放大器電路以及放大信號的方法
2023-05-07 22:42:16
專利名稱：放大器電路以及放大信號的方法
技術領域：
本發明是有關於一种放大器電路(amplifier circuit)以及放大信號的方法。本 發明特別是有關於不使用電容器(capacitor)的信號放大。
背景技術：
圖1是驅動立體聲頭戴式耳機(stereo headphone)的揚聲器(speaker) 121及 揚聲器122的已知的放大器電路100的示意圖。放大器電路100包括兩個運算放大器 (operational amplifier，ΟΡΑ) 101 及 102。運算放大器 101 放大左聲道(left channel) 輸入信號151，然後輸出所放大的輸入信號到左聲道揚聲器121。運算放大器102放大右聲 道(right channel)輸入信號152，然後輸出所放大的輸入信號到右聲道揚聲器122。運算 放大器101及運算放大器102的電源電壓是VDD。與運算放大器101及運算放大器102的 正輸入端子耦接的電壓1/2VDD是放大輸入信號151及輸入信號152的參考電壓。揚聲器 121及揚聲器122耦接0伏特(V)的接地電壓(ground voltage)，而運算放大器101及運 算放大器102則使用電壓1/2VDD當作信號放大的參考電壓。由於電壓準位的差異，所以需 要串行的電容器Cl及電容器C2來抑制直流電(DC)電流。串行的電容器Cl及電容器C2導致某些缺點。首先，電容器Cl及電容器C2對於 低頻帶(lower frequency band)的頻率響應具有負面影響。電容器Cl及電容器C2所形 成的高通濾波器(high pass filter)抑制語音的通過。其次，電容器Cl及電容器C2增加 電路布局(circuit layout)的面積及成本。此外，當突然啟用放大器電路100時電壓準位 的上述差異將充電電容器Cl及電容器C2且產生爆音(pop noise)。例如，當使用者打開放 大器電路100的電源時，可能產生爆音且經由立體聲頭戴式耳機輸出，這種情況令人反感。
發明內容
因此，本發明是有關於一种放大器電路以及放大信號的方法。此放大器電路及此 方法可放大輸入信號而不需要串行的電容器。依照本發明的一實施例，本發明提供一种放大器電路。此放大器電路包括第一放 大器及電荷泵(charge pump)。第一放大器包括第一端子、第二端子以及第三端子。第一端 子耦接第一外加電壓(external voltage)。第二端子耦接負電壓。第三端子耦接接地參考 電壓。電荷泵耦接第一放大器，以提供第二外加電壓所轉換的負電壓。在本發明的一實施例中，第一放大器還包括第四端子及第五端子。第四端子接收 第一輸入信號。第五端子耦接第一揚聲器。在本發明的一實施例中，放大器電路還包括第二放大器，其中包括第六端子、第七 端子、第八端子、第九端子以及第十端子。第六端子耦接第一外加電壓。第七端子耦接負電 壓。第八端子耦接接地參考電壓。第九端子接收第二輸入信號。第十端子耦接第二揚聲器。 第一揚聲器及第二揚聲器兩者耦接接地參考電壓。在本發明的一實施例中，上述的負電壓的絕對值可等於第二外加電壓的絕對值。另一方面，負電壓的絕對值與第二外加電壓的絕對值可以呈現一預定比例。第一外加電壓 與第二外加電壓可相等或不相等。在本發明的一實施例中，放大器電路還包括耦接在電荷泵與第一放大器之間的濾 波器。濾波器濾除負電壓的噪聲，然後提供濾波過的負電壓給第一放大器及第二放大器。濾 波器可以是低壓降輸出(low drop output, LD0)電路。依照本發明的另一實施例，本發明提供一种放大信號的方法，適用於上述放大器 電路。此方法包括下列步驟。提供第一外加電壓及第二外加電壓給放大器電路。提供第二 外加電壓所轉換的負電壓給放大器電路的第一放大器。