模擬式音量控制電路以及控制方法

2023-09-19 18:01:45 2

專利名稱：模擬式音量控制電路以及控制方法
技術領域：
本發明涉及一種模擬式音量控制電路以及控制方法，特別是涉及一種具 有遲滯功能，能夠防止輸出音量不穩定跳動的模擬式音量控制電路及其控制方法。
背景技術：
模擬式音量控制為常見的音量控制方式。由系統外部輸入一控制電壓， 系統將此控制電壓與系統內部產生的多個參考電壓比對。再將比對的結果當 成音量值，此音量值直接或間接控制系統的信號增益大小，從而實現模擬式 音量控制的目地。請參考圖1，圖1為現有技術音量控制電路100的電路圖，其包括一控 制邏輯110、 一解碼器(decoder) 120、 一電阻串分壓電路140做為模擬電 壓轉換單元以及一比較器130,其中電阻串分壓電路140的每個節點(node) 電壓皆不同，因此隨著不同的開關關閉(close),其輸出至比較器130負輸 入端(negative i叩ut)的參考電壓Vref便會不同。Vin為對應至使用者所設 定音量的電壓，比較器130比較Vref與Vin的大小並將比較結果傳送至控制 邏輯IIO,若是Vref大於Vin，控制邏輯110會發出信號值來改變開關的開 啟及關閉狀態以調降Vref;若是Vref小於Vin，控制邏輯110會發出信號值 來改變開關的開啟及關閉狀態以調升Vref。請注意，控制邏輯110所輸出的 信號值為二進位數值，必須再經過解碼器120將該二進位數值轉成對應於不 同開關的切換信號Sw。最後控制邏輯110可以得出Vin落於哪兩個參考電 壓所形成的區間內，由於每一個區間都對應至一音量值，控制邏輯110便可 跟據Vin落於哪一區間來調整音量值VL。然而，由於噪聲幹擾Vin可能會產生擾動的現象，使得現有技術的音量 控制方式在Vin接近電阻串分壓電路140的節點電壓(亦即參考電壓)時會 發生控制邏輯110的輸出在不同音量值間跳動的情形，進而使得系統音量會 忽大忽小。請參考圖2，圖2為現有技術中輸入電壓Vin與音量值的對應關係圖，如圖2(a)所示，輸入電壓Vinl在電壓區間2中有擾動的情形，但是由 於與分隔區間的參考電壓值有一段距離，因此系統仍然判斷其所對應的音量 值為2，如圖2(b)的音量1 (Volumel )所示。但是若輸入電壓Vin接近參考 電壓時，如圖2(a)中的Vin2所示，由於噪聲造成的擾動使得Vin2在區間3 以及區間4兩者之間來回跳動，因此系統便會隨著在音量值3以及音量值4 之間來回改變，如圖2(b)的音量2 (Volume2)所示，使用者便會聽到忽大忽 小的聲音。發明內容因此，本發明的主要目的，即在於提供一種具有遲滯功能的音量控制電 路及其控制方法，使得使用者輸入的音量控制信號因噪聲而在區間邊界跳動 時系統所輸出的音量不會隨著忽大忽小的改變，以解決上述問題。根據本發明實施例，其揭露一種具有遲滯功能的音量控制電路及其控制方法，主要發明精神為利用不同迴路導通時產生的音量編碼來判斷調整目前音量值的大小。本發明的音量控制電路包括一比較器，用來比較一輸入電壓 與一第一參考電壓以產生一第一比較值，以及比較該輸入電壓與一第二參考電壓以產生一第二比較值； 一控制邏輯，電連接於該比較器，用來產生一判 斷信號，並且根據該第一比較值產生一第一音量編碼(code)以及根據該第 二比較值產生一第二音量編碼； 一可偏移電壓的參考電壓產生單元，電連接 於該控制邏輯，用來根據該判斷信號選擇導通一第一迴路或者一第二迴路， 當該第一迴路導通時產生該第一參考電壓，以及當該第二迴路導通時產生該 第二參考電壓；以及一運算單元，電連接於該控制邏輯，用來根據該第一、 第二音量編碼與目前音量值來控制音量大小。