設備中彈出噪聲的減小的製作方法

2023-09-19 07:10:50 3

專利名稱：設備中彈出噪聲的減小的製作方法
技術領域：
本發明主題總體涉及在設備中減小彈出噪聲，並且尤其涉及在設備中校準偏移。
背景技術：
電子設備例如通信設備和家庭娛 樂設備包括用於提供音頻輸出的音頻子系統。音頻子系統通常包括用於提供音頻信號的輸入設備，用於對接收到的音頻信號進行放大的音頻放大器，以及用於產生經放大的聲音的一個或多個揚聲器。用於放大音頻信號的音頻放大器通常分為不同的類，包括A、B、AB、C和D。特別地，D類放大器具有以最小的功率損失提供高效音頻輸出的優點，因而在功率效率顯得重要的應用中(例如在電池供電的應用和可攜式應用中)是優選的。D類放大器是切換放大器，並且一般包括處於反饋構造中的積分器、調製電路以及驅動電路。積分器對反饋誤差信號進行預放大並將經預放大的音頻信號提供給調製電路的一個或多個比較器。調製電路通過使用本領域已知的各種方案而將經放大的音頻信號轉換為脈寬調製(PWM)信號。進一步地，PWM信號被饋送至驅動電路，該驅動電路將經放大的音頻信號提供給揚聲器。D類放大器的各個組件，例如積分器、比較器以及驅動電路，通常使用運算放大器來實現。然而，運算放大器經常由於製造缺陷而生成電壓偏移。此外，由於所述組件通常尺寸小，因而難於在組件之間實現適當匹配。結果，在電子設備的特定條件下，例如在其上電時，一些寄生信號被引入揚聲器的輸入處。在電子設備上電或取消靜音期間，這些寄生信號意味著揚聲器中的彈出噪聲。一般而言，當使能揚聲器的正常工作模式時，通過對驅動電路進行預偏置可減小由驅動電路中的失配引起的彈出噪聲。然而，對驅動電路進行預偏置並不減小由積分器或比較器中的偏移引起的彈出噪聲。

發明內容
本發明內容提供用於引入一種在設備(例如包括蜂窩電話的通信設備、音頻/視頻再現設備或家庭娛樂系統)的揚聲器中減小可聽見的彈出噪聲的方案。下面，以具體說明進一步描述這些構思。在一個實施例中，該設備包括音頻子系統，該音頻子系統具有用於預放大輸入信號的積分器以及用於將經預放大的信號調製為脈衝信號的調製電路。音頻子系統設有跨積分器和調製電路的反饋迴路，以校準在積分器和調製電路中的偏移。該反饋迴路包括子反饋迴路，例如跨積分器的積分器偏移迴路和跨調製電路的比較器偏移迴路。


下面參照附圖來進行詳細描述。在圖示中，參考標號的最左側數字標示該參考標號首次出現的附圖。在所有圖示中使用相同的標號指代相同的特徵或組件圖I示出根據本主題實施例的、實現用於減小由於音頻放大器引起的彈出噪聲的方案的示例性音頻子系統；圖2示出根據本主題實施例的、實現積分器的偏移校準方案的示例性音頻子系統；圖3示出根據本主題實施例的、實現比較器的偏移校準方案的示例性音頻子系統；圖4示出根據本主題實施例的、用於音頻放大器中的偏移校準的示例性方法。
具體實施例方式所公開的主題涉及用於減小從電子設備的揚聲器產生的可聽見的彈出噪聲的方案。電子設備的示例包括蜂窩電話、音頻/視頻播放器、膝上型電腦、計算設備和家庭娛樂系統。這些設備中的每個包括音頻子系統，該音頻子系統具有揚聲器和與揚聲器關聯的音
頻放大器。由於各種原因，包括與揚聲器關聯的音頻放大器的組件中的固有失配，可能在設備上電或取消靜音期間產生彈出噪聲。在一個實施例中，D類放大器被用作用於提供輸入音頻信號放大的音頻放大器。如本文中所描述的D類放大器包括處於反饋構造中的積分器、包括一個或多個比較器的調製電路、以及用於驅動負載(例如揚聲器)的驅動電路。積分器接收作為音頻放大器輸入而提供的音頻信號、以及來自驅動電路的反饋信號。積分器用來對反饋誤差信號、即音頻信號與反饋信號之差進行預放大。積分器因而將經放大的音頻信號提供給調製電路的比較器，該比較器通過本領域已知的方案將該經放大的音頻信號轉換為脈寬調製(PWM)信號。