CN100514842C - 信号输出电路、使用其的音频信号输出装置、电子设备 - Google Patents

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Abstract

在信号输出电路中，防止电源接通、停止时产生的噪声。选择电路(30)根据电源转变期间或通常期间，将其输出切换为非有效PWM信号(NSPWM)或有效PWM信号(SPWM)。非有效信号生成电路(20)生成缓慢地上升的信号，该信号由第二驱动电路(32)放大，DC块电容器(C2)被缓慢地充放电，突入电流产生的噪声被抑制。

Description

信号输出电路、使用其的音频信号输出装置、电子设备
技术领域
本发明涉及信号输出电路，特别涉及具备了用于防止伴随着电源接通时或停止时的急剧的电压波形变化的噪声产生的功能的信号输出电路。
背景技术
伴随近年的LSI技术的发展，在以CD播放机或MD播放机等为代表的数字音频中，对数字信号处理及其放大使用1位DAC(Digital AnalogConverter，数字模拟转换器)。在该1位DAC中，声音信号使用Δ∑调制器被噪声整形(noise shaping)，并作为被脉宽调制PWM(Pulse WidthModulation)的1位信号被输出。
该1位PWM信号为了驱动作为负载的扬声器而被放大到规定的电平，这使用能得到高效率的D级放大器。被放大了的1位PWM信号通过后置低通滤波器而成为模拟再现信号，从扬声器作为声音被再现。
这里，在一般重视音质来进行设计的情况下，1位PWM信号的生成使用高阶Δ∑调制器。该高阶Δ∑调制器在将量化噪音排除在人的可听频带外的噪声整形特性上优良，但另一方面，具有在动作开始时不能缓慢提升输出的特性。该高阶Δ∑调制器的急剧的波形上升由D级放大器放大，产生流入负载电路所使用的DC截止电容器的突入电流。该突入电流从扬声器或头戴式耳机作为不愉快的噪声而刺激听觉。在动作停止时，也由于同样的现象而产生噪声。
因此，以往，如作为专利文献1中的现有技术举例的这样，为了防止该噪声，在负载电路中设置的DC截止电容器和扬声器之间追加静噪电路(mutecircuit)。在产生噪声的定时接通该静噪电路，通过将输出短路到接地电位来抑制噪声的产生。
此外，同一文献中公开了以下的方法，即在由并联配置的多个倒相器(inverter)构成的D级放大器中，在上升、下降时依次接通或关断多个倒相器，从而抑制该噪声的产生。
专利文献1：特开2001-223537号公报
发明内容
但是，存在以下问题，即通过静噪电路对噪声的抑制需要静噪电路，部件数多，此外需要静噪控制端子及其周边电路，因此不符合设备小型化的需求。
本发明鉴于这样的课题而完成，其目的在于提供一种抑制突入电流引起的噪声以及降低了安装面积的信号输出电路。
本发明的某一方式涉及信号输出电路。该信号输出电路包括：选择电路，根据通常期间还是电源转变期间，选择本来要输出的有效信号和要在电源转变期间输出的非有效信号的一个；并行地接收选择电路的输出的用于通常期间的第一驱动电路以及用于电源转变期间的第二驱动电路；以及信号生成电路，生成与电源的转变相应的数字方式的非有效信号；将第一驱动电路和第二驱动电路的输出耦合输出。
根据该方式，在噪声产生的电源接通时以及停止时，通过由第二驱动电路放大用于软起动的非有效信号，从而可以抑制突入电流并降低噪声。
在本发明的其它方式中，信号生成电路也可以包括：滤波电路，使用于指示电源的转变的数字信号的变化变得平滑；以及变换电路，将滤波电路的输出变换为数字信号。变换电路也可以是1阶Δ∑调制器。
通过该滤波电路使非有效信号的上升、下降变得平滑，在从扬声器再现非有效信号时，可以使得在听觉上难以被识别为噪声。