本發明還提供一種具有遲滯功能的音量控制方法，其包括比較輸入電 壓與第一參考電壓以產生第一比較值，以及比較該輸入電壓與第二參考電壓以產生第二比較值；產生判斷信號，並且根據該第一比較值產生第一音量編 碼(code)以及根據該第二比較值產生第二音量編碼；根據該判斷信號選擇 導通第一迴路或者第二迴路，在該第一迴路導通時產生該第一參考電壓，以 及在該第二迴路導通時產生該第二參考電壓；以及根據該第一、第二音量編 碼與目前的音量值來控制音量大小。由於本發明提供的音量控制方法具有遲滯效應的功能，因此在實際應用時音量不會^皮p喿音幹4尤而忽大忽小，另一方面，本發明是以悽t字方式比4交現 時音量值與參考電壓區間以產生實際音量值，在控制上較為簡潔且不易產生誤動作。


圖1為現有技術音量控制電路的電路圖。圖2(a)和圖2(b)為現有技術中輸入電壓Vin與音量值的對應關係圖。 圖3為本發明具有遲滯功能的音量控制電路一實施例的方塊圖。 圖4 (a)和圖4 (b)為圖3中可偏移電壓的參考電壓產生單元一實施 例的電路圖。圖5 (a) - (c)為圖4 (a)和圖4 (b)可偏移電壓的參考電壓產生單 元實施例中不同迴路導通時參考電壓值差異的示意圖。 圖6為圖3中音量控制電路第一實施例的電路圖。 圖7為本發明利用音量編碼CvO與Cvl來決定音量值VL的演算法流程圖。圖8為圖6音量控制電路實施例中輸入電壓Vin與音量值VL的遲滯曲線圖。圖9為圖3中音量控制電路第二實施例的電路圖。主要元件符號說明100、 200 音量控制電路120、 220 解碼器140 電阻串分壓電路240可偏移電壓的參考電壓產生單元250運算單元Ml、 M4、 M6 NMOS電晶體 M2、 M3、 M5 PMOS電晶體 R1 R8 電阻110、 210 控制邏輯 130、 230 比較器310反向器S1 S7 開關具體實施方式
請參閱圖3,圖3為本發明具有遲滯功能的音量控制電路200—實施例的方塊圖，其包括一控制邏輯210、 一比4交器230、 一可偏移電壓的參考電 壓產生單元240以及一運算單元250。 Vin為對應於使用者設定音量的輸入 電壓，圖3中的控制邏輯210與比較器230和圖1中同名元件的操作方式相 同，而可偏移電壓的參考電壓產生單元240的功能亦與圖1中的電阻串分壓 電路140相同，用來提供參考電壓，然而卻不限於必需使用電阻串分壓電路 140的架構。另外，音量控制電路200中的控制邏輯210會多產生一判斷信 號Sd給可偏移電壓的參考電壓產生單元240，根據不同的判斷信號Sd，相 同的Vin可能會落在不同的電壓區間，每一個電壓區間皆對應於一個音量編 碼(volume code) Cv,控制邏輯210將這些音量編碼Cv傳送到運算單元(operation unit) 250，運算單元250將音量編碼Cv與目前的音量經過邏輯 運算後得到新的音量值VL來調整音量大小，其詳細運作說明如下。首先請參考圖4 (a)和(b)，圖4 (a)和(b)為圖3中可偏移電壓的 參考電壓產生單元240 —實施例的電路圖。可偏移電壓的參考電壓產生單元 240包含一電阻串R1 R8，其節點電壓V1 V7分別代表不同的參考電壓值， 以及六個金屬氧化物半導體(MOS)電晶體M1 M6、 一電阻Rc與一反向 器310,其中M6、 Ml以及M4為N型MOS電晶體(NMOS)而M2、 M3 以及M5為P型MOS電晶體(PMOS )，反向器310則用來反向判斷信號Sd 來產生另一控制MOS電晶體的信號Sd，。