PWM信號在被提供給揚聲器之前由驅動電路放大。積分器和比較器是運算放大器，具有被稱為「偏移」的誤差。這些偏移是運算放大器固有的。偏移通常由於在運算放大器輸入級處的失配引起，該失配繼而導致輸出電壓誤差。例如，即使當沒有提供輸入信號時，也可能在運算放大器的輸出處產生非零輸出電壓。在揚聲器兩端出現的、積分器和比較器中的偏移在設備的上電或取消靜音期間是可聽見的。這種偏移生成彈出噪聲，該彈出噪聲通常是令人不快且不期望的打擾。在實施例中，可以通過使用控制器和反饋迴路(例如偏移校正迴路)來校正積分器和比較器的偏移，從而減小彈出噪聲。當實施偏移校正迴路時，驅動電路保持在高阻態，即，揚聲器與音頻子系統斷開以使得偏移校正迴路能夠在沒有引起彈出噪聲的情況下對偏移進行校準。在所述實施例中，偏移校正迴路包括電阻器和開關，以提供簡單而廉價的解決方案。由於偏移校正迴路在設備喚醒時操作，在提供實際音頻信號之前，偏移得到校正。此外，由於驅動電路在偏移校準期間是高阻態，所以在揚聲器的兩端不出現偏移，因而保證了在整個校準期間在揚聲器上什麼也沒播放。此外，這種偏移校正迴路可用在具有內嵌控制電路的設備(例如行動電話和音頻系統)中，這是因為該同一控制電路可以用於控制偏移校正迴路的操作。因而，可不需要額外組件。示例性系統圖I示出實現了用於減小由於與揚聲器102關聯的音頻放大器104中出現的偏移引起的彈出噪聲的方案的示例性音頻子系統100，該彈出噪聲在揚聲器102的輸出處可聽見。在一個實施例中，音頻子系統100包括揚聲器102、音頻放大器104以及輸入源106。音頻放大器104接收來自輸入源106的輸入音頻信號(Vin) 108。音頻放大器104放大Vin108以提供經放大的差分輸出信號(Vamp)IlO以用於驅動負載例如揚聲器102。在所述實施例中，音頻放大器104是用於放大音頻信號的D類放大器。一般地，音頻子系統100可用在例如電話、行動電話、音頻/視頻播放器、放大系統、膝上型電腦等的通信設備和各種家庭娛樂設備中。在一種實現中，音頻放大器104包括積分器112、調製電路114以及驅動電路116以驅動揚聲器102。此外，包括反饋電阻器120-1和120-2(被統稱為反饋電阻器(Rf) 120)的第一反饋迴路118被跨接在音頻放大器104兩端。第一反饋迴路118被用於將(在輸出終端122-1和122-2處感測到的)Vampl 10反饋至音頻放大器104的輸入終端124-1和124-2。因而，第一反饋迴路118通過提供負反饋而使音頻放大器104在揚聲器102處的輸出Vamp 110穩定。在一個實施例中，積分器112包括運算放大器126、一對電容器128_1和128_2(被 統稱為電容器128)、以及一對輸入電阻器(Ri) 130-1和130-2。在一種實現中，運算放大器126被實現為差分放大器。電容器128-1和128-2被設置在積分器反饋迴路132-1和 132-2(被統稱為積分器反饋迴路132)中。積分器112被供以輸入信號133例如Vin 108，或反饋誤差信號(即Vin 108與Vamp 110之差)。積分器112對輸入信號133進行預放大並提供差分輸出信號Vop 134-1和Voml34-2(被統稱為輸出電壓Vo 134)。輸出電壓Vo134在調製電路114的兩個輸入終端處被提供作為輸入。顯然，作為差分信號，Vom 134-2與Vop 134-1反向。通常,輸出電壓Vo 134與偏移電壓Vi 136相關聯,該偏移電壓Vi 136是積分器112輸出誤差。這個偏移是運算放大器固有的，並且通常由於運算放大器的輸入處的失配(其導致輸出電壓誤差)而引起。即使當沒有將輸入信號提供給運算放大器時，輸出電壓誤差也可以例如顯現為非零輸出電壓的形式。另外，偏移還可能由運算放大器製造期間的缺陷所引起。