用動態範圍增強來減少音頻系統中的音頻偽跡的系統及方法與流程

2023-05-01 02:25:02

相關申請交叉引用

本公開主張2014年10月6日遞交的美國非臨時專利申請號14/507,372的優先權，該案為2014年9月11日遞交的美國非臨時專利申請號14/483,659的接續案，各案全部內容以引用方式併入本文中。

本公開大體上涉及音頻設備電路，包括但不限於個人音頻設備，諸如無線電話和媒體播放器，更具體地，涉及用於增強音頻設備中的音頻信號路徑的動態範圍的系統及方法，同時減少當在動態範圍增強模式之間切換時音頻偽跡的存在。

背景技術：

個人音頻設備，包括無線電話，諸如行動電話/蜂窩電話、無繩電話、mp3播放器以及其他消費類音頻設備得到廣泛使用。這種個人音頻設備可包括電路系統，用於驅動一對耳機或一個或更多個揚聲器。這種電路系統通常包括功率放大器，用於驅動音頻輸出信號至耳機或揚聲器。

可能影響其適銷性及市場吸引力的個人音頻設備的一個特性是其音頻輸出信號的動態範圍。簡單地說，動態範圍是音頻輸出信號的最大值和最小值之比。增大動態範圍的一個方法是對功率放大器施加高增益。然而，存在於音頻輸出信號中的噪聲可能通常是放大器a1的增益的單調遞增函數，使得由於高增益放大器而導致的任何增大的動態範圍可能被可以有效地遮蔽較低強度音頻信號的信號噪聲抵消。

2013年11月19日提交的名稱為「音頻信號路徑的動態範圍的增強」並轉讓給本公開的申請人(cirruslogic,inc.)的美國專利申請號14/083,972(「』972申請」)公開了用於增強音頻信號路徑的動態範圍的方法及系統。在』972申請中，一種用於提供輸出信號給音頻換能器的裝置包括模擬信號路徑部分、數字-模擬轉換器(dac)和控制電路。模擬信號路徑部分具有用於接收模擬信號的音頻輸入、用於提供輸出信號的音頻輸出以及可選模擬增益，且可被配置為基於模擬信號並和可選模擬增益一致地生成輸出信號。dac具有可選數字增益，且可被配置為和可選數字增益一致地將數字音頻輸入信號轉換為模擬信號。控制電路可被配置為，基於表示輸出信號的信號幅度，根據一個或更多個增益模式來選擇可選模擬增益和選擇可選數字增益，且可選擇可選模擬增益和選擇可選數字增益以便通過整個信號路徑保持恆定增益，而與適用增益模式無關。

在』972申請的動態範圍增強架構以及類似架構中，dac可具有時延或群延遲和/或還可對可選數字增益施加瞬態響應，使得當在可選數字增益的兩個電平之間瞬時切換時，可選數字增益有效地施加於模擬輸入信號。在未對這種時延和瞬變過程進行校正的情況下，在輸出信號中可能存在毛刺，這可能使收聽者能感知到音頻偽跡。

技術實現要素：

根據本公開的教導，可以減少或消除與保持音頻信號路徑的高動態範圍的現有方法相關的一個或更多個缺點和問題。

根據本公開的實施例，一種用於提供輸出信號給音頻換能器的裝置可包括信號路徑和控制電路。信號路徑可包括模擬信號路徑部分和數位訊號路徑部分。模擬信號路徑部分可具有用於接收模擬輸入信號的音頻輸入、用於提供輸出信號的音頻輸出以及可選模擬增益，且可被配置為基於模擬輸入信號並和可選模擬增益一致地生成輸出信號。數位訊號路徑部分可具有可選數字增益，且可被配置為和可選數字增益一致地將數字音頻輸入信號轉換為模擬輸入信號。控制電路可被配置為響應於信號路徑的增益模式之間的切換指示，在第一模擬增益和第二模擬增益之間切換可選模擬增益，在第一數字增益和第二數字增益之間切換可選數字增益，其中第一模擬增益和第一數字增益的乘積約等於第二模擬增益和第二數字增益的乘積，並控制信號路徑的模擬響應以減少由於信號路徑的增益模式之間切換而導致存在輸出信號中的音頻偽跡的出現。

根據本公開的這些和其他實施例，一種方法可供信號路徑使用，該信號路徑包括模擬信號路徑部分，該模擬信號路徑部分具有用於接收模擬輸入信號的音頻輸入、用於提供輸出信號的音頻輸出以及可選模擬增益，且被配置為基於模擬輸入信號並和可選模擬增益一致地生成輸出信號，該信號路徑還包括數位訊號路徑部分，該數位訊號路徑部分具有可選數字增益，且被配置為和可選數字增益一致地將數字音頻輸入信號轉換為模擬輸入信號。該方法可包括響應於信號路徑的增益模式之間的切換指示，在第一模擬增益和第二模擬增益之間切換可選模擬增益，在第一數字增益和第二數字增益之間切換可選數字增益，其中第一模擬增益和第一數字增益的乘積約等於第二模擬增益和第二數字增益的乘積，並控制信號路徑的模擬響應以減少由於信號路徑的增益模式之間切換而導致存在輸出信號中的音頻偽跡的出現。