第二驱动电路的驱动能力也可以设计为低于第一驱动电路的驱动能力。
此外，第二驱动电路包含与其输出串联设置的电阻元件，信号输出电路将电阻元件的输出与第一驱动电路的输出耦合输出也可以。
通过调节与第二驱动电路的输出串联设置的电阻元件或者晶体管尺寸等，使第二驱动电路的负载驱动能力低于第一驱动电路，从而可以有效地抑制噪声电平，进而在由第一驱动电路再现有效信号时，可以减小第二驱动电路的影响。
进而在本发明的其它方式中，信号输出电路也可以具有至少控制选择电路中的选择动作以及第一驱动电路的接通/关断(on-off)的控制电路。该驱动电路在电源接通时，最初使选择电路选择非有效信号，并且使第一驱动电路成为关断状态，接着在非有效信号变化到规定的状态之后，将第一驱动电路接通，同时使选择电路选择有效信号也可以。
根据该方式，可以由控制电路在电源接通时任意地调整选择电路对信号的选择以及第一驱动器的接通/关断切换的定时，并且可以实现有效噪声抑制。
该控制电路在电源关断时，首先在由选择电路选择了有效信号的状态下，将第一驱动电路关断，此后，使选择电路选择非有效信号也可以。
根据该方式，可以由控制电路在电源停止时任意地调整选择电路对信号的选择以及第一驱动器的接通/关断切换的定时。
信号输出电路也可以被一体集成在一个半导体衬底上。
本发明的其它方式涉及音频信号输出装置。该音频信号输出装置包括：上述信号输出电路；除去信号输出电路的输出信号的高频分量的滤波器；以及由滤波器的输出信号驱动的扬声器。
根据该方式，可以在电源接通时或电源关断时抑制从扬声器产生噪声。
另外，以上的构成要素的任意组合、将本发明的表现在方法、装置、系统等之间变换的产物作为本发明的方式也有效。
通过本发明的信号输出电路，可以降低电源接通或停止时的从扬声器再现的噪声。
附图说明
图1是表示使用了本发明的实施方式的信号输出电路的数字音频输出电路的图。
图2是表示图1的信号输出电路的各部分的动作波形以及时序图的图。
符号说明
10声音信号源，12高阶Δ∑调制器，14有效信号生成电路，16第一驱动电路，18后置低通滤波器，20非有效信号生成电路，22阶跃脉冲生成电路，241阶低通滤波器，261阶Δ∑调制器，28控制电路，30控制电路，32第二驱动电路，34扬声器，100信号输出电路，200音频信号输出装置，S有效信号，NS非有效信号，SPWM有效PWM信号，NSPWM非有效PWM信号，SEL选择信号，C2DC块电容器，R电阻。
具体实施方式
使用图1说明本发明的实施方式。图1是表示使用了本发明的实施方式的信号输出电路100的音频信号输出装置200的结构的电路图。
音频信号输出装置200被搭载于包括CD播放机、MD播放机等声音输出部件的电子设备中，信号输出电路100包含后置低通滤波器18、扬声器34。信号输出电路100是所谓数字放大器，输出被脉宽调制的数字信号。扬声器34也可以是耳机或头戴式耳机等。
后置低通滤波器18包含串联电感L1、并联电容器C1、DC块电容器C2。后置低通滤波器18除去从信号输出电路100输出的数字信号的高频分量以及直流分量。从信号输出电路100输出的数字信号由该后置低通滤波器18变换为模拟信号。从后置低通滤波器18输出的模拟再现信号被输入扬声器34，扬声器34输出声音信号。
本实施方式的信号输出电路100包含：分别生成有效信号S或非有效信号NS的两个信号生成电路，即有效信号生成电路14以及非有效信号生成电路20；选择电路30；第一驱动电路16；第二驱动电路32；以及控制电路28。
这里，有效信号S表示具有声音等信息的信号，非有效信号NS是指与声音信号无关，为了在电源接通时或停止时降低噪声而使用的用于软起动的信号。
