CN101188403A

CN101188403A - 可调整功耗的音频放大装置

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Publication number: CN101188403A
Application number: CNA2006101494165A
Authority: CN
Inventors: 李鸿邦
Original assignee: Ali Corp
Current assignee: Ali Corp
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2026-11-17
Also published as: CN101188403B

Abstract

可调整功耗的音频放大装置，经由音量控制器，调整工作的功率晶体管的数量，以调整音频放大器的静态电流大小，进而在不影响放大器线性度的情况，降低放大器的静态功耗。

Description

可调整功耗的音频放大装置

技术领域

本发明是有关于一种音频放大装置，更精确地说，本发明是有关于一种可调整功耗的音频放大装置。

背景技术

请参考图1。图1为先前技术的音频放大装置100的示意图。音频放大装置100包含数字/模拟转换器DAC1、放大器A1、二功率晶体管Q1P、Q2P以及一耳机110。

数字/模拟转换器DAC1用以接收数字音频信号X，并将数字音频信号X转换为模拟音频信号Y。放大器A1耦接于数字/模拟转换器DAC1的输出端，用以接收模拟音频信号Y，并将模拟音频信号Y放大，以分别在第一输出端与第二输出端产生模拟音频信号Y1与Y2。功率晶体管Q1P包含三端：其第一端耦接于放大器A1的第一输出端用以接收模拟音频信号Y1、其第二端耦接于偏压V1、其第三端耦接于节点Vout。功率晶体管Q1N包含三端：其第一端耦接于放大器A1的第二输出端用以接收模拟音频信号Y2、其第二端耦接于偏压V2、其第三端耦接于节点Vout。

而先前技术的音频放大装置100便以此种方式，将数字音频信号X转换成模拟音频信号Y，再将模拟音频信号Y放大，于节点Vout处，输出放大后的模拟音频信号Y3，再将模拟音频信号Y3输入耳机110。耳机110便根据所接收到的模拟音频信号Y3产生声音Z。

当要调整声音Z的音量时，先前技术的音频放大装置100调整偏压V1、V2的大小，以改变功率晶体管Q1P、Q1N的静态功率损耗。但因为若将偏压V1、V2调的太小，会影响功率晶体管Q1P、Q1N及放大器A1所产生的模拟音频信号Y3的线性度，所以此种方式所能调整的幅度有限。因此，对于使用者来说，相当不方便。

发明内容

本发明提供一种可调整功耗的音频放大装置。该音频放大装置包含数字/模拟转换器，用以将其接收的数字音频信号转换为第一模拟音频信号；音量控制器，用以根据控制指令输出多个开关信号；及放大电路，耦接于该数字/模拟转换器与该音量控制器，用以接收该第一模拟音频信号并放大该第一模拟音频信号，以输出第二模拟音频信号，该放大电路包含输出端，用以输出该第二模拟音频信号；放大器，耦接于该数字/模拟转换器，用以接收该第一模拟音频信号，放大该第一模拟音频信号，并于该放大器的第一输出端输出第三模拟音频信号与该放大器的第二输出端输出第四模拟音频信号；第一放大器模块，包含第一电源；多个第一放大单元，每一第一放大单元包含开关，包含控制端，耦接于该音量控制器的一输出端；及第一端，耦接于该放大器的第一输出端；晶体管，包含控制端，耦接于该开关的第二端；输入端，耦接于该第一电源；及输出端，耦接于该放大电路的输出端；及第二放大器模块，包含第二电源；多个第二开关，每个第二开关包含第一控制端，耦接于该音量控制器，用以接收该多个开关信号中的相对应开关信号；第一端，耦接于该放大器的第二输出端，用以接收该第四模拟音频信号；及第二端，用以根据该开关于第一控制端所接收的相对应开关信号，耦接至该第一端或开路；及多个第二晶体管，每个第二晶体管包含：控制端，耦接于该多个第二开关中的相对应的开关的第二端；输入端，耦接于该第二电源；及输出端，耦接于该放大电路的输出端。

附图说明

图1为先前技术的音频放大装置的示意图。

图2为本发明的音频放大装置的示意图。

[主要元件标号说明]

音频放大装置 100 200

耳机 110 210

数字/模拟转换器 DAC1 DAC2

放大器 A1 A2

功率晶体管 Q1P Q1N Q2P Q2N Q3P Q3N QNP QNN

数字音频信号 X

模拟音频信号 Y Y1 Y2 Y3

声音 Z

节点 Vout

偏压 V1 V2

音量控制器 VC

控制信号 S1 S2 S3 SN

开关 S1P S2P S3P SNP S1N S2N S3N SNN

具体实施方式

请参考图2。图2为本发明的音频放大装置200的示意图。音频放大装置200包含数字/模拟转换器DAC2、放大器A2、音量控制器VC、多个第一开关S1P-SNP、多个第二开关S1N-SNN、多个第一功率晶体管Q1P-QNP、多个第二功率晶体管Q1N-QNN以及耳机210。