根據本公開的這些和其他實施例，一種個人音頻設備可包括音頻換能器、信號路徑和控制電路。音頻換能器可被配置為根據由音頻換能器接收到的輸出信號來生成聲音。信號路徑可耦合至音頻換能器，並可包括模擬信號路徑部分和數位訊號路徑部分。模擬信號路徑部分可具有用於接收模擬輸入信號的音頻輸入、用於提供輸出信號的音頻輸出以及可選模擬增益，且可被配置為基於模擬輸入信號並和可選模擬增益一致地生成輸出信號。數位訊號路徑部分可具有可選數字增益，且可被配置為和可選數字增益一致地將數字音頻輸入信號轉換為模擬輸入信號。控制電路可被配置為響應於信號路徑的增益模式之間的切換指示，在第一模擬增益和第二模擬增益之間切換可選模擬增益，在第一數字增益和第二數字增益之間切換可選數字增益，其中第一模擬增益和第一數字增益的乘積約等於第二模擬增益和第二數字增益的乘積，並控制信號路徑的模擬響應以減少由於信號路徑的增益模式之間切換而導致存在輸出信號中的音頻偽跡的出現。

根據本公開的這些和其他實施例，一種用於提供輸出信號給音頻換能器的裝置可包括信號路徑和控制電路。信號路徑可包括模擬信號路徑部分和數位訊號路徑部分。模擬信號路徑部分可具有用於接收模擬輸入信號的音頻輸入、用於提供輸出信號的音頻輸出以及可選模擬增益，且可被配置為基於模擬輸入信號並和可選模擬增益一致地生成輸出信號。數位訊號路徑部分可具有可選數控增益，且可被配置為和可選數控增益一致地將數字音頻輸入信號轉換為模擬輸入信號，數位訊號路徑部分包括調製器。調製器可包括正向路徑和反饋路徑。正向路徑可包括：環路濾波器，被配置為響應於數字音頻輸入信號和反饋信號而生成濾波信號；量化器，響應於濾波信號並被配置為生成量化信號；和第一增益元件，被配置為對正向路徑內的信號施加可選數控增益。反饋路徑可被配置為響應於量化信號而生成反饋信號，其中反饋路徑包括第二增益元件，該第二增益元件具有與可選數控增益成反比的增益。控制電路可被配置為響應於信號路徑的增益模式之間的切換指示，在第一模擬增益和第二模擬增益之間切換可選模擬增益，在第一數字增益和第二數字增益之間切換可選數控增益，其中第一模擬增益和第一數字增益的乘積約等於第二模擬增益和第二數字增益的乘積。

根據本公開的這些和其他實施例，一種方法可供信號路徑使用，該信號路徑包括模擬信號路徑部分，該模擬信號路徑部分具有用於接收模擬輸入信號的音頻輸入、用於提供輸出信號的音頻輸出以及可選模擬增益，且被配置為基於模擬輸入信號並和可選模擬增益一致地生成輸出信號，該信號路徑還包括數位訊號路徑部分，該數位訊號路徑部分具有可選數控增益，且被配置為和可選數控增益一致地將數字音頻輸入信號轉換為模擬輸入信號。該方法可包括通過數位訊號路徑部分的調製器的環路濾波器，響應於數字音頻輸入信號和反饋信號而生成濾波信號。該方法還可包括通過調製器的量化器，響應於濾波信號而生成量化信號。該方法還可包括對包括環路濾波器和量化器的調製器的正向路徑施加可選數控增益。該方法還可包括通過反饋路徑，響應於量化信號而生成反饋信號，其中生成反饋信號包括對量化信號施加與可選數控增益成反比的增益。該方法還可包括響應於信號路徑的增益模式之間的切換指示，在第一模擬增益和第二模擬增益之間切換可選模擬增益，在第一數字增益和第二數字增益之間切換可選數控增益，其中第一模擬增益和第一數字增益的乘積約等於第二模擬增益和第二數字增益的乘積。