作为本发明的动作状态，存在再现通常的声音的期间(以下，称作通常期间)以及处于电源接通时或停止时的过渡状态的期间(以下，称作电源转变期间)，根据两个状态来控制电路的动作状态，从而进行噪声的降低。
首先，概说本实施方式的信号输出电路100的原理。一般，高阶Δ∑调制器12不能使电压从零电位缓慢上升，电源接通时的上升波形急剧。即，在其输出中，作为PWM信号，难以生成占空比从0％缓慢地增大的信号。从而，将该高阶Δ∑调制器12的输出信号原样由第一驱动电路16放大时，突入电流流入负载电路所使用的DC块电容器C2，产生噪声。
因此，在该高阶Δ∑调制器12之外设置能够将波形缓慢地上升的1阶Δ∑调制器26，由此生成非有效PWM信号NSPWM，通过该非有效PWM信号NSPWM上升到规定的输出电压之后，切换为高阶Δ∑调制器12，从而抑制噪声。该1阶Δ∑调制器26不一定必需是1阶，例如也可以是2阶Δ∑调制器，只要生成占空比以不产生噪声的程度充分地缓慢增大的PWM信号即可。但是，如本实施方式这样，在将Δ∑调制器的阶数设为1阶情况下，具有可以减小电路面积的优点。
此外，对于驱动电路，除了通常期间所使用的用于驱动扬声器的第一驱动电路16之外，还设置降低了驱动能力的第二驱动电路32，通过在电源转变期间和通常期间切换使用来抑制噪声。该第二驱动电路32的主要目的不是驱动作为负载的扬声器34，是为了缓慢地将DC块电容器C2充放电而设置的。
以下，依次说明信号的流动以及各块的结构。生成有效信号的信号生成电路14(以下称作有效信号生成电路)具有声音信号源10以及高阶Δ∑调制器12。由声音信号源10输出的有效信号S由高阶Δ∑调制器12变换为有效PWM信号SPWM。高阶例如是5阶，或者也可以更低阶或高阶。高阶Δ∑调制器12的阶数的设计根据要求的音质或电路规模来设定即可。
另一方面，生成非有效信号的非有效信号生成电路20包括阶跃脉冲生成电路22、1阶低通滤波器24以及1阶Δ∑调制器26。阶跃脉冲生成电路22生成的阶梯状的脉冲SP通过1阶低通滤波器24，成为缓慢上升或者下降的非有效信号NS。1阶Δ∑调制器26对非有效信号NS进行Δ∑调制，作为被脉宽调制的非有效PWM信号NSPWM输出。即，1阶Δ∑调制器26作为将1阶低通滤波器24输出的非有效信号NS变换为被脉宽调制了的数字信号的变换电路来起作用。非有效PWM信号NSPWM的占空比从0％一边缓慢地扩展一边不断变化。
这些有效、非有效双系统的1位PWM信号NSPWM以及SPWM被输入选择电路30。该选择电路30具有输入端子A、B以及控制端子S，对A端子输入有效PWM信号SPWM，对B端子输入非有效PWM信号NSPWM。对控制端子S输入来自控制电路28的控制信号SEL，在该电压为高电平时，A端子的输入被输出，在低电平时，B端子的输入被输出。
在电源转变期间，控制电路28输出低电平作为控制信号SEL。此时，选择电路30选择并输出被输入到输入端子B的来自非有效信号生成电路20的非有效PWM信号NSPWM。此外，在再现声音的通常期间，控制电路28输出高电平作为控制信号SEL。此时，选择电路30被控制为选择被输入到A端子的来自有效信号生成电路14的有效PWM信号SPWM。
这里，该输出信号由选择电路30从有效PWM信号SPWM切换为非有效PWM信号NSPWM，或者反之从非有效PWM信号NSPWM切换为有效PWM信号SPWM的瞬间的两PWM信号的占空比变得重要。这是因为，如果切换瞬间的两PWM信号的占空比大不相同，则由非有效PWM信号NSPWM缓慢上升的输出电压在切换的瞬间成为不连续，因此产生突入电流引起的噪声。