数字/模拟转换器DAC2用以接收数字音频信号X，并将数字音频信号X转换为模拟音频信号Y。

放大器A2耦接于数字/模拟转换器DAC1的输出端，用以接收模拟音频信号Y，并将模拟音频信号Y放大，以在放大器A2的第一输出端与第二输出端分别产生模拟音频信号Y1与Y2。

音量控制器VC包含一输入端(未图示)与多个输出端，用以耦接控制指令，并根据该控制指令，在该多个输出端分别输出控制信号S1-SN。

耳机210耦接于节点Vout，用以根据节点Vout上面的信号，输出声音Z。

多个第一功率晶体管Q1P-QNP之中，每个第一功率晶体管耦接方式皆相同，仅以第一功率晶体管Q1P代表说明：功率晶体管Q1P包含三端：其第一端耦接于第一开关S1P的第三端、其第二端耦接于偏压V1、其第三端耦接于节点Vout。

多个第二功率晶体管Q1N-QNN之中，每个第二功率晶体管耦接方式皆相同，仅以第二功率晶体管Q1N代表说明：第二功率晶体管Q1N包含三端：其第一端耦接于第二开关S1N的第三端、其第二端耦接于偏压V2、其第三端耦接于节点Vout。

多个第一开关S1P-SNP之中，每个第一开关包含第一端耦接于偏压V1、第二端耦接于放大器A2的第一输出端用以接收模拟音频信号Y1、第三端耦接于相对应的第一功率晶体管的第一端及控制端耦接于音量控制器VC，用以接收音量控制器VC的控制信号，并根据该控制信号，将该开关的第三端耦接于第一端或第二端。例如，第一开关S1P的第一端耦接于偏压V1、第二端耦接于放大器A2的第一输出端用以接收模拟信号Y1、第三端耦接于第一功率晶体管Q1P的第一端及控制端耦接于音量控制器VC，用以接收控制信号S1。以此方式，第一开关S1P便可以依据控制信号S1将第一功率晶体管Q1P的第一端耦接至偏压V1以接收偏压V1或者放大器A2的第一输出端以接收模拟音频信号Y1。

多个第二开关S1N-SNN之中，每个第二开关包含第一端耦接于偏压V2、第二端耦接于放大器A2的第二输出端用以接收模拟音频信号Y2、第三端耦接于相对应的第二功率晶体管的第一端及控制端耦接于音量控制器VC，用以接收音量控制器VC的控制信号，并根据该控制信号，将该开关的第三端耦接于第一端或第二端。例如，第二开关S1N的第一端耦接于偏压V2、第二端耦接于放大器A2的第二输出端用以接收模拟信号Y2、第三端耦接于第二功率晶体管Q1N的第一端及控制端耦接于音量控制器VC，用以接收控制信号S1。以此方式，第一开关S1N便可以依据控制信号S1将第二功率晶体管Q1N的第一端耦接至偏压V2以接收偏压V2或者放大器A2的第二输出端以接收模拟音频信号Y2。

假设音量控制器VC所传送的控制信号S1-SN之中，仅有控制信号S1将第一开关S1P、第二开关S1N的第三端耦接至第二端(意即将放大器A2的第一输出端耦接至功率晶体管Q1P的第一端，以将模拟音频信号Y1输入至功率晶体管Q1P、将放大器A2的第二输出端耦接至功率晶体管Q1N的第一端，以将模拟音频信号Y2输入至功率晶体管Q1N)、其余控制信号S2-SN皆将其余第一开关S2P-SNP、第二开关S2N-SNN的第三端耦接至第一端(意即将偏压V1耦接至第一功率晶体管S2P-SNP的第一端、将偏压V2耦接至第二功率晶体管S2N-SNN的第一端)，则对于音频放大装置200来说，第一功率晶体管S2P-SNP、第二功率晶体管S2N-SNN是关闭的，仅有第一功率晶体管S1P、第二功率晶体管S 1N是开启可用来放大信号的。因此可模拟于先前技术的音频放大装置100的情况：数字/模拟转换器DAC2用以接收数字音频信号X，并将数字音频信号X转换为模拟音频信号Y。放大器A2耦接于数字/模拟转换器DAC2的输出端，用以接收模拟音频信号Y，并将模拟音频信号Y放大，以分别在其第一输出端与第二输出端产生模拟音频信号Y1与Y2。功率晶体管Q1P包含三端：其第一端耦接于放大器A2的第一输出端用以接收模拟音频信号Y1、其第二端耦接于偏压V1、其第三端耦接于节点Vout。功率晶体管Q1N包含三端：其第一端耦接于放大器A2的第二输出端用以接收模拟音频信号Y2、其第二端耦接于偏压V2、其第三端耦接于节点Vout。音频放大装置200并此种方式，将数字音频信号X转换成模拟音频信号Y，再将模拟音频信号Y放大，于节点Vout处，输出放大后的模拟音频信号Y3，再将模拟音频信号Y3输入耳机110。耳机110便根据所接收到的模拟音频信号Y3产生声音Z。