提供接地參考電壓給第一放大器。 放大第一放大器所接收的第一輸入信號且輸出所放大的第一輸入信號。第一外加電壓及負 電壓是放大第一輸入信號的操作電壓。第一輸入信號是根據接地參考電壓予以放大。在本發明的一實施例中，上述方法還包括放大放大器電路的第二放大器所接收的 第二輸入信號且輸出所放大的第二輸入信號的步驟。第一外加電壓及負電壓是放大第二輸 入信號的操作電壓。第二輸入信號是根據接地參考電壓予以放大。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合附圖作詳 細說明如下，其中圖1是已知的一种放大器電路的示意圖。圖2是依照本發明的一實施例的一种放大器電路的示意圖。圖3A是圖1的放大器電路的放大輸入信號的示意圖。圖3B及圖3C是圖2的放大器電路的放大輸入信號的示意圖。圖4是依照本發明的一實施例的一种放大信號的方法的流程圖。
具體實施例方式現在將詳細參考本發明的實施例，其例子並於附圖中予以繪示。可能的話，附圖及 說明所使用的相同的參考數字表示相同或類似的元件。圖2是依照本發明的一實施例的放大器電路200的示意圖。放大器200包括兩個 運算放大器201及202、電荷泵230以及低壓降輸出電路240。放大器電路200被製造成芯 片且接收兩個外加電壓AVDDl及VDD2。外加電壓AVDDl及外加電壓VDD2由放大器電路200 外部的電路所提供。運算放大器201及運算放大器202的每一個具有五個端子。運算放大器201的正 電源端耦接外加電壓AVDDl。運算放大器201的負電源端耦接負電壓-AVDD3。在此「負電 壓」意指低於接地參考電壓(OV)的電壓。運算放大器201的正輸入端子耦接接地參考電壓 (OV)。運算放大器201的負輸入端子耦接輸入信號251。運算放大器201的輸出端子耦接 揚聲器221。運算放大器202的正電源端耦接外加電壓AVDDl。運算放大器202的負電源 端耦接負電壓-AVDD3。運算放大器202的正輸入端子耦接接地參考電壓(OV)。運算放大 器202的負輸入端子耦接輸入信號252。運算放大器202的輸出端子耦接揚聲器222。揚 聲器221及揚聲器222兩者耦接接地參考電壓(OV)。揚聲器221及揚聲器222可包含於立 體聲頭戴式耳機。輸入信號251與輸入信號252可分別是立體聲音頻信號(stereo audiosignal)的左聲道成分與右聲道成分。
電荷泵230的輸入端子耦接外加電壓VDD2。低壓降輸出電路240的輸入端子耦 接電荷泵230的輸出端子。低壓降輸出電路240的輸出端子耦接運算放大器201及運算放 大器202的負電源端。電荷泵230提供負電壓-VDD2而低壓降輸出電路240則提供負電 壓-AVDD3。運算放大器201放大輸入信號251且輸出所放大的輸入信號251到揚聲器221，而 運算放大器202則放大輸入信號252且輸出所放大的輸入信號252到揚聲器222。圖3A是 已知的放大器電路100的放大輸入信號的示意圖。圖3B及圖3C是放大器電路200的放大 輸入信號的示意圖。在已知的放大器電路100中，運算放大器101及運算放大器102的電源 電壓是VDD及0伏特(V)。因此，運算放大器101及運算放大器102必須使用電壓1/2VDD 當作輸入信號放大的參考電壓，這不同於與揚聲器121及揚聲器122耦接的接地電壓0伏 特(V)。在放大器電路200中，運算放大器201及運算放大器202的電力由正電壓AVDDl及 負電壓-AVDD3供應。因此，運算放大器201及運算放大器202可使用接地電壓0伏特(V) 當作輸入信號放大的參考，這電壓等同於揚聲器221及揚聲器222耦接的接地電壓0伏特 (V)。因為放大器電路200沒有已知的放大器電路100的電壓差異問題，所以放大器電路 200不需要任何串行的電容器。