當判斷信號Sd為1時，Ml、 M2 與M4導通，M6、M3與M5不導通，電流從電源Vcc順著M2、電阻串R8 R1 、 Ml、 Rc、 M4流至地形成第一迴路(如圖4(a)箭頭所示路徑)，而當判斷信 號Sd為0時，M5、 M3與M6導通，Ml、 M2與M4不導通，電流從電源 Vcc順著M5、 Rc、 M3、電阻串R8 R1、 M6流至地形成第二迴路(如圖4(b) 箭頭所示路徑)，在此二種不同模式下，同一個節點會有不同的參考電壓值， 舉例來說，若將Ml與M4的寬長比(aspect ratio )設定為M6寬長比的兩倍(亦即Ml與M4的導通電阻值近似於M6導通電阻值的1/2)，另外也將 M3與M5的寬長比設定為M2寬長比的兩倍(亦即M3與M5的導通電阻值 近似於M2導通電阻值的1/2)，調整R1 R8的電阻值使得M1 M6在導通時 均操作於三極體區(triode region )，假設M2的導通電阻值為Rds2而M6的 導通電阻值為Rds6，且電阻串R8 R1的電阻值皆相等為R，則在判斷信號 Sd為1 (亦即第一迴路導通)時，參考電壓Vi(—1 7)為 Vcc x (Rxi+Rc+Rds6) / (8R+Rc+Rds2+Rds6);而在判斷信號Sd為O (亦即第二回iE各導通)時，參考電壓Vi為Vcc x (Rxi+ Rds6) / (8R+Rc+Rds2+Rds6)， 兩者會有一電壓差AV近似於VccxRc/(8R+Rc+Rds2+Rds6)， 請注意，此電壓差與參考電壓位於哪一節點i無關，參考電壓V1 V7在兩種 模式下的電壓差AV皆為VccxRc/(8R+Rc+Rds2+Rds6)，請注意，上述所有 MOS電晶體的作用皆為開關，實際操作上可使用其他不同種類的開關代替。 請參考圖5 (a) - (c)，圖5 (a) - (c)為圖4 (a) - (b)可偏移電壓 的參考電壓產生單元240實施例中不同迴路導通時參考電壓值差異的示意 圖，如圖5(a)所示，判斷信號Sd為1,第一迴路導通時的各節點參考電壓為 V1 V7，每兩個參考電壓間具有一區間(分別對應於音量編碼Cvl)，分別 由區間0至區間7，圖5(b)則為判斷信號Sd為0，第二迴路導通時的情形， 同樣地，每兩個參考電壓間具有一區間(分別對應於音量編碼CvO)，分別 由區間0至區間7，如圖所示，在不同迴路導通時同一節點的參考電壓值會 有AV的電壓差。請參考圖6，圖6為圖3中音量控制電路200第一實施例的電路圖，圖 6中與圖3、圖4中編號相同的元件具有同樣的構造與功能，在此不再贅述， 另外，本實施例中控制邏輯210採數字控制，其所輸出的信號值為二進位數 值，必須再經過一解碼器220將該二進位數值轉成對應於不同開關的切換信 號Sw。本實施例中，輸入信號Vin為使用者輸入用來調整音量的控制電壓， 控制邏輯210會以取樣(sampling)的方式每隔一段時間分別送出Sd為0 與1的判斷信號給參考電壓產生單元240,例如先送Sd為1開啟第一迴路 並得到音量編碼Cvl後再送Sd為0開啟第二迴路並得到音量編碼CvO,參 考電壓產生單元240再以二分逼近法針對判斷信號Sd各為0與1的情形求 出輸入信號Vin所在的區間，最後求出音量值VL後再重複上述取樣的動作 來不斷地更新音量值VL。實際運作方式如下所述，控制邏輯210會先輸出 判斷信號Sd為1以開啟第一迴路，並且輸出切換信號Sw使得開關S4關閉， 其餘開關開啟，取中間值的參考電壓V4與Vin做比較，比較器230比較後 得出一比較值，舉例來說，若是V4大於Vin，則控制邏輯210輸出切換信 號Sw使得開關S2關閉，其餘開關開啟，取V1 V4的中間值參考電壓V2 與Vin做比較，若是V2小於Vin，則控制邏輯210輸出切換信號Sw使得開關S3關閉，其餘開關開啟，取V2 V4的中間值參考電壓V3與Vin做比較， 若V3小於Vin則可知輸入信號Vin落於參考電壓V3與V4之間。