根據本公開的這些和其他實施例，一種個人音頻設備可包括音頻換能器、信號路徑和控制電路。音頻換能器可被配置為根據由音頻換能器接收到的輸出信號來生成聲音。信號路徑可耦合至音頻換能器，並可包括模擬信號路徑部分和數位訊號路徑部分。模擬信號路徑部分可具有用於接收模擬輸入信號的音頻輸入、用於提供輸出信號的音頻輸出以及可選模擬增益，且可被配置為基於模擬輸入信號並和可選模擬增益一致地生成輸出信號。數位訊號路徑部分可具有可選數控增益，且可被配置為和可選數控增益一致地將數字音頻輸入信號轉換為模擬輸入信號，數位訊號路徑部分包括調製器。調製器可包括正向路徑和反饋路徑。正向路徑可包括：環路濾波器，被配置為響應於數字音頻輸入信號和反饋信號而生成濾波信號；量化器，響應於濾波信號並被配置為生成量化信號；和第一增益元件，被配置為對正向路徑內的信號施加可選數控增益。反饋路徑可被配置為響應於量化信號而生成反饋信號，其中反饋路徑包括第二增益元件，該第二增益元件具有與可選數控增益成反比的增益。控制電路可被配置為響應於信號路徑的增益模式之間的切換指示，在第一模擬增益和第二模擬增益之間切換可選模擬增益，在第一數字增益和第二數字增益之間切換可選數控增益，其中第一模擬增益和第一數字增益的乘積約等於第二模擬增益和第二數字增益的乘積。

根據本文中所包括的附圖、說明書和權利要求，本公開的技術優勢對於本領域技術人員而言非常明顯。將至少通過權利要求中特別指出的元件、特徵及組合能夠實現和達到所述實施例的目的和優點。

應當理解，上述一般性說明和下述詳細說明都僅僅作為示例及解釋，並不構成對本公開中所闡述的權利要求的限制。

附圖說明

通過結合附圖參照以下說明，可以獲得對本公開實施例及其優點的更完整理解，相同附圖標記表示相同特徵，其中：

圖1示出了根據本公開的實施例的示範性個人音頻設備；

圖2為根據本公開的實施例的個人音頻設備的示範性音頻集成電路的選定部件的方塊圖；

圖3為根據本公開的實施例用的在圖2所示的音頻集成電路內的增益控制電路的選定部件和可耦合至該增益控制電路的音頻集成電路的選定部件的方塊圖；

圖4a至圖4c為示範性曲線圖，示出了根據本公開的實施例的各種毛刺校正方法；

圖5示出了根據本公開的實施例的數字-模擬轉換器的示範性實施方案的方塊圖；

圖6為根據本公開的實施例的用在圖2所示的音頻集成電路內的增益控制電路的選定部件和可耦合至該增益控制電路的音頻集成電路的選定部件的方塊圖；

圖7為根據本公開的實施例用在圖6所示的數字-模擬轉換器內的調製器的方塊圖。

具體實施方式

根據本公開的實施例，一種用在音頻設備，如個人音頻設備((例如，行動電話、可攜式音樂播放器、平板計算機、個人數字助理等)中的集成電路可包括信號路徑，該信號路徑具有數位訊號路徑部分(例如，音頻壓縮器)和模擬信號路徑部分(例如，音頻擴展器)。數位訊號路徑部分可被配置為接收數字輸入信號(例如，數字音頻信號)，對數字輸入信號施加可選數字增益x，並和可選數字增益一致地將數字輸入信號(例如，經由數字-模擬轉換器)轉換為模擬信號。模擬信號路徑部分可被配置為接收模擬信號，並對模擬信號施加(例如，通過模擬放大器)可選模擬增益k/x以生成輸出信號，其中該輸出信號可被傳遞給揚聲器進行回放和/或給其他電路系統進行處理。可選模擬增益的分子k可為定義信號路徑的總累積增益的常數。耦合至信號路徑的控制電路可以能夠對可選數字增益和可選模擬增益進行修改，例如，以使信號路徑的動態範圍最大化。例如，基於對輸出信號或信號路徑內表示輸出信號的另一個信號的分析，控制電路可選擇可選數字增益的值以及可選模擬增益的相應值。因此，對於輸出信號的較低幅度，控制電路可選擇較高可選數字增益和較低可選模擬增益，對於輸出信號的較高幅度，控制電路可選擇較低可選數字增益和較高可選模擬增益。這種可選增益可允許信號路徑將其動態範圍增大至較低幅度信號，同時防止不良影響，諸如較高幅度信號的信號削波。在操作中，控制電路還可被配置為基於表示輸出信號的信號的幅度，預測用於改變可選數字增益和可選模擬增益的條件，並響應於預測該條件的出現，在表示輸出信號的信號的過零點出現的近似時刻處改變可選數字增益和可選模擬增益。

上述集成電路可用在任何合適的系統、設備或裝置中，包括但不限於個人音頻設備。圖1示出了根據本公開的實施例的示範性個人音頻設備1。圖1描繪了耦合至以一對耳塞式揚聲器8a和8b形式的耳機3的個人音頻設備1。圖1所示的耳機3僅僅作為示例，且應當理解，個人音頻設備1可與各種音頻換能器結合使用，包括但不限於耳機、耳塞、入耳式耳機和外部揚聲器。插塞4可為耳機3與個人音頻設備1的電氣端子連接而設。個人音頻設備1可向用戶提供顯示並使用觸控螢幕2來接收用戶輸入，或可選地，標準液晶顯示器(lcd)可與設置在個人音頻設備1的正面和/或側面上的各種按鈕、滑塊和/或撥號盤相結合。還如圖1所示，個人音頻設備1可包括音頻集成電路(ic)9，用於生成傳輸給耳機3和/或另一個音頻換能器的模擬音頻信號。