此外，調製電路114包括一個或多個比較器(未在圖中示出)，以及信號生成器(未在圖中示出)，例如三角形波生成器或鋸齒波生成器。在一個實施例中，調製電路114包括兩個比較器，即第一比較器和第二比較器，二者通過使用運算放大器來實現。比較器中的每個將電壓信號Vopl34-l和Voml34-2中的一個與參考信號(Vref)進行比較，該參考信號可以是三角形波形或鋸齒波形。比較器將Vref與Vo 133進行比較，以產生作為調製電路114的輸出的差分脈寬調製信號Vpwm 138。例如，第一比較器通過將Vref與Vop 134-1進行比較來生成第一 Vpwm 138-1。類似地，通過將Vref與Vom 134-2進行比較來生成第二Vpwml38-2ο脈寬調製信號Vpwm 138被提供作為驅動電路116的輸入。比較器中的偏移導致輸出(即，從比較器生成的脈寬調製信號Vpwm 138)的誤差。比較器，即第一比較器和第二比較器具有運算放大器所固有的各自偏移。因為比較器的輸出為差分脈寬調製信號Vpwm 138的形式，所以由於比較器引起的各自偏移導致了在比較器輸出中可觀察到的有效偏移電壓Vc 140。此外，驅動電路116包括功率電晶體(未在圖中示出)，該功率電晶體對Vpwml38進行放大，並且向揚聲器102提供經放大的信號Vamp 110。在特定條件下，例如在音頻放大器104上電或取消靜音期間，通常在揚聲器102的輸入處(例如在點122-1和122-2處)出現寄生信號，該寄生信號意味著彈出噪聲。這種寄生信號可能由於驅動電路116中的失配或積分器112的偏移Vi 136或比較器的偏移Vc 140或其上組合而浮現。如所述的那樣，由於驅動電路116中的失配而引起的彈出噪聲可以通過在使能(啟用)音頻放大器104的正常工作模式之前對驅動電路116進行預偏置來減小。音頻放大器104的正常工作模式是如下的模式在該模式中，音頻放大器104上電並且接收輸入信號Vin 108。在本主題的一個實施例中，反饋迴路(例如偏移校正迴路142-1和142-2，被統稱為偏移校正迴路142)跨接在積分器112和調製電路114的兩端，以校準偏移電壓Vi 136和Vc 140。偏移校正迴路142-1和142-2將輸出電壓Vo 134和Vpwm 138分別饋送至積分器112的輸入埠和調製電路114的輸入埠。偏移校正迴路142-1和142-2包括電阻器144-1和電阻器144-2(被統稱為電阻器144)、第一對開關146-1和146-2，以及第二對開關148-1和148-2。在一種實現中，電阻器144與反饋電阻器RF 120相同，S卩，電阻器144與電阻器120提供相同大小的電阻。偏移校準以能夠相繼進行的兩個階段提供。針對偏移校準的第一階段，調製電路 114斷電，並且驅動電路116和揚聲器102被置於高阻態。通過使能第一對開關146-1和146-2(被統稱為第一對開關146)，偏移Vi 136得以校準。Vi 136的校準將稍後在對圖2的說明期間予以解釋。在第二階段中，通過禁止第一對開關146且使能第二對開關148-1和148-2(被統稱為第二對開關148)，偏移Vcl40得以校準。Vc 140的校準將稍後在對圖3的說明期間予以解釋。在偏移Vc 140的校準之後，第二對開關148被禁止並且音頻放大器104被置於正常工作模式下。在一種實現中，第一對開關146和/或第二對開關148可以由控制器例如數字控制器(未在圖中示出)來控制。在另一實現中，第一對開關146和/或第二對開關148可被硬連線。圖2示出根據本主題實施例的示例性音頻子系統100，其實現用於積分器112的偏移校正的方案。如上解釋，對於音頻放大器104的偏移校準以兩個階段進行。在第一階段中，進行對積分器112的偏移Vi 136的校準。偏移Vi 136出現在揚聲器102的兩端，在音頻放大器104上電或非靜電期間在揚聲器102的輸出端引起彈出噪聲。