電壓AVDDl是外加電壓。電壓-AVDD3是由另一個外加電壓VDD2所轉換的。圖4 是放大器電路200所執行的放大信號的方法的流程圖。圖4的流程描述負電壓-AVDD3的 產生與輸入信號251及輸入信號252的放大。圖4的流程開始於步驟410。首先，提供外加電壓AVDDl及外加電壓VDD2給放大 器電路200 (步驟410)。電荷泵230把正外加電壓VDD2轉換成負電壓-VDD2且提供此負電 壓-VDD2給低壓降輸出電路240 (步驟420)。電壓VDD2的絕對值與電壓-VDD2的絕對值相等。在本發明的某些其它實施例中，電荷泵230可導致負電壓的偏壓。在這種情況下， 電荷泵230所產生的負電壓的絕對值不等於外加電壓VDD2的絕對值，但是仍然實質上等於 外加電壓VDD2的絕對值。在本發明的某些其它實施例中，電荷泵230可依照預定比例轉換 外加電壓VDD2。在這種情況下，負電壓的絕對值與外加電壓VDD2的絕對值可以呈現此預定 比例。例如，電荷泵230所轉換的負電壓的絕對值可以是外加電壓VDD2的絕對值的一半。接著，低壓降輸出電路240濾除負電壓-VDD2的噪聲，然後提供濾波過的負電 壓-AVDD3給運算放大器201及運算放大器202 (步驟430)。低壓降輸出電路240所執行 的濾波增加運算放大器201及運算放大器202的電源抑制率(power supply rejection rate, PSRR)。上述濾波稍微改變負電壓-VDD2的準位。負電壓-AVDD3仍然實質上等於負 電壓-VDD2。在本發明的某些其它實施例中，可省略低壓降輸出電路240。在這種情況下， 電荷泵230直接提供負電壓-VDD2給運算放大器201及運算放大器202的負電源端。在本 發明的某些其它實施例中，可利用能過濾電源電壓的噪聲的任何其它的濾波電路來取代低 壓降輸出電路240。接著，提供接地參考電壓(OV)給運算放大器201及運算放大器202 (步驟435)。 接著，流程將進行到步驟440。運算放大器201接收且放大輸入信號251，然後提供所放大 的輸入信號251給揚聲器221。運算放大器202接收且放大輸入信號252，然後提供所放大的輸入信號252給揚聲器222。外加電壓AVDDl與外加電壓VDD2可相等。在這種情況下，電壓AVDDl與電 壓-AVDD3的絕對值實質上相等，如圖3B所示。另一方面，外加電壓AVDDl與外加電壓VDD2 可不同。例如，AVDDl可以是3伏特(V)且VDD2可以是1. 8伏特(V)，如圖3C所示。這種 不相等的外加電壓的特徵提供彈性與某些技術上的優點。例如，若兩個外加電壓必須相等 且兩個外加電壓的每一個是3伏特(V)，則運算放大器201及運算放大器202的兩個電源端 之間的6伏特(V)電壓可能對利用先進位程製造的閘極氧化層(gate oxide)產生高電壓 應力(high voltage stress)，並且永久損壞運算放大器的電晶體(transistor)。在圖3C 的例子中，由於不相等的外加電壓，所以運算放大器201及運算放大器202的兩個電源端之 間的電壓只有4. 8伏特(V)，這不會導致高電壓應力。綜上所述，放大器電路200接收兩個外加電壓，提供第一外加電壓給運算放大器 當作電源電壓，產生第二外加電壓所轉換的負電壓，然後提供此負電壓給運算放大器當作 另一個電源電壓。因此，上述運算放大器可使用接地電壓當作參考且不再需要串行的電容 器。移除電容器不只減少整個系統的面積及成本，而且還能消除惱人的充電噪聲以及電容 器的其它缺點。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域 中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明 的保護範圍當視權利要求範圍所界定的為準。