圖2為根據本公開的實施例的個人音頻設備的示範性音頻ic9的選定部件的方塊圖。如圖2所示，微控制器內核18可提供數字音頻輸入信號dig_in給增益元件12以對數字輸入信號dig_in施加由增益控制電路20選擇的可選數字增益x。經放大的數字音頻輸入信號可被傳遞給數字-模擬轉換器(dac)14，該數字-模擬轉換器(dac)14可將數字音頻輸入信號轉換為模擬信號vin。增益元件12和dac方塊14一起在這裡可以指自數字音頻輸入信號dig_in的輸入節點至輸出電壓信號vout的輸出節點的信號路徑的數位訊號路徑部分。在相關技術中，增益元件12和dac方塊14有時可以指音頻壓縮器。

dac方塊14可提供模擬信號vin給放大器級16，該放大器級16可和可選模擬增益k/x一致地對音頻輸入信號vin進行放大或衰減以提供音頻輸出信號vout，該音頻輸出信號vout可引起揚聲器、耳機換能器、行電平信號輸出和/或其他合適的輸出。如圖2所示的放大器級16在這裡可以指自數字音頻輸入信號dig_in的輸入節點至輸出電壓信號vout的輸出節點的信號路徑的模擬信號路徑部分。在相關技術中，放大器級16有時可以指音頻擴展器。電容器co可被用來將輸出信號耦合至換能器或行電平輸出，尤其是在用具有基本上不同於接地的靜態電壓的單極電源供應器操作放大器級16的情況下。電源供應器10可提供放大器級16的供電軌道輸入。

如圖2所示，音頻ic9可包括增益控制電路20，該增益控制電路20被配置為基於數字音頻輸入信號dig_in，控制增益元件12的可選數字增益x和放大器級16的可選模擬增益k/x。在存在音量控制的實施例中，響應於用戶界面、音量旋鈕編碼器或程序命令或其他合適的機構，可從微控制器或其他數控電路提供音量控制信號。

以音頻ic9的動態範圍增強功能為例，當數字音頻輸入信號dig_in相對於該數字音頻輸入信號的滿量程電壓在零分貝(0db)處或零分貝(0db)附近時，增益控制電路20可選擇可選數字增益的第一數字增益(例如，x1)和可選模擬增益的第一模擬增益(例如，k/x1)。然而，如果數字音頻輸入信號dig_in的幅度相對於數字音頻輸入信號dig_in的滿量程電壓低於特定預定閾值幅度(例如，-20db)，那麼增益控制電路20可選擇可選擇數字增益中大於第一數字增益的第二數字增益(例如，x2)(例如，x2>x1)和可選擇模擬增益中小於第二模擬增益的第二模擬增益(例如，k/x2)(例如，k/x2<k/x1)。在每種情況下，可選數字增益和可選模擬增益的累積固定路徑增益(例如，k)可能基本上恆定(例如，在音頻ic9的製造公差和/或操作公差內相同)。在一些實施例中，k可能約等於1，使得累積路徑增益為單位增益。與數字增益和模擬增益為靜態的方法相比，數字增益和模擬增益的這種改變可以增大音頻ic9的動態範圍，因為它可以減少注入至音頻輸出信號vout中的噪聲，該噪聲可能通常是放大器級16的模擬增益的單調遞增函數。雖然這種噪聲對於較高幅度音頻信號(例如，相對於滿量程電壓在0db處或0db附近)可以忽略，但是這種噪聲的存在對於較低幅度音頻信號(例如，相對於滿量程電壓在-20db或更低分貝處或-20db或更低分貝附近)可能變得明顯。通過在放大器級16處對於較小信號幅度施加較小模擬增益，可以減少注入至音頻輸出信號vout中的噪聲量，同時根據數字音頻輸入信號dig_in，通過對增益元件12施加與模擬增益成反比的數字增益，可以保持音頻輸出信號vout的信號電平。

圖3為根據本公開的實施例用在音頻ic9內的示範性增益控制電路20的選定部件和可耦合至增益控制電路20的音頻ic9的選定部件的方塊圖。

如圖3所示，放大器級16可包括運算放大器22和多個電阻器28(例如，28a-28d)，使得可選模擬增益分別由電阻器28a、28b、28c和28d的電阻r1、r2、r3和r4設定。例如，在由圖3表示的實施例中，電阻器28b可具有可變電阻r2。在這種實施例中，電阻器28b可包括開關電阻器網絡，該開關電阻器網絡包括電阻器串，該電阻器串具有多個抽頭，每個抽頭耦合至對應開關。為了對放大器級16施加期望可選模擬增益，這種開關可以選擇性地斷開和閉合以在運算放大器22的負輸入和運算放大器22的輸出之間產生有效電阻r2，其中運算放大器22的可選模擬增益是基於這種有效電阻r2。雖然圖3描繪了用於提供放大器級16的模擬增益的特定架構，但是根據本公開，可以應用其他合適的架構。