如所述那樣，為了防止揚聲器102處的彈出噪聲，偏移校正迴路142被設置在音頻放大器104中。在一個實施例中，偏移校正迴路142包括子反饋迴路,例如第一積分器偏移迴路202-1和第二積分器偏移迴路202-2 (被統稱為積分器偏移迴路202)。積分器偏移迴路202包括電阻器144和第一對開關146。積分器偏移迴路202用於在上電或取消靜音期間(即在音頻放大器104被置於正常工作模式之前)檢測積分器112的輸出No 134的偏移Vi 136。為了這個目的，藉由控制器例如數字控制器206，調製電路114被斷電並且驅動電路116被置於高阻態，以防止偏移Vi 136被傳送至揚聲器102。在一種實現中，通過使用三態緩衝器(未在圖中示出)，驅動電路116被置於高阻態，該三態緩衝器充當開斷開關，以將驅動電路116、揚聲器102與音頻子系統100的其餘組件暫時斷開。第一對開關146隨後接通，以使能在積分器112的輸出終端204-1、204-2與輸入終端124-1、124-2之間的積分器偏移迴路202。在一種實現中，數字控制器206-1和206-2(被統稱為控制器206)控制第一對開關146。在另一種實現中，第一對開關146可被硬連線。數字控制器206還可以用於將調製電路114斷電，並且將驅動電路116和揚聲器102置於高阻態。當積分器偏移迴路202被使能時，在輸出終端204-1和204_2出現偏移電壓Vi136。偏移電壓Vi 136由與對應的積分器偏移迴路202及求和放大器208-1和208-2耦接的控制器206來感測。求和放大器208-1和208-2被統稱為求和放大器208。在一種實現中，求和放大器208是耦接在輸入源106與積分器112之間的運算放大器。在另一種實現中，如果輸入Vin 108來自數字子系統，則求和放大器208可以被數字加法器替代。求和放大器208用於將不同電壓例如電壓VinlOS及由控制器206提供的相應的偏移消除信號210-1和210-2(被統稱為偏移消除信號210)加到一起。偏移消除信號210是由控制器206基於經放大的Vi 136計算出的電壓，以使得該偏移消除信號210當被提供在積分器112的輸入處時抵消掉積分器112的輸出處的Vi136。在一種實現中，控制器206使用逼近算法例如逐次逼近(SAR)算法來計算偏移消除信號210。在其它實現中，還可使用不同的數值逼近(例如線性逼近和二次逼近)方法。
求和放大器208將偏移消除信號210和Vin 108相加，並且提供該加和作為積分器112的輸入電壓。因而使積分器112的輸入電壓在上電期間等於零伏，並且在音頻放大器104的正常工作模式期間等於Vin 108。一旦計算出偏移消除信號210並將其提供給求和放大器208，第一對開關146就由控制器206開斷，因而禁止積分器偏移迴路202。控制器206還將該偏移消除信號210存儲在存儲器單元(未在圖中示出)中，並且在校準的下一個階段期間和音頻放大器104的正常工作模式期間向求和放大器208提供該偏移消除信號 210。因此，當未提供輸入信號時，例如在上電期間，在積分器112的輸出終端204-1和204-2處接收到的輸出為零伏。此外，在音頻放大器104的正常工作模式期間，在積分器112的輸出終端204-1和204-2處接收到的輸出為電壓Vo 134。因此，在上電期間由於偏移電壓Vi 136引起的揚聲器102處的彈出噪聲減小。每當音頻放大器104啟動或取消靜音時，由於積分器112引起的偏移電壓Vi 136可被校準以校正。音頻子系統100可用在具有D類放大器的可攜式系統中。用於減小彈出噪聲的方案在已具有內嵌控制器的實現了音頻子系統100的設備中更受歡迎。同一內嵌控制器可用於控制第一對開關146的操作。