从而，在本实施方式中，在切换时将有效PWM信号SPWM以及非有效PWM信号NSPWM的两个PWM信号无缝地连接，在该切换的瞬间，将非有效PWM信号NSPWM的占空比设计为与有效PWM信号SPWM的占空比相等，或者接近不被察觉为噪声的程度，以使突入电流不流入后置低通滤波器18的DC块电容器C2，进而不产生不愉快的噪声。
例如，在高阶Δ∑调制器12的起动完成时的有效PWM信号SPWM的占空比为50％的情况下，优选设计为非有效PWM信号NSPWM的占空比成为50％左右，以使在选择电路30的切换动作时不产生切换噪声。
从选择电路30选择输出的1位PWM信号VPWM被输入并联连接的第一驱动电路16以及第二驱动电路32。该PWM信号VPWM由并联连接的两个驱动电路放大，两个驱动电路16、32的输出被再次耦合，并被输出到后置低通滤波器18。
这里，第一驱动电路16主要用于在通常期间放大有效PWM信号SPWM，具有使能端子，由控制电路28控制在电源转变期间关断。
第二驱动电路32主要用于在电源转变期间放大非有效PWM信号NSPWM。从而，其负载驱动能力可以进行后置低通滤波器18的DC块电容器C2的充放电就足够，被设计为低于第一驱动电路16的驱动能力。在本实施方式中，第二驱动电路32在其输出具有电阻R，负载驱动能力被设定得低。
这样，通过降低第二驱动电路32的负载驱动能力，从非有效信号到有效信号的切换噪声被抑制。进而，第二驱动电路32驱动扬声器34的能力与第一驱动电路16驱动扬声器34的能力相比小到可以忽略的程度，因此在输出有效信号的通常期间，不必一定将第二驱动电路32关断，设计的自由度提高。
由驱动电路16、32放大、合成的1位PWM信号由后置低通滤波器18限制带宽。其结果，作为模拟再现信号被输入作为负载的扬声器34，用户将来自扬声器34的输出感觉位声音。
以上是本发明的实施方式的电路结构。接着，基于表示各元件的动作状态、输出波形、切换定时的图2，按时间序列说明以上结构的信号输出电路100的动作。
在图2中，时刻T0表示电源被接通的时刻。这样的电源的接通是指电源开关由用户接通，图1中未表示的电源接通/关断指示信号上升。
接受该电源接通/关断指示信号的上升，在时刻T1，控制电路28将第二驱动电路32的启动信号EN2(以下称作第二启动信号)设为高电平，从而将第二驱动电路32接通。此时，第一驱动电路16的启动信号EN1(以下称作第一启动信号)为低电平，关断。
然后，在时刻T2阶跃波形SP上升，通过1阶低通滤波器24的非有效信号NS缓慢上升。该非有效信号NS由1阶Δ∑调制器26调制为1位的PWM信号，从占空比0％起，脉宽缓慢变宽而作为非有效PWM信号NSPWM被输出。此时，选择信号SEL被设定为低电平，选择电路30被控制为输出非有效PWM信号NSPWM。在此期间，有效信号生成电路14的高阶Δ∑调制器12也起动，但由于未被选择电路30选择，因此不被输出。
在电源停止时的电源转变期间Tc中，上述电源接通时的处理被反过来进行。即，在时刻T5，用户进行电源停止，同时电源接通/关断指示信号降低到低电平。在此基础上，在时刻T6，控制电路28将第一启动信号EN1设为低电平，并将第一驱动电路16关断。然后，在时刻T7，控制电路28将选择信号SEL设为低电平，选择电路30将该输出从有效PWM信号SPWM切换到非有效PWM信号NSPWM。
在时刻T7，阶跃脉冲信号SP成为低电平时，从1阶低通滤波器24输出的非有效信号NS按照时间常数降低。其结果，从1阶Δ∑调制器26输出的非有效PWM信号NSPWM的占空比成为从50％左右缓慢减小的波形。该期间，仅第二驱动电路32被接通，噪声不被听到，输出波形不断减小。然后，在时刻T8，1阶Δ∑调制器26以及高阶Δ∑调制器被降低，在时刻T9第二驱动电路32被关断，电源停止的处理结束。