還如圖3所示，增益控制電路20可包括電平檢測電路42、比較器方塊46、信號跟蹤方塊47、過零檢測電路48、毛刺校正電路44、增益校準電路52、偏移校準電路54和增益控制狀態機50。電平檢測電路42可包括任何合適的系統、設備或裝置，用於接收數字音頻輸入信號dig_in(或其導數)，判定這種信號的幅度，並輸出表示這種幅度的信號。比較器方塊46可比較電平檢測電路42的輸出信號與n個預定閾值幅度，其中n為正整數，並基於這種比較，輸出表示音頻輸出信號vout的期望幅度是大於還是小於這種預定閾值幅度中的每個預定閾值幅度的信號comp_out(其可包括n個比特)。在一些實施例中，這種預定閾值幅度可以相對於數字音頻輸入信號dig_in和/或音頻輸出信號vout的滿量程電壓。在一些實施例中，比較器方塊46可以實現滯後，使得信號comp_out或其比特的躍遷(transition)可能僅出現在電平檢測方塊42的輸出信號在最小持續時間內(例如，0.1秒，以使任何切換偽跡在人類能感知到的音頻範圍之外)仍保持高於或低於預定閾值幅度時才躍遷。

過零檢測電路48可包括任何合適的系統、設備或裝置，用於檢測數字音頻輸入信號dig_in(或其導數)的過零點的出現並輸出表示這種信號已經出現過零點的信號zero_detect。當信號的波形越過零幅度或越過在零閾值內且表示過零點的另一個電平(例如，小於-70db或在零的少量最小有效位內的低信號電平)時，這種信號的過零點可能出現。

信號跟蹤方塊47可包括任何合適的系統、設備或裝置，用於跟蹤音頻信號的特定參數，包括但不限於這種音頻信號和/或這種音頻信號的信號包絡的多個峰值，並基於此，生成表示這種被跟蹤參數的輸出信號tracking。

毛刺校正電路44可包括任何合適的系統、設備或裝置，用於校正增益元件12的輸出和放大器級16的輸入之間的時延或群延遲。這種毛刺校正可以解釋增益元件12的可選數字增益的變化，其需要時延以傳播到可施加相應可選模擬增益的放大器級16。在沒有這種校正的情況下，時延或群延遲可引起在信號路徑的輸出處出現音頻偽跡。因此，如圖3所示，毛刺校正電路44可接收模擬輸入信號vin和數字音頻輸入信號dig_in以判定這種信號之間的時延和/或數字音頻輸入信號dig_in和模擬輸入信號vin之間的信號路徑的瞬態響應，並基於此，生成表示這種時延和/或瞬態響應的信號glitch並傳遞給增益控制狀態機50。基於信號glitch，增益控制狀態機50可控制增益元件12的可選數字增益x和放大器級16的可選模擬增益k/x的施加，以減少或消除由這種時延和/或瞬態響應引起的毛刺。在一些實施例中，毛刺控制電路44和/或增益控制狀態機50可通過控制信號路徑的模擬響應來減少毛刺，以減少由於信號路徑的增益模式之間切換而導致存在輸出信號中的音頻偽跡的出現，下文參照圖4a、圖4b、圖4c和圖5進行進一步說明。

增益校準電路52可包括任何合適的系統、設備或裝置，用於校正放大器級16的非理想增益。由於放大器級16的非理想因素(例如，溫度變化、工序公差等)，放大器級16的實際增益可能不同於由增益控制狀態機50判定的增益和/或基於電阻r1、r2、r3和r4的標稱值而計算出的理想增益的期望電平的增益。因此，增益校準電路52可判定放大器級16的實際增益並輸出表示這種實際增益的信號gain_cal，增益控制狀態機50可在選擇可選數字增益中對非理想因素進行校正。

偏移校準電路54可包括任何合適的系統、設備或裝置，用於校正放大器級16的偏移。舉例而言，由於放大器級16的非理想因素(例如，溫度變化、工序公差等)，運算放大器22可包括與與放大器級16相關聯的期望接地或共模電壓的輕微偏移26，這可能影響信號輸出vout。因此，偏移校準電路54可判定放大器級16的偏移26並輸出信號offset_cal，該信號offset_cal可被傳遞給dac方塊14的偏移方塊32，使得dac方塊14可校準這種模擬偏移。

增益控制狀態機50可接收信號comp_out、tracking、zero_detect、glitch和/或gain_cal，並基於這種信號中的一個或更多個信號，生成可選數字增益和可選模擬增益，在本公開中另外進行更詳細說明。例如，當數字音頻輸入信號dig_in的幅度從高於預定閾值幅度(例如，-24db)躍遷為低於該預定閾值幅度時，信號comp_out可表示這種躍遷，並作為響應，增益控制狀態機50可以等待，直至出現過零點(由信號zero_detect表示)，之後，它可使dac方塊14以相同的量增大可選數字增益和減小可選音頻增益。通過在數字音頻輸入信號dig_in(或其導數)的過零點處改變可選數字增益和可選模擬增益，該改變以及與該改變相關聯的任何聽覺偽跡可以被遮蔽，因此對於包括音頻ic9的音頻設備的收聽者而言不明顯或不太明顯。

