信號放大電路及信號放大方法與流程

2023-10-30 23:35:52 1

本申請是基於申請號為201010167168.3、進入中國國家階段日為2010年4月23日、申請人為英特爾公司、發明名稱為「信號放大電路及信號放大方法」的發明提出的分案申請。

本發明是有關於一種信號放大電路，特別是有關於一種可避免音頻放大器產生爆音(popnoise)的音頻信號放大電路。

背景技術：

音頻放大器廣泛使用於多媒體電子產品內，其可對音頻輸入信號進行放大，並根據放大後的音頻信號產生輸出電流或輸出電壓，以驅動揚聲器(speaker)來產生聲音。一般而言，揚聲器的負載值很小，因此音頻放大器需要提供較大的輸出電壓或是輸出電流才能驅動揚聲器。

音頻放大器在電源開啟或電源關閉時，若音頻輸入信號由無到有或由有到無的過程之中轉換不夠平滑，往往會產生令使用者不舒服的爆音。舉例而言，當音頻放大器的開啟或關閉時間點是發生在音頻輸入信號具有最大值或最小值時，則瞬間產生的大輸出信號將會通過揚聲器產生擾人的爆音。

因此，需要一種可避免音頻放大器產生爆音的控制電路及其控制方法。

技術實現要素：

本發明提供一種信號放大電路。上述信號放大電路包括：信號放大器以及控制電路。其中上述控制電路包括：比較單元，用以對上述信號放大器的輸入信號以及參考信號進行比較，以產生比較信號；以及暫存單元，用以接收欲傳送至上述信號放大器的控制信號，並且暫存上述控制信號，以及當上述比較信號改變時，根據暫存的上述控制信號提供暫存信號至上述信號放大器。

再者，本發明提供一種信號放大方法，適用於信號放大器。首先，接收欲傳送至上述信號放大器的控制信號，並且暫存上述控制信號。接著，對上述信號放大器的輸入信號以及一參考信號進行比較，以產生比較信號。當上述比較信號改變時，根據暫存的上述控制信號提供暫存信號至上述信號放大器。

附圖說明

圖1是顯示根據本發明一實施例所述的信號放大電路；

圖2是顯示圖1中信號放大電路的波形圖；

圖3是顯示根據本發明另一實施例所述的信號放大電路；

圖4是顯示圖3中信號放大電路的波形圖；

圖5是顯示根據本發明另一實施例所述的信號放大電路；

圖6是顯示根據本發明另一實施例所述的信號放大電路；以及

圖7是顯示根據本發明一實施例所述的一種控制方法，用以避免一音頻放大器產生爆音。

[主要元件標號說明]

10、50～音頻放大器；20～揚聲器；

30～運算放大器；100、200、300、400～控制電路；

110～比較單元；120～暫存單元；

130、140、330～觸發器；150～比較器；

310～計數單元；320～計數器；

340、350～多工器；c～電容；

clr～清除信號；gain、pd～控制信號；

gnd～接地端；r1、r3～電阻；

r2、r4～可變電阻；sc～比較信號；

sel～選擇信號；sgain、spd～暫存信號；

sh～信號；sw1、sw2、sw3、sw4～開關；

vcom～共模信號；

vin、vinn、vinp～音頻輸入信號；以及

vout～音頻輸出信號。

具體實施方式

為讓本發明的上述和其它目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

實施例：

圖1是顯示根據本發明一實施例所述的信號放大電路，其包括音頻放大器10以及控制電路100。在圖1中，音頻放大器10為單端式音頻放大器，其可根據可變電阻r2對電阻r1的比例對音頻輸入信號vin進行放大，並產生音頻輸出信號vout至電容c以驅動揚聲器20。音頻放大器10包括運算放大器(operationalamplifier，op)30、兩開關sw1及sw2、電阻r1以及可變電阻r2。開關sw1耦接於電阻r1以及運算放大器30的負輸入端之間，而開關sw2耦接於可變電阻r2以及運算放大器30的負輸入端之間。此外，運算放大器30的正輸入端耦接於共模信號vcom，其中共模信號vcom為運算放大器30的共模接地(common-modeground)電壓或是交流電(alternatingcurrent，ac)接地電壓。控制電路100包括比較單元110以及暫存單元120。比較單元110使用比較器150對音頻輸入信號vin以及共模信號vcom進行比較，並產生比較信號sc。在此實施例中，雖然比較器150的正輸入端接收音頻輸入信號vin而比較器150的負輸入端接收共模信號vcom，然其並非用以限定本發明。暫存單元120包括兩觸發器130及140(例如：d型觸發器、t型觸發器或其它等效電路)。在此實施例中，觸發器130及觸發器140的種類以及信號之間的連接關係僅是個例子，然其並非用以限定本發明。觸發器130及觸發器140的時鐘端耦接於比較單元110，用以接收比較信號sc。此外，觸發器130的輸入端接收控制信號pd，而觸發器140的輸入端接收控制信號gain。