以上，基于实施方式说明了本发明。根据本实施方式，可以降低电源接通或停止时的从扬声器再现的噪声。此外，不需要用于开关的晶体管等外带部件，由于信号输出电路100可以全部由LSI内部元件构成，因此可以削减芯片面积以及衬底面积，并可以实现设备的小型化。
该实施方式为例示，这些各构成要素或各处理过程的组合可以有各种变形例，而且这样的变形例也在本发明的范围中，这一点应当被本领域技术人员所理解。
例如，在本实施例中，第二驱动电路32在通常期间Tb中以通常接通的状态进行了说明，但有时通过第二启动信号EN2根据通常期间Tb和电源转变期间Ta、Tc来适当控制接通、关断也有效。如果在通常期间Tb中第二驱动电路32被关断，则具有能够抑制耗电的优点。
此外，图1中，为了降低第二驱动电路32的驱动能力，表示了在其输出上设置了电阻R的例子，但这通过调节驱动器所使用的D级放大器的晶体管尺寸等也可以得到同样的效果。
作为搭载了实施方式的音频信号输出装置200的电子设备，除了实施方式中说明的CD播放机或MD播放机之外，还可以广泛应用于便携电话终端、PDA(Personal Digital Assistance)、数字式照相机、数字摄影机等具有音频信号输出部件的装置中。
产业上的可利用性
本发明可以在数字音频设备等领域中利用。

Claims (10)

1.一种信号输出电路，其特征在于，包括：
选择电路，根据通常期间还是电源转变期间，选择本来要输出的有效信号和要在电源转变期间输出的非有效信号的一个；
并行地接收选择电路的输出的用于通常期间的第一驱动电路以及用于电源转变期间的第二驱动电路；以及
信号生成电路，生成与电源的转变相应的数字方式的所述非有效信号，
将所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的输出耦合输出。
2.如权利要求1所述的信号输出电路，其特征在于，所述信号生成电路包括：
滤波电路，使用于指示电源的转变的数字信号的变化变得平滑；以及
变换电路，将所述滤波电路的输出变换为数字信号。
3.如权利要求2所述的信号输出电路，其特征在于，
所述变换电路是1阶Δ∑调制器。
4.如权利要求1所述的信号输出电路，其特征在于，
将所述第二驱动电路的驱动能力设计为低于所述第一驱动电路的驱动能力。
5.如权利要求4所述的信号输出电路，其特征在于，
所述第二驱动电路包含与输出串联设置的电阻元件，将该电阻元件的输出与所述第一驱动电路的输出耦合输出。
6.如权利要求1至5的任何一项所述的信号输出电路，其特征在于，
该信号输出电路还包括至少控制所述选择电路中的选择动作以及所述第一驱动电路的接通/关断的控制电路，
该控制电路在电源接通时，最初使所述选择电路选择所述非有效信号，并且使所述第一驱动电路成为关断状态，接着在所述非有效信号变化到规定的状态之后，将所述第一驱动电路接通，同时使所述选择电路选择所述有效信号。
7.如权利要求1至5的任何一项所述的信号输出电路，其特征在于，
该信号输出电路还包括至少控制所述选择电路中的选择动作以及所述第一驱动电路的接通/关断的控制电路，
该控制电路在电源关断时，首先在由所述选择电路选择了所述有效信号的状态下，将所述第一驱动电路关断，此后，使所述选择电路选择所述非有效信号。
8.如权利要求1至5的任何一项所述的信号输出电路，其特征在于，
所述信号输出电路被一体集成在一个半导体衬底上。
9.一种音频信号输出装置，其特征在于，该装置包括：
如权利要求1至5的任何一项所述的信号输出电路；
除去所述信号输出电路的输出信号的高频分量的滤波器；以及
由所述滤波器的输出信号驱动的扬声器。
10.一种电子设备，其特征在于，具有如权利要求9所述的音频信号输出装置。
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