又如，當數字音頻輸入信號dig_in的幅度的總和從低於預定閾值幅度(例如，-24db)躍遷為高於該預定閾值幅度時，信號comp_out可表示這種躍遷，並作為響應，增益控制狀態機50可使dac方塊14以相同的量減小可選數字增益和增大可選模擬增益。然而，當躍遷為較低數字增益模式時，等待輸出信號的過零點可能不可取，因為從低於該預定閾值幅度躍遷為高於該預定閾值幅度可能隨即導致音頻信號的削波。因此，可能需要預測數字音頻輸入信號dig_in的幅度是否有可能越過這種預定閾值，並根據這種預測切換可選數字增益和可選模擬增益，該切換發生在數字音頻輸入信號dig_in越過預定閾值之前出現數字音頻輸入信號dig_in的過零點時。通過應用這種預測技術，增益控制方塊20可便於在增益模式之間切換以增大動態範圍，同時減少音頻偽跡。

圖4a至圖4c為示範性曲線圖，示出了根據本公開的實施例可被增益控制電路20採用的示範性毛刺校正方法。圖4a描繪了增益控制電路20未執行毛刺校正的方法。在這種方法中，可選數字增益x可在時刻t1改變。由於在數字音頻輸入信號dig_in和模擬輸入信號vin之間的信號路徑中的時延，施加於模擬輸入信號vin的有效數字增益xeff可能由於可選數字增益x而延遲和/或可能具有瞬態響應，該瞬態響應上升(或在當可選數字增益x從較高值變為較低值時的情況下下降)直至時刻t2。增益控制電路20可在時刻t2施加可選模擬增益k/x的相應變化。因此，有效累積路徑增益xeff·k/x在時刻t1和t2之間可能受到相當大的毛刺402a，這意味著該累積路徑增益不具有在信號路徑中可能期望的固定增益。

如圖4b所示，在一些實施例中，增益控制電路20可通過控制可選模擬增益k/x的變化來減少毛刺，使得它在模擬輸入信號vin處有效數字增益xeff的瞬態響應期間的時刻t2』出現。雖然時刻t2』在圖4b中示出為在有效數字增益xeff的瞬態響應的大致中間處出現，但是增益控制電路20可使可選模擬增益k/x在有效數字增益xeff的瞬態響應期間的任何部分改變。由於控制可選模擬增益k/x的變化使得它在有效數字增益xeff的瞬態響應期間的時刻t2』出現，所以有效累積路徑增益xeff·k/x仍可能受到毛刺402b，但是在相關音頻帶寬(例如，24khz)中的累計毛刺能量相比於毛刺402a的毛刺能量可能明顯要小，從而可導致收聽者能感知到的音頻偽跡減少。

如圖4c所示，在一些實施例中，增益控制電路20可通過控制可選模擬增益k/x的變化來減少毛刺，使得它在一段時間內(例如，在有效數字增益xeff的瞬態響應的有效部分內)出現。在實施例的一些中，當在該段時間內從第一模擬增益切換為第二模擬增益時，增益控制電路20可對可選模擬增益施加反向階躍響應濾波器，使得可選模擬增益k/x從第一模擬增益逐階躍遷到第二模擬增益。在施加反向階躍響應濾波器中，當在第一模擬增益和第二模擬增益之間切換時，增益控制電路20可對可選模擬增益施加有效數字增益xeff的瞬態響應的近似倒數。由於圖4c所示的方法，有效累積路徑增益xeff·k/x仍可能受到毛刺402c，但是這種毛刺402c的幅度相比於毛刺402a的幅度可能明顯要小，從而可導致能感知到的音頻偽跡減少。

圖5示出了根據本公開的實施例的dac方塊14的示範性實施方案的方塊圖。如圖5所示，dac方塊14可包括dac15、耦合在接地和開關節點之間的電容器21、耦合在dac15的輸出和開關節點之間的開關17以及耦合在dac15的輸入和開關節點之間的開關19。當增益模式之間未發生變化時，增益控制電路20可啟動開關19，將輸入耦合至開關節點。另一方面，當增益模式之間發生變化時，增益控制電路20可啟動開關17，將輸出耦合至開關節點。在增益模式之間發生變化期間啟動開關17的作用是在啟動開關17的該段時間內對dac15內的調製器和/或dac15本身中至少一者的模擬響應進行修改。例如，開關17的啟動可在該段時間內為dac15的低通濾波器加設旁路。dac15內的調製器和/或dac15本身的模擬響應的這種重構可以減少數字音頻輸入信號dig_in和模擬輸入信號vin之間的時延和/或減小在模擬輸入信號vin處有效數字增益xeff的瞬態持續時間，從而減少毛刺。