以此類推， 用此二分逼近法可得出輸入信號Vin在判斷信號Sd為1時所在的區間，接 著控制邏輯210會輸出判斷信號Sd為0以開啟第二迴路，並同樣以二分逼 近法得出輸入信號Vin在判斷信號Sd為0時所在的區間。接著，由於每一 區間皆對應於一音量編碼Cv,控制邏輯210將判斷信號Sd分別為0與1時 的音量編碼Cv0與Cvl (皆為數字數據)輸入運算單元250，運算單元250 則根據Cv0、 Cvl與前一周期的音量值VL經邏輯運算得出實際上用來控制 音量的音量值VL,接著，控制邏輯210重新送出Sd為O的判斷信號給參考 電壓產生單元240重複上述步驟。藉由周期性地重複上述步驟，音量控制電 路200便能隨著輸入電壓Vin來調整系統音量的大小。請參考圖9，圖9為音量控制電路300第二實施例的電路圖，圖9中與 圖6中編號相同的元件具有同樣的構造與功能，在此不再贅述，其不同處在 於第一實施例是由控制邏輯210經過一解碼器220產生對應於不同開關的切 換信號Sw來切換開關S1 S7以產生不同的參考電壓值，第二實施例的音量 控制電路300則是利用多個傳輸柵(transmission gate)作為開關，組成一樹 狀開關網路(tree-like switch network ),而控制邏輯210藉由輸出 一組二進位 數值，如圖9中的b0 b2、b0， b2，(圖中所示bO為LSB( least significant bit, 最低有效位)，b2為MSB (most significant bit,最高有效位))來控制各個 傳輸柵的導通與否以決定從電阻串的哪一節點耦合至比較器230，例如當控 制邏輯210輸出bl為1、 b2為0、 b3為1時節點電壓V5會^皮耦合至比較器 230的負輸入端，若是bl為O、 b2為0、 b3為1則節點電壓VI會被耦合至 比較器230的負輸入端。本實施例中的傳輸柵是作為開關的用途，另外，對 於二進位數據與導通路徑的對應關係可由設計者依實際需要調整。請注意，上述實施例皆以八個音量區間(亦即該二進位數值為三字節二 進位數值)做為範例說明，在實際應用上，本發明並不限於八個音量區間， 亦即可視實際需要擴充或減少該二進位數值的字節數，若字節數增加，音量 控制的精確度會增加，但是電路會需要較多的元件，如第一、第二實施例中 的電阻串需要更多的電阻以及更多的開關元件。運算單元250根據判斷音量編碼CvO與Cvl來決定音量值VL的方法流 程圖如圖7所示，其執行步驟如下步驟510開始；步驟520 判斷音量編碼CvO是否等於音量編碼Cvl力。1,若為是，則 進行步驟530,若為否，則跳至步驟540;步驟530音量值VL等於音量編碼Cvl，跳至步驟590;步驟540判斷音量編碼CvO是否等於音量編碼Cvl，若為是，則進行 步驟550，若為否，則跳至步驟580;步驟550判斷音量值VL是否小於音量編碼Cvl，若為是，則進行步 驟560,若為否，則跳至步驟570;步驟560 音量值VL等於音量編碼Cvl減1 ，跳至步驟590;步驟570 音量值VL等於音量編碼Cvl，跳至步驟590;步驟580音量值VL不變，進行步驟590;步驟590結束。舉例來說，請參考圖5 (a) - (c)，假設區間數即為音量編碼(實際關 系可能為——對應)，則考慮輸入電壓Vin在Sd為1時的音量編碼為4 (Cvl=4)而在Sd為0時的音量編碼為5 (Cv0=5 )的情形，利用圖7的流 程圖，CvO等於Cvl力。1，因此音量值VL等於音量編碼Cvl (步驟530)， 亦即音量值VL為4,若Vin增加^f吏得Cvl與CvO皆為5,利用圖7的流程 圖，則會跳至步驟560，音量值VL等於音量編碼Cvl減1,亦即音量值VL 仍然為4，若Vin繼續增加使得CvO變為6，則CvO等於Cvl力口 1,又回至 步驟530，音量值VL等於音量編碼Cvl，亦即音量值VL變為5。