圖2是顯示圖1中信號放大電路的波形圖。同時參考圖1以及圖2，當音頻輸入信號vin大於共模信號vcom時，比較信號sc會輸出邏輯電平「1」。反之，當音頻輸入信號vin小於共模信號vcom時，比較信號sc會輸出邏輯電平「0」。因此，當音頻輸入信號vin慢慢增加並超過共模信號vcom時，比較信號sc會由邏輯電平「0」變換成邏輯電平「1」，如圖2的時間點t2、t5與t7所顯示。當音頻輸入信號vin慢慢減少並低於共模信號vcom時，比較信號sc會由邏輯電平「1」變換成邏輯電平「0」，如圖2的時間點t3與t6所顯示。在時間點t2時，比較信號sc會由邏輯電平「0」變換成邏輯電平「1」，於是觸發器130會根據控制信號pd提供具有邏輯電平「0」的暫存信號spd至音頻放大器10，以便開啟運算放大器30並導通開關sw1及開關sw2。同時地，觸發器140會根據控制信號gain提供具有內容值「a」的暫存信號sgain至音頻放大器10，以便調整可變電阻r2的電阻值。接著，音頻放大器10會根據可變電阻r2對電阻r1的比例對音頻輸入信號vin進行放大，並產生音頻輸出信號vout以驅動揚聲器20。雖然控制信號pd以及控制信號gain是在音頻輸入信號vin的最小值時(如時間點t1所顯示)所輸入，然而控制電路100會在音頻輸入信號vin接近共模信號vcom時才開啟音頻放大器10，於是可避免爆音的發生。相似地，當控制信號pd欲控制音頻放大器10關閉時，控制電路100亦會在音頻輸入信號vin接近共模信號vcom時才關閉音頻放大器10，如時間點t7所顯示。此外，在時間點t5時，觸發器140會根據控制信號gain提供具有內容值「d」的暫存信號sgain至音頻放大器10，以便增加可變電阻r2的電阻值。接著，音頻放大器10會根據可變電阻r2對電阻r1的比例來提供音頻輸出信號vout，以驅動揚聲器20。雖然控制信號gain是在音頻輸入信號vin的最大值時(如時間點t4所顯示)進行改變，然而控制電路100會在音頻輸入信號vin接近共模信號vcom時才調整音頻放大器10的增益，於是可避免爆音的發生。此外，在一實施例中，比較單元110還可包括其它相關電路，用以於比較信號sc從邏輯電平「0」變換成邏輯電平「1」或從邏輯電平「1」變換成邏輯電平「0」時產生一脈衝信號至觸發器130及觸發器140的時鐘端，以便能更快速地控制及調整音頻放大器10。

圖3是顯示根據本發明另一實施例所述的信號放大電路，其包括音頻放大器50以及控制電路200。相較於圖1中的音頻放大器10，音頻放大器50為一差動式音頻放大器，其中音頻輸入信號vinp與音頻輸入信號vinn為運算放大器30的差動對輸入信號。此外，音頻放大器50還包括兩開關sw3與sw4、電阻r3以及可變電阻r4，其中開關sw3耦接於電阻r3以及運算放大器30的正輸入端之間，而開關sw4耦接於可變電阻r4以及運算放大器30的正輸入端之間。一般而言，電阻r1與電阻r3具有相同的電阻值，而可變電阻r2以及可變電阻r4具有相同的電阻值。此外，值得注意的是，相較於圖1中控制電路100的比較器150，控制電路200內的比較器150對音頻輸入信號vinp以及音頻輸入信號vinn進行比較而產生比較信號sc。參考圖4，圖4是顯示圖3中信號放大電路的波形圖。通過比較差動對輸入信號vinp以及vinn，控制電路200可在音頻輸入信號vinp以及音頻輸入信號vinn接近共模信號vcom時(即音頻輸入信號vinp與音頻輸入信號vinn交叉時)，才開啟/關閉音頻放大器50或是調整音頻放大器50的增益，於是可避免爆音的發生。

對比較器而言，少量的噪聲都有可能會影響到比較的結果。舉例來說，由於製程所造成的元件不匹配，將會使得比較器會有偏移量(offset)的存在，因而影響輸出的結果。因此，當音頻輸入信號太小或比較器的偏移量較大時，比較器可能會無法得到輸出結果。