圖6為根據本公開的實施例用在圖2所示的音頻集成電路內的增益控制電路的選定部件和可耦合至該增益控制電路的音頻集成電路的選定部件的方塊圖。除了dac方塊14被dac方塊14a取代，圖6的拓撲結構類似於圖3的拓撲結構，且增益元件12已經被放置在dac方塊14a的調製器31內。

圖7為根據本公開的實施例用在dac方塊14a內的調製器31的方塊圖。如圖7所示，dac方塊14a可包括正向路徑，該正向路徑包括：環路濾波器34，被配置為響應於數字音頻輸入信號dig_in和反饋信號而生成濾波信號(例如，基於等於數字音頻輸入信號和反饋信號之差的誤差信號)；量化器36，響應於濾波信號並被配置為生成量化信號；和增益元件12(例如，接合在環路濾波器34和量化器36之間)，被配置為對正向路徑內的信號施加可選數控增益x。dac方塊14a還可包括反饋路徑，該反饋路徑被配置為響應於量化信號而生成反饋信號，其中該反饋路徑包括增益元件38，該增益元件38具有與增益元件12的可選數控增益成反比的增益1/x。通過在dac方塊14a的調製器31內移動增益元件12(相對於在dac方塊14之前，如圖3所示)，可選數控增益x的響應的瞬態持續時間可以更短，這相比於圖3所示的拓撲結構可以減少輸出信號vout上的毛刺。

雖然如本文中所述的各種系統及方法僅考慮到在個人音頻設備的音頻信號路徑中的音頻偽跡的減少，但是此處的系統及方法還可應用於任何其他音頻系統，包括但不限於家庭音頻系統、劇院、汽車音頻系統、現場表演等。

本領域普通技術人員應當明白，本公開包括對於本文中示範性實施例的所有更改、替換、變動、變形和修改。同樣地，本領域普通技術人員應當明白，在適當的情況下，所附權利要求包括對於本文中示範性實施例的所有更改、替換、變動、變形和修改。此外，在所附權利要求中對於裝置或系統或裝置或系統中的部件的引用包括所述裝置、系統或部件，所述裝置、系統或部件適應執行特定功能，被安排為執行特定功能，可執行特定功能，被構成為執行特定功能，能夠執行特定功能，可操作為執行特定功能或操作為執行特定功能，無論它或所述特定功能是否啟動、打開或開啟，只要所述裝置、系統或部件適應執行特定功能，被安排為執行特定功能，可執行特定功能，被構成為執行特定功能，能夠執行特定功能，可操作為執行特定功能或操作為執行特定功能。

本文中陳述的所有實例和條件性語言旨在教導目的，以幫助讀者理解本發明及發明者深化技術所提供的概念，且被解釋為並不限於這種具體陳述的實例和條件。雖然已經對本發明的實施例進行詳細說明，但是應當理解，在不脫離本公開的精神和範圍的情況下，可對本發明的實施例進行各種更改、替換和變形。

權利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種用於提供輸出信號給音頻換能器的裝置，該裝置包括：

信號路徑，包括：

模擬信號路徑部分，具有用於接收模擬輸入信號的音頻輸入、用於提供所述輸出信號的音頻輸出以及可選模擬增益，且被配置為基於所述模擬輸入信號並和所述可選模擬增益一致地生成所述輸出信號；以及

數位訊號路徑部分，具有可選數控增益且被配置為和所述可選數控增益一致地將數字音頻輸入信號轉換為所述模擬輸入信號，所述數位訊號路徑部分包括調製器，其中所述調製器包括：

正向路徑，包括：

環路濾波器，被配置為響應於所述數字音頻輸入信號和反饋信號而生成濾波信號；以及

量化器，響應於所述濾波信號並被配置為生成量化信號；以及

反饋路徑，被配置為響應於所述量化信號而生成所述反饋信號，其中所述反饋路徑包括第一增益元件，該第一增益元件具有可選第一數控增益，使得所述調製器的信號增益與所述可選模擬增益成反比；以及

控制電路，被配置為響應於所述信號路徑的增益模式之間的切換指示：

在第一模擬增益和第二模擬增益之間切換所述可選模擬增益；以及

在第一數字增益和第二數字增益之間切換所述可選第一數控增益，

其中所述模擬信號路徑部分和所述數位訊號路徑部分中的至少一者還被配置為修改所述模擬音頻信號的響應以減少由於所述可選數字增益的變化而出現的濾波效應。

2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述環路濾波器被配置為基於等於所述數字音頻輸入信號和所述反饋信號之差的誤差信號而生成所述濾波信號。