因此，音頻子系統100通過利用電阻器144、第一對開關146及設備中已有組件例如控制器而實現了針對彈出噪聲的低成本解決方案。圖3示出根據本主題實施例的示例性音頻子系統100，其實現了用於調製電路114的一個或多個比較器(未在圖中示出)的偏移校正的方案。如上所述，在用於音頻放大器104的偏移校準的第二階段中，例如在積分器112的偏移Vi 136於偏移校準的第一階段中被校準之後，可進行對一個或多個比較器的偏移Vcl40的校準。偏移Vc 140是出現在揚聲器102兩端的比較器的有效偏移電壓。偏移Vc 140可在音頻放大器104上電期間引起揚聲器102輸出中的彈出噪聲。如所述那樣，為了減小在揚聲器102處的彈出噪聲，偏移校正迴路142被設置在音頻放大器104中。在一種實現中，偏移校正迴路142包括子反饋迴路，例如第一比較器偏移迴路302-1和第二比較器偏移迴路302-2(被統稱為比較器偏移迴路302)。此外，比較器偏移迴路302包括電阻器144和第二對開關148。比較器偏移迴路302用於在上電或取消靜音期間(即在音頻放大器104被置於正常工作模式之前)對積分器的偏移Vc 140進行校準。為了這個目的，在第一階段中斷電的調製電路114被上電，而驅動電路116保持在高阻態。隨後第二對開關148被接通，從而使能在調製電路114的輸出終端304-1、304-2與輸入終端124-1、124-2之間的比較器偏移迴路302。在一種實現中，控制器例如數字控制器206控制第二對開關148。在另一種實現中，第二對開關148可被硬連線。當比較器偏移迴路302被使能時，Vc 140即刻出現在輸出終端304-1和304-2。與比較器偏移迴路302耦接的電容器128也即刻接收Vc 140並且充電至與偏移電壓Vc 140的負值相等的電勢。負電勢被設置在調製電路114的輸入處，因此驅使在輸出304處的偏移Vc 140接近O。比較器偏移迴路302被使能以工作一個偏移校正時間間隔，在該時間間隔期間，偏移電壓Vc 140被經由電容器128向調製電路114的比較器提供的負反饋抵消掉。偏移校正時間可使用公式(I)來計算
權利要求
1.一種設備，包括 積分器(112)，其用於放大輸入信號(133)； 調製電路(114)，其用於調製從所述積分器(112)接收到的經放大的輸入信號；以及 跨接在所述積分器(112)和所述調製電路(114)上的至少一個反饋迴路(142)，以對所述積分器(112)和所述調製電路(114)中的偏移(136和140)進行校準。
2.根據權利要求I所述的設備，還包括與所述調製電路(114)耦接的驅動電路(116)，其中，所述驅動電路(116)在所述反饋迴路(142)工作期間被置於高阻態。
3.根據權利要求I所述的設備，其中，所述反饋迴路(142)包括至少一個積分器偏移迴路(202)，以檢測所述積分器(112)的輸出中的偏移(136)。
4.根據權利要求3所述的設備，其中，所述設備還包括與所述積分器偏移迴路(202)耦接的至少一個控制器(206)，其中，所述控制器(206)感測由所述積分器偏移迴路(202)檢測到的所述偏移(136)，並且提供偏移消除信號(210)以抵消所述偏移(136)。
5.根據權利要求4所述的設備，其中，所述控制器(206)被構造為在所述積分器偏移迴路(202)工作期間使調製電路(114)斷電。
6.根據權利要求4所述的設備，其中，所述反饋迴路(142)包括至少一個比較器偏移迴路(302)，以校準所述調製電路(114)的輸出中的偏移(140)。
7.根據權利要求I所述的設備，其中，所述設備選自由家庭娛樂設備、音頻播放器、視頻播放器、放大系統、計算設備、膝上型電腦和通信設備構成的組。