圖5是顯示根據本發明另一實施例所述的信號放大電路，其包括音頻放大器10以及控制電路300。相較於圖1中的控制電路100，控制電路300還包括計數單元310以及兩多工器340與350，其中計數單元310包括計數器320以及觸發器330(例如：d型觸發器、t型觸發器或其它等效電路)。觸發器330的時鐘端耦接於比較單元110，用以接收比較信號sc，而觸發器330的輸入端接收具有邏輯電平「1」的信號。因此，當比較信號sc由邏輯電平「0」變換成邏輯電平「1」時，觸發器330會提供具有邏輯電平「1」的信號sh至計數器320。在此實施例中，觸發器330的種類以及信號之間的連接關係僅是個例子，然其並非用以限定本發明。接著，當計數器320接收到具有邏輯電平「1」的信號sh時，會將其計數的結果加「1」，並產生清除信號clr至觸發器330以重置觸發器330。因此，計數器320可在一特定時間周期內計數到比較信號sc由邏輯電平「0」變換成邏輯電平「1」的變化次數，其中該特定時間周期是由音頻輸入信號vin的頻率範圍所決定。當在該特定時間周期內計數到的變化次數大於一特定值時，計數器320會提供具有邏輯電平「1」的選擇信號sel至多工器340與多工器350。於是，多工器340會根據選擇信號sel提供來自於觸發器130的暫存信號spd至音頻放大器10，以便控制運算放大器30以及開關sw1與開關sw2。同時地，多工器350會根據選擇信號sel提供來自於觸發器140的暫存信號sgain至音頻放大器10，以便調整可變電阻r2的電阻值。反之，當音頻輸入信號vin太小或者比較器150的偏移量較大時，計數器320在該特定時間周期內所計數到的變化次數會小於或等於該特定值，於是計數器320會提供具有邏輯電平「0」的選擇信號sel至多工器340與多工器350。接著，多工器340會根據選擇信號sel提供控制信號pd至音頻放大器10，使得控制信號pd可直接控制運算放大器30以及開關sw1與開關sw2。同時地，多工器350會根據選擇信號sel提供控制信號gain至音頻放大器10，使得控制信號gain可直接調整可變電阻r2的電阻值。換言之，當比較器150的輸出結果受到幹擾時，計數單元310可旁路(bypass)暫存單元120而直接提供控制信號pd與控制信號gain至音頻放大器10。

同樣地，具有計數單元的控制電路亦可應用於差動式音頻放大器，如圖6的控制電路400以及音頻放大器50所顯示。此外，音頻放大器的其它控制信號(例如驅動電流控制信號等)亦可通過本發明實施例所描述的控制電路來調整音頻放大器的內部設定，進而降低爆音的發生。再者，本發明實施例所描述的控制電路亦可應用於電子產品中音頻信號處理程序中的任一級音頻放大器，例如輸入級、放大級或是輸出級等。

圖7是顯示根據本發明一實施例所述的一種信號放大方法，用以避免一音頻放大器產生爆音。首先，接收欲傳送至音頻放大器的一控制信號，並且暫存該控制信號(步驟s702)。接著，對該音頻放大器的一輸入信號與一參考信號進行比較以產生一比較信號(步驟s704)。當音頻放大器包括一單端放大器時，則參考信號為該單端放大器的一共模接地信號。當音頻放大器包括一差動放大器時，則參考信號以及輸入信號為該差動放大器的差動對輸入信號。接著，在步驟s706，當比較信號改變時，例如從邏輯電平「0」變換成邏輯電平「1」或從邏輯電平「1」變換成邏輯電平「0」，則根據暫存的控制信號提供一暫存信號至音頻放大器，以控制或調整該音頻放大器。因此，可在輸入信號最接近參考信號時才開啟/關閉音頻放大器或是調整音頻放大器的增益或驅動電流，於是可避免爆音的發生。此外，如先前所描述，亦可在一特定時間周期內，使用計數器(例如圖5的310)來計數該比較信號的變化次數，以便根據該計數單元的計數值來選擇提供該控制信號或是該暫存信號至音頻放大器。

本發明提供的控制電路及控制方法並不限定用於控制音頻放大器，其它信號放大器亦可通過本發明的控制電路以控制信號放大器的開啟/關閉或是調整信號放大器的增益或驅動電流，避免在信號放大器的輸入信號具有最大值或最小值時放大輸入信號而瞬間產生大的輸出信號。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域技術人員，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，因此本發明的保護範圍當視所附的權利要求範圍所界定者為準。