3.根據權利要求1所述的裝置，其中所述正向路徑還包括第二增益元件，該第二增益元件具有與所述可選第一數控增益成反比的可選第二數控增益。

4.根據權利要求3所述的裝置，其中所述第二增益元件接合在所述環路濾波器和所述量化器之間。

5.根據權利要求1所述的裝置，其中所述信號路徑的增益模式之間的切換指示包括表示所述輸出信號的信號的幅度的閾值交叉點。

6.根據權利要求1所述的裝置，其中所述第一模擬增益和所述第一數字增益的乘積約等於所述第二模擬增益和所述第二數字增益的乘積。

7.一種方法，包括，在信號路徑中，該信號路徑包括模擬信號路徑部分，該模擬信號路徑部分具有用於接收模擬輸入信號的音頻輸入、用於提供輸出信號的音頻輸出以及可選模擬增益且被配置為基於所述模擬輸入信號並和所述可選模擬增益一致地生成所述輸出信號，該信號路徑還包括數位訊號路徑部分，該數位訊號路徑部分具有可選數控增益且被配置為和所述可選數控增益一致地將數字音頻輸入信號轉換為所述模擬輸入信號：

通過所述數位訊號路徑部分的調製器的環路濾波器，響應於所述數字音頻輸入信號和反饋信號，生成濾波信號；

通過所述調製器的量化器，響應於所述濾波信號，生成量化信號；

通過反饋路徑，響應於所述量化信號，生成所述反饋信號，其中生成所述反饋信號包括對所述量化信號施加可選第一數控增益，使得所述調製器的信號增益與所述可選模擬增益成反比；並

響應於所述信號路徑的增益模式之間的切換指示：

在第一模擬增益和第二模擬增益之間切換所述可選模擬增益；以及

在第一數字增益和第二數字增益之間切換所述可選第一數控增益；以及

修改所述模擬音頻信號的響應以減少由於所述可選數字增益的變化而出現的濾波效應。

8.根據權利要求7所述的方法，其中生成所述濾波信號包括基於等於所述數字音頻輸入信號和所述反饋信號之差的誤差信號而生成所述濾波信號。

9.根據權利要求7所述的方法，還包括對包括所述環路濾波器和所述量化器的所述調製器的正向路徑施加第二可選數控增益，其中所述第二數控增益與所述可選第一數控增益成反比。

10.根據權利要求9所述的方法，其中所述第二可選數控增益施加在所述環路濾波器和所述量化器之間。

11.根據權利要求7所述的方法，其中所述信號路徑的增益模式之間的切換指示包括表示所述輸出信號的信號的幅度的閾值交叉點。

12.根據權利要求7所述的方法，其中所述第一模擬增益和所述第一數字增益的乘積約等於所述第二模擬增益和所述第二數字增益的乘積。

13.一種個人音頻設備，包括：

音頻換能器，被配置為根據由所述音頻換能器接收到的輸出信號來生成聲音；

信號路徑，耦合至所述音頻換能器，其中所述信號路徑包括：

模擬信號路徑部分，具有用於接收模擬輸入信號的音頻輸入、用於提供所述輸出信號的音頻輸出以及可選模擬增益，且被配置為基於所述模擬輸入信號並和所述可選模擬增益一致地生成所述輸出信號；以及

數位訊號路徑部分，具有可選數控增益且被配置為和所述可選數控增益一致地將數字音頻輸入信號轉換為所述模擬輸入信號，所述數位訊號路徑部分包括調製器，其中所述調製器包括：

正向路徑，包括：

環路濾波器，被配置為響應於所述數字音頻輸入信號和反饋信號而生成濾波信號；以及

量化器，響應於所述濾波信號並被配置為生成量化信號；以及

反饋路徑，被配置為響應於所述量化信號而生成所述反饋信號，其中所述反饋路徑包括第一增益元件，該第一增益元件具有可選第一數控增益，使得所述調製器的信號增益與所述可選模擬增益成反比；以及

控制電路，被配置為響應於所述信號路徑的增益模式之間的切換指示：

在第一模擬增益和第二模擬增益之間切換所述可選模擬增益；以及

在第一數字增益和第二數字增益之間切換所述可選第一數控增益，

其中所述模擬信號路徑部分和所述數位訊號路徑部分中的至少一者還被配置為修改所述模擬音頻信號的響應以減少由於所述可選數字增益的變化而出現的濾波效應。

14.根據權利要求13所述的個人音頻設備，其中所述環路濾波器被配置為基於等於所述數字音頻輸入信號和所述反饋信號之差的誤差信號而生成所述濾波信號。

15.根據權利要求13所述的個人音頻設備，其中所述正向路徑還包括第二增益元件，該第二增益元件具有與所述可選第一數控增益成反比的可選第二數控增益。

16.根據權利要求15所述的個人音頻設備，其中所述第二增益元件接合在所述環路濾波器和所述量化器之間。

17.根據權利要求13所述的個人音頻設備，其中所述信號路徑的增益模式之間的切換指示包括表示所述輸出信號的信號的幅度的閾值交叉點。

18.根據權利要求13所述的個人音頻設備，其中所述第一模擬增益和所述第一數字增益的乘積約等於所述第二模擬增益和所述第二數字增益的乘積。