若此時 Vin降低，使得CvO又變回5,此時Cvl等於CvO等於音量值VL，利用圖7 的流程圖，則跳至步驟570,音量值VL仍然為5 ，若Vin繼續降低使得Cv 1 變為4,貝'j CvO等於Cvl力口 1，流程圖跳至步驟530,音量值VL等於音量 編碼Cvl,亦即音量值VL變為4。由上面的例子可知經由運算單元250的 邏輯運算，輸入電壓與音量值之間產生了遲滯關係，其遲滯電壓為圖5(c)中 所示的AV，，基本上由於判斷信號Sd為1時同一節點的參考電壓值會大於 判斷信號Sd為0時，因此若在正常工作時只會有CvO等於Cvl以及CvO等 於Cvl加1兩種情況，圖7的流程圖中步驟580僅在系統發生誤動作時才會 發生。請參考圖8,圖8為圖6音量控制電路200實施例中輸入電壓Vin與音 量值VL的遲滯曲線圖，如圖所示，當Vin增加時是沿著曲線620的箭頭方 向增加，而當Vin降低時是沿著曲線610的箭頭方向降低，其遲滯區間大小即為AV'。雖然本發明已結合優選實施例揭露如上，然而其並非用以限定本發明， 本領域的技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，可作些許的更動與潤 飾，因此本發明的保護範圍應當以後附的申請專利範圍所界定者為準。
權利要求
1. 一種具有遲滯功能的音量控制電路，其包括比較器，用來比較輸入電壓與第一參考電壓以產生第一比較值，以及比較該輸入電壓與第二參考電壓以產生第二比較值；控制邏輯，電連接於該比較器，用來產生判斷信號，並且根據該第一比較值產生第一音量編碼(code)以及根據該第二比較值產生第二音量編碼；可偏移電壓的參考電壓產生單元，電連接於該控制邏輯，用來根據該判斷信號選擇導通第一迴路或者第二迴路，當該第一迴路導通時產生該第一參考電壓，以及當該第二迴路導通時產生該第二參考電壓；以及運算單元，電連接於該控制邏輯，用來根據該第一、第二音量編碼及目前的音量值來調整音量大小。
2. 如權利要求1所述的音量控制電路，其中該可偏移電壓的參考電壓產 生單元包括電阻單元； 電阻串；以及第一、第二、第三、第四、第五以及第六開關，其中該第二開關、該電 阻串、該第一開關、該電阻單元以及該第四開關依次串接於電源與地之間形 成第一迴路；以及該第五開關、該電阻單元、該第三開關、該電阻串以及該 第六開關依次串接於該電源與地之間形成第二迴路；其中當該第一迴路導通而該第二迴路關閉時，電流由該電源沿第一迴路 流至地；當該第二迴路導通而該第一迴路關閉時，電流由該電源沿第二迴路 流至地。
3. 如權利要求2所述的音量控制電路，其中該可偏移電壓的參考電壓產 生單元另包括反向器，用來反向該判斷信號以產生反向判斷信號； 其中該第一、第三、第四以及第五開關由該判斷信號來控制，而該第二 以及第六開關由該反向判斷信號來控制。
4. 如權利要求3所述的音量控制電路，其中該控制邏輯切換該電阻串不 同處的分壓以產生該第一、第二參考電壓，該第二、第三以及第五開關分別 由第二、第三以及第五P型金屬氧化物半導體(PMOS)電晶體所構成；該第一、第四以及第六開關分別由第一、第四以及第六N型金屬氧化物半導體 (NMOS)電晶體所構成，其中該第一MOS電晶體的源極電連接於該第三 MOS電晶體的源極以及該電阻單元的一端，該電阻單元的另一端電連接於 該第五、第四MOS電晶體的漏極，該第五、第二MOS電晶體的源極電連 接於該電源，該第六、第四MOS電晶體的源極電連接於地，該第一、第三、 第四、第五MOS電晶體的柵極電連接於該反向器的輸入端以及該判斷信號， 該反向器的輸出端電連接於該第二、第六MOS電晶體的柵極，該第二、第 三MOS電晶體的漏極電連接於該電阻串的一端，該電阻串的另一端電連接 於該第一、第六MOS電晶體的漏才及。