模拟音频信号Y3的电压大小会决定音量的大小，模拟音频信号Y3越大，则动态输出电流越大，输出的功率也越大。然而，越大的动态输出电流，便需要越大的静态电流来维持放大器的线性度。

假设前段所述在仅开启一组第一功率晶体管与第二功率晶体管的情况时，模拟音频信号Y3的电压为V，声音Z的音量为K。则若开启两组第一功率晶体管与第二功率晶体管时，模拟音频信号Y3的电压为2V，声音Z的音量则为2K。因此，本发明便以此方式，利用音量控制器VC所发出的控制信号S1-SN来控制开启功率晶体管的数目，进而达到不同音量时，调整功率晶体管的静态功率损耗。

而使用者可根据所需调整音量的程度，适当地设计功率晶体管的组数，便可符合使用者所需放大器的线性度的同时，达到静态功耗的最佳化。

多个第一功率晶体管Q1P-QNP可为P型金属氧化物半导体晶体管(PMOS)，而多个第二功率晶体管Q1N-QNN可为N型金属氧化物半导体晶体管。

偏压V1可为直流电源，偏压V2亦可为直流电源或地端。

另外，本发明所接收的数字音频信号X，可为运动图像专家组一的第三层(MPEG1 layer 3，MP3)格式、视窗媒体音频(Windows Media Audio，WMA)格式、或其它数字音频格式。

总结来说，本发明提供一种可调整功耗的音频放大装置，相较于先前技术的音频放大装置，在不损失放大器线性度的前提之下，提供了更方便使用者调整静态功耗的方法，以解决使用者以先前技术的音频放大装置，在小音量时的静态功率的浪费。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种可调整功耗的音频放大装置，包含：

数字/模拟转换器，用以将其接收的数字音频信号转换为第一模拟音频信号；

音量控制器，用以根据控制指令输出多个开关信号；及

放大电路，耦接于该数字/模拟转换器与该音量控制器，用以接收该第一模拟音频信号并放大该第一模拟音频信号，以输出第二模拟音频信号，该放大电路包含：

输出端，用以输出该第二模拟音频信号；

放大器，耦接于该数字/模拟转换器，用以接收该第一模拟音频信号，放大该第一模拟音频信号，并于该放大器的第一输出端输出第三模拟音频信号与该放大器的第二输出端输出第四模拟音频信号；

第一放大器模块，包含：

第一电源；

多个第一放大单元，每一第一放大单元包含：

开关，包含：

控制端，耦接于该音量控制器的输出端；及

第一端，耦接于该放大器的第一输出端；

晶体管，包含：

控制端，耦接于该开关的第二端；

输入端，耦接于该第一电源；及

输出端，耦接于该放大电路的输出端；及

第二放大器模块，包含：

第二电源；

多个第二开关，每个第二开关包含：

第一控制端，耦接于该音量控制器，用以接收该多个开关信号中的相对应开关信号；

第一端，耦接于该放大器的第二输出端，用以接收该第四模拟音频信号；及

第二端，用以根据该开关于第一控制端所接收的相对应开关信号，耦接至该第一端或开路；及

多个第二晶体管，每个第二晶体管包含：

控制端，耦接于该多个第二开关中的相对应的开关的第二端；

输入端，耦接于该第二电源；及

输出端，耦接于该放大电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的音频放大装置，其中该放大电路的一输出端是耦接于耳机。

3.根据权利要求1所述的音频放大装置，其中该第一电源为直流电源。

4.根据权利要求3所述的音频放大装置，其中该第二电源为地端或直流电源。

5.根据权利要求1所述的音频放大装置，其中该多个第一晶体管为P型金属氧化物半导体晶体管。

6.根据权利要求1所述的音频放大装置，其中该多个第二晶体管为N型金属氧化物半导体晶体管。

7.根据权利要求1所述的音频放大装置，其中该数字音频信号为运动图像专家组一的第三层格式的数字音频信号。

8.根据权利要求1所述的音频放大装置，其中该数字音频信号为视窗媒体音频格式的数字音频信号。