关k2，第一开关k1与参考电压端VREF连接，第二开关k2接地；在第一开关与第二开关之间选一点C点，第二组双联开关通过C点与第一组双联开关连接；第二组双联开关包括第三开关k3和第四开关k4，第三开关k3与第一组双联开关的C点连接，第四开关k4与检测单元4的输出端连接；在第三开关k3与第四开关k4之间选一点A点并联第一电容C1，在第四开关k4与检测单元4的输出端之间选一点B点并联第二电容器C2，第一电容C1接地，第二电容C2接地。

第一开关k1在PWM斩波单元3输出的脉冲高低电平期开通，第二开关k2在PWM斩波单元3输出的脉冲高低电平期断开。当输入信号小、PWM输出的脉冲信号频率接近开关频率、经逻辑运算得到的控制开关k1、k2的信号为低电平，开关k1、k2断开，限幅起控信号为零。大的音频输入对应的PWM脉冲信号占空比大，控制开关k1、k2的信号的占空比也增大，高脉宽期越大，则第一开关k1开通时间越长、第二开关k2开通时间越短。图示C点的电平受第一开关k1、第二开关k2的影响，随音频输入信号增大、第一开关k1开通期长、第二开关k2开通期短，A点电平越接近参考电压VREF，反之越接近零电平；

第三开关k3和第四k4受控于载波时钟的八分频信号，当载波八分频时钟沿跳变时第三开关k3、第四开关k4切换，第三开关k3通/第四开关k4断、C点电平传入A点、B点起始0V；第三开关k3断/第四开关k4通、第一电容C1上的电荷向第二电容C2放电、B点抬升；开关切换，第三开关k3通/第四开关k4断后A点趋向C点、B点保持上一次电平；开关再次切换，第三开关k3断第四开关k4通后B点因第二电容C2充电而抬升。这样将第一电容C1充得的电平在每次开关切换时传入第二电容C2中，设计第一电容C1的电容量远小于第二电容C2的电容量，则当C点为VREF电压时、第一电容C1上的电平在时钟通/断时为VREF/维持上一周期放电低电平；而第二电容C2上的电平在每次时钟切换到第四开关k4接通时会被抬升到C1的低电平。A点低电平逐级抬升，由于第二电容C2的电容量足够大、载波八分频时钟信号被滤除。检测单元4的输出信号为随PWM占空比增大而抬升的爬坡电平。

本实施例中，限幅单元5用于将检测单元4的输出电平与和PWM载波同频的三角波信号在比较器中作比较，得到脉宽可变的脉冲输出，从而控制第二全差分放大器2的输入信号，限制功放通道有效增益。

如图3所示，限幅单元5包括由第一比较器7、第二比较器8、第一运算放大器9、第二运算放大器10和非门电路组成脉冲信号产生电路，和脉冲触发开关k5，脉冲触发开关k5与脉冲信号产生电路的输出端连接。

第一运算放大器9的正输入端与参考电压VREF连接，负输入端与电阻分压点连接；第二运算放大器10的正输入端与检测单元4的输出端连接；第一运算放大器9的输出端与第一比较器7的正输入端连接；第二运算放大器10的输出端与第二比较器8的负输入端连接；第一比较器7的输出端和第二比较器8的输出端分别连接与非门电路；与非门电路与第二全差分放大器2的输入端连接；脉冲触发开关k5并联在第二全差分放大器2的两个输入端之间。

第一比较器7的正端输入为V_x，第二比较器8的负端输入为V_y，第一运算放大器9的负端输入为电阻分压点V_z，VREF电平为VCC中点电平，第一运算放大器9比较VREF和V_z电压，并将比较结果输出到V_x端。检测单元4输出的电平信号输入至第二运算放大器10的正端，并经运算放大器10跟随输出到电阻r2一端、即V_y端，VREF电平为VCC中点电平；第一比较器7/第二比较器8的负/正输入为与PWM载波同频的振荡三角波，三角波信号的幅度范围为V_H～V_L。Vx、Vy信号与三角波信号在第一比较器7、第二比较器8中作比较，V_x、V_y信号切割三角波的周期变化电平，得到脉宽可变的脉冲输出。

当输入信号小时，检测单元4输出的电平较低，V_y接近零电平。电源VCC经电阻分压后的V_z接近参考中点VREF，第一运算放大器9输出的电平V_x接近电源VCC。随输入信号增大，检测单元4的输出电平V_y抬升，电平V_x逐步从高向低，直至Vy≈Vx≈VREF。

当输入第一比较器7的输入电平V_x高于V_H时，第一比较器7的输出电平为高，反之，当输入第一比较器7的输入电平V_x低于V_H时，第一比较器7的输出电平为低，此时第一比较器7的输出电平V_ox才产生有效低脉冲；同理当输入第二比较器8的输入电平V_y低于V_L时，第二比较器8的输出电平为高，当输入第二比较器8的输入电平V_y高于V_L时，第二比较器8的输出电平为低，此时第二比较器8的输出电平V_oy才产生有效低脉冲。

第一比较器7和第二比较器8的输出电平V_ox、V_oy经与非门产生高有效脉冲信号，馈至第二全差分放大器2的输入端，当脉冲信号驱动脉冲触发开关k5导通时，第二全差分放大器的2输入端被瞬时抑制为共模直流电平，从而限制了功放通道的有效幅度。

本方案与传统的D类功放硬限幅相比，实现了软限幅，有效抑制过大的输入信号，消除了放音时的破音现象，提高了系统的可靠性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。