8.一種音頻子系統(100)，包括 積分器(112)，其用於放大輸入信號(133)； 跨接在所述積分器(112)兩端的積分器偏移迴路(202)，以檢測所述積分器(112)的輸出中的偏移(136);以及 與所述積分器偏移迴路(202)耦接的控制器(206)以感測由積分器偏移迴路(202)檢測到的偏移(136)，其中，所述控制器(206)基於檢測到的偏移(136)生成偏移消除信號(210)以抵消所述偏移(136)。
9.根據權利要求8所述的音頻子系統(100)，還包括 調製電路(114)，其用於接收經放大的輸入信號，其中，所述調製電路(114)調製經放大的輸入信號；以及 與所述調製電路(114)耦接的驅動電路(116)， 其中，在所述積分器偏移迴路(202)工作期間，所述調製電路(114)被斷電且所述驅動電路(116)被置於高阻態。
10.根據權利要求8所述的音頻子系統(100)，其中，所述控制器(206)被耦接至至少一個求和放大器(208)以向所述積分器(112)的輸入提供所述偏移消除信號(210)。
11.根據權利要求8所述的音頻子系統(100)，其中，所述控制器(206)包括存儲器單元，以存儲所述偏移消除信號(210)。
12.根據權利要求8所述的音頻子系統(100)，其中，所述積分器偏移迴路(202)包括由所述控制器(206)控制的開關，以使能和禁止所述積分器偏移迴路(202)。
13.一種音頻子系統(100)，包括 調製電路(114)，以調製輸入信號(133)；跨接在所述調製電路(114)兩端的至少一個比較器偏移迴路(302)，以校準所述調製電路(114)的輸出中的偏移(140);以及 與所述比較器偏移迴路(302)耦接的至少一個電容器(128)，其中，所述電容器(128)被充電至與所述偏移(140)的負值相等的電勢，以抵消所述偏移(140)。
14.根據權利要求13所述的音頻子系統(100)，還包括與所述調製電路(114)耦接的驅動電路(116)，其中，所述驅動電路(116)在所述比較器偏移迴路(302)工作期間被置於聞阻態。
15.根據權利要求13所述的音頻子系統(100)，其中，所述比較器偏移迴路(302)包括開關(148)，所述開關(148)被構造為使能所述比較器偏移迴路(302)持續偏移校正時間間隔。
16.根據權利要求13所述的音頻子系統(100)，其中，所述調製電路(114)包括一個或多個比較器。
17.一種方法，包括 將驅動電路(116)設置在高阻態； 檢測積分器(112)的輸出信號的偏移(136)； 基於檢測出的偏移(136)生成偏移消除信號；並且 向所述積分器(112)的輸入提供所述偏移消除信號。
18.根據權利要求17所述的方法，其中，所述檢測所述偏移(136)包括使調製電路(114)斷電。
19.根據權利要求17所述的方法，包括 使調製電路(114)上電；並且 校準所述調製電路(114)的輸出中的偏移(140)。
全文摘要
公開了實現減小彈出噪聲的方案的設備。該設備包括音頻子系統(100)，該音頻子系統(100)具有用於放大輸入信號(133)積分器(112)，以及包括一個或多個比較器的調製電路(114)。音頻子系統(100)還設有跨接在積分器(112)和調製電路(114)兩端的反饋迴路(142)，以校準積分器(112)和調製電路(114)的輸出偏移。反饋迴路(142)包括跨接在積分器(112)兩端的積分器偏移迴路(202)以校準積分器(112)的輸出中的偏移(136)，以及跨接在調製電路(114)兩端的偏移校準迴路(302)以校準調製電路(114)的輸出中的偏移(140)。
文檔編號H03F1/30GK102812634SQ200980163252
公開日2012年12月5日 申請日期2009年11月30日 優先權日2009年11月30日
發明者安基特·西德赫, 拉賈·普拉布·J, 希亞姆·索馬亞尤拉·S 申請人:意法愛立信印度有限公司, 意法愛立信有限公司