權利要求
一种放大器電路，包括一第一放大器，包括一第一端子、一第二端子以及一第三端子，其中所述第一端子耦接一第一外加電壓，所述第二端子耦接一負電壓，所述第三端子耦接一接地參考電壓；以及一電荷泵，耦接所述第一放大器，提供一第二外加電壓所轉換的所述負電壓。
2.如權利要求1所述的放大器電路，其中所述第一放大器還包括 一第四端子，接收一第一輸入信號；以及一第五端子，耦接一第一揚聲器。
3.如權利要求2所述的放大器電路，還包括一第二放大器，包括一第六端子、一第七端子、一第八端子、一第九端子以及一第十端 子，其中所述第六端子耦接所述第一外加電壓，所述第七端子耦接所述負電壓，所述第八端 子耦接所述接地參考電壓，所述第九端子接收一第二輸入信號，所述第十端子耦接一第二 揚聲器。
4.如權利要求3所述的放大器電路，其中所述第一揚聲器及所述第二揚聲器皆耦接所 述接地參考電壓。
5.如權利要求3所述的放大器電路，其中所述第一放大器放大所述第一輸入信號且輸 出放大的所述第一輸入信號到所述第一揚聲器，所述第二放大器放大所述第二輸入信號且 輸出放大的所述第二輸入信號到所述第二揚聲器。
6.如權利要求1所述的放大器電路，其中所述負電壓的絕對值等於所述第二外加電壓 的絕對值。
7.如權利要求1所述的放大器電路，其中所述負電壓的絕對值與所述第二外加電壓的 絕對值呈現一預定比例。
8.如權利要求1所述的放大器電路，其中所述第一外加電壓與所述第二外加電壓不相寸。
9.如權利要求1所述的放大器電路，還包括一濾波器，耦接在所述電荷泵與所述第一放大器之間，濾除所述負電壓的噪聲，然後提 供濾波過的所述負電壓給所述第一放大器。
10.如權利要求9所述的放大器電路，其中所述濾波器是低壓降輸出電路。
11.一种放大信號的方法，適用於一放大器電路，所述放大器電路具有一第一放大器， 所述放大信號的方法包括提供一第一外加電壓及一第二外加電壓給所述放大器電路； 提供所述第二外加電壓所轉換的一負電壓給所述第一放大器； 提供一接地參考電壓給所述第一放大器；以及放大所述第一放大器所接收的一第一輸入信號，且輸出放大的所述第一輸入信號。
12.如權利要求11所述的放大信號的方法，還包括放大所述放大器電路的一第二放大器所接收的一第二輸入信號，且輸出放大的所述第二輸入信號。
13.如權利要求12所述的放大信號的方法，還包括輸出放大的所述第一輸入信號到一第一揚聲器且輸出放大的所述第二輸入信號到一第二揚聲器。
14.如權利要求13所述的放大信號的方法，其中所述第一揚聲器及所述第二揚聲器皆 耦接所述接地參考電壓。
15.如權利要求11所述的放大信號的方法，其中所述負電壓的絕對值等於所述第二外 加電壓的絕對值。
16.如權利要求11所述的放大信號的方法，其中所述負電壓的絕對值與所述第二外加 電壓的絕對值呈現一預定比例。
17.如權利要求11所述的放大信號的方法，其中所述第一外加電壓與所述第二外加電 壓不相等。
18.如權利要求11所述的放大信號的方法，還包括濾除所述負電壓的噪聲，然後提供濾波過的所述負電壓給所述第一放大器及所述第二 放大器。
全文摘要
一种放大器電路以及放大信號的方法。此放大器電路包括第一放大器及電荷泵。第一放大器包括第一端子、第二端子以及第三端子。第一端子耦接第一外加電壓。第二端子耦接負電壓。第三端子耦接接地參考電壓。電荷泵耦接第一放大器，以便提供第二外加電壓所轉換的負電壓。
文檔編號H03F3/45GK101834574SQ20091025410
公開日2010年9月15日 申請日期2009年12月7日 優先權日2008年12月17日
發明者張擇亞, 楊沅翰, 鄭鈞元 申請人:京宏科技股份有限公司