5. 如權利要求2所述的音量控制電路，其中該控制邏輯切換該電阻串不 同處的分壓以產生該第一、第二參考電壓，以及該第一、第二、第三、第四、 第五以及第六開關為金屬氧化物半導體(MOS)電晶體。
6. 如權利要求1所述的音量控制電路，其中該控制邏輯根據該第一、第 二比較值產生二進位數值，以及該控制邏輯包括解碼器(decoder),用來接 收該二進位數值以切換該可偏移電壓的參考電壓產生單元產生該第一、第二 參考電壓。
7. 如權利要求6所述的音量控制電路，其中該解碼器為樹狀開關網路 (tree-like switch network ),其中各開關的開啟與關閉由該二進位數值決定。
8. 如權利要求1所述的音量控制電路，其中該判斷信號周期性地改變以 選擇性地導通該第一或第二迴路，在該第一或第二迴路導通時該控制邏輯分 別以二分逼近法切換該可偏移電壓的參考電壓產生單元以得出最接近該輸 入電壓的該第一、第二參考電壓。
9. 一種具有遲滯功能的音量控制方法，其包括比較輸入電壓與第 一參考電壓以產生第 一 比較值，以及比較該輸入電壓 與第二參考電壓以產生第二比較值；產生判斷信號，並且根據該第一比較值產生第一音量編碼(code)以及 根據該第二比較值產生第二音量編碼；根據該判斷信號選擇導通第一迴路或者第二迴路，在該第一迴路導通時 產生該第一參考電壓，以及在該第二迴路導通時產生該第二參考電壓；以及根據該第一、第二音量編碼與目前的音量值來控制音量大小。
10. 如權利要求9所述的音量控制方法，其中選擇導通該第一迴路或者該第二回3各的步驟包才舌利用第二開關、電阻串、第一開關、電阻單元以及第四開關依次串接於電源與地之間形成該第一迴路；以及利用第五開關、該電阻單元、第三開關、該電阻串以及第六開關依次串 接於該電源與地之間形成第二回^各；使得該第一迴路導通而該第二迴路關閉時，電流由該電源沿第一迴路流 至地；而當該第二迴路導通而該第一迴路關閉時，電流由該電源沿第二迴路 流至地。
11. 如權利要求IO所述的音量控制方法，其中選擇導通該第一迴路或者 該第二迴路的步驟另包括反向該判斷信號以產生反向判斷信號；其中該第一、第三、第四以及第五開關由該判斷信號來控制，而該第二 以及第六開關由該反向判斷信號來控制。
12. 如權利要求IO所述的音量控制方法，其利用切換該電阻串不同處的 分壓以產生該第一、第二參考電壓。
13. 如權利要求12所述的音量控制方法，其解碼二進位數值來控制樹狀 開關網路(tree-like switch network)以切換該電阻串不同處的分壓以產生該 第一、第二參考電壓。
14. 如權利要求9所述的音量控制方法，其另包括 周期性地導通該第一或第二迴路，在該第一或第二迴路導通時分別以二分逼近法得出最接近該輸入電壓的該第一、第二參考電壓。
全文摘要
一種具有遲滯功能的音量控制電路，其包括一比較器、一控制邏輯、一可偏移電壓的參考電壓產生單元以及一運算單元。比較器用來比較輸入電壓與參考電壓以產生比較值；控制邏輯電連接於比較器，用來產生判斷信號，並且根據比較值產生音量編碼(code)；可偏移電壓的參考電壓產生單元電連接於控制邏輯與比較器，用來根據判斷信號選擇導通第一或第二迴路，分別在第一或第二迴路導通時產生參考電壓；以及運算單元電連接於控制邏輯，用來根據音量編碼及目前音量值來控制音量大小。
文檔編號H03G3/20GK101227175SQ200710001789
公開日2008年7月23日 申請日期2007年1月16日 優先權日2007年1月16日
發明者朱立平 申請人:晶豪科技股份有限公司