CN101227175B - 模拟式音量控制电路以及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种具有迟滞功能的音量控制电路，其包括一比较器、一控制逻辑、一可偏移电压的参考电压产生单元以及一运算单元。比较器用来比较输入电压与参考电压以产生比较值；控制逻辑电连接于比较器，用来产生判断信号，并且根据比较值产生音量编码(code)；可偏移电压的参考电压产生单元电连接于控制逻辑与比较器，用来根据判断信号选择导通第一或第二回路，分别在第一或第二回路导通时产生参考电压；以及运算单元电连接于控制逻辑，用来根据音量编码及目前音量值来控制音量大小。

Description

模拟式音量控制电路以及控制方法

技术领域

本发明涉及一种模拟式音量控制电路以及控制方法，特别是涉及一种具有迟滞功能，能够防止输出音量不稳定跳动的模拟式音量控制电路及其控制方法。

背景技术

模拟式音量控制为常见的音量控制方式。由系统外部输入一控制电压，系统将此控制电压与系统内部产生的多个参考电压比对。再将比对的结果当成音量值，此音量值直接或间接控制系统的信号增益大小，从而实现模拟式音量控制的目地。

请参考图1，图1为现有技术音量控制电路100的电路图，其包括一控制逻辑110、一解码器(decoder)120、一电阻串分压电路140做为模拟电压转换单元以及一比较器130，其中电阻串分压电路140的每个节点(node)电压皆不同，因此随着不同的开关关闭(close)，其输出至比较器130负输入端(negative input)的参考电压Vref便会不同。Vin为对应至使用者所设定音量的电压，比较器130比较Vref与Vin的大小并将比较结果传送至控制逻辑110，若是Vref大于Vin，控制逻辑110会发出信号值来改变开关的开启及关闭状态以调降Vref；若是Vref小于Vin，控制逻辑110会发出信号值来改变开关的开启及关闭状态以调升Vref。请注意，控制逻辑110所输出的信号值为二进制数值，必须再经过解码器120将该二进制数值转成对应于不同开关的切换信号Sw。最后控制逻辑110可以得出Vin落于哪两个参考电压所形成的区间内，由于每一个区间都对应至一音量值，控制逻辑110便可跟据Vin落于哪一区间来调整音量值VL。

然而，由于噪声干扰Vin可能会产生扰动的现象，使得现有技术的音量控制方式在Vin接近电阻串分压电路140的节点电压(亦即参考电压)时会发生控制逻辑110的输出在不同音量值间跳动的情形，进而使得系统音量会忽大忽小。请参考图2，图2为现有技术中输入电压Vin与音量值的对应关系图，如图2(a)所示，输入电压Vin1在电压区间2中有扰动的情形，但是由于与分隔区间的参考电压值有一段距离，因此系统仍然判断其所对应的音量值为2，如图2(b)的音量1(Volume1)所示。但是若输入电压Vin接近参考电压时，如图2(a)中的Vin2所示，由于噪声造成的扰动使得Vin2在区间3以及区间4两者之间来回跳动，因此系统便会随着在音量值3以及音量值4之间来回改变，如图2(b)的音量2(Volume2)所示，使用者便会听到忽大忽小的声音。

发明内容

因此，本发明的主要目的，即在于提供一种具有迟滞功能的音量控制电路及其控制方法，使得使用者输入的音量控制信号因噪声而在区间边界跳动时系统所输出的音量不会随着忽大忽小的改变，以解决上述问题。

根据本发明实施例，其揭露一种具有迟滞功能的音量控制电路及其控制方法，主要发明精神为利用不同回路导通时产生的音量编码来判断调整目前音量值的大小。本发明的音量控制电路包括一比较器，用来比较一输入电压与一第一参考电压以产生一第一比较值，以及比较该输入电压与一第二参考电压以产生一第二比较值；一控制逻辑，电连接于该比较器，用来产生一判断信号，并且根据该第一比较值产生一第一音量编码(code)以及根据该第二比较值产生一第二音量编码；一可偏移电压的参考电压产生单元，电连接于该控制逻辑，用来根据该判断信号选择导通一第一回路或者一第二回路，当该第一回路导通时产生该第一参考电压，以及当该第二回路导通时产生该第二参考电压；以及一运算单元，电连接于该控制逻辑，用来根据该第一、第二音量编码与目前音量值来控制音量大小。

本发明还提供一种具有迟滞功能的音量控制方法，其包括：比较输入电压与第一参考电压以产生第一比较值，以及比较该输入电压与第二参考电压以产生第二比较值；产生判断信号，并且根据该第一比较值产生第一音量编码(code)以及根据该第二比较值产生第二音量编码；根据该判断信号选择导通第一回路或者第二回路，在该第一回路导通时产生该第一参考电压，以及在该第二回路导通时产生该第二参考电压；以及根据该第一、第二音量编码与目前的音量值来控制音量大小。

由于本发明提供的音量控制方法具有迟滞效应的功能，因此在实际应用时音量不会被噪音干扰而忽大忽小，另一方面，本发明是以数字方式比较现时音量值与参考电压区间以产生实际音量值，在控制上较为简洁且不易产生误动作。

附图说明

图1为现有技术音量控制电路的电路图。

图2(a)和图2(b)为现有技术中输入电压Vin与音量值的对应关系图。

图3为本发明具有迟滞功能的音量控制电路一实施例的方块图。

图4(a)和图4(b)为图3中可偏移电压的参考电压产生单元一实施例的电路图。

图5(a)-(c)为图4(a)和图4(b)可偏移电压的参考电压产生单元实施例中不同回路导通时参考电压值差异的示意图。

图6为图3中音量控制电路第一实施例的电路图。

图7为本发明利用音量编码Cv0与Cv1来决定音量值VL的演算法流程图。

图8为图6音量控制电路实施例中输入电压Vin与音量值VL的迟滞曲线图。

图9为图3中音量控制电路第二实施例的电路图。

主要元件符号说明

100、200音量控制电路      110、210控制逻辑

120、220解码器            130、230比较器

140电阻串分压电路

240可偏移电压的参考电压产生单元

250运算单元               310反向器

M1、M4、M6 NMOS晶体管

M2、M3、M5 PMOS晶体管

R1～R8电阻                S1～S7开关

具体实施方式

请参阅图3，图3为本发明具有迟滞功能的音量控制电路200一实施例的方块图，其包括一控制逻辑210、一比较器230、一可偏移电压的参考电压产生单元240以及一运算单元250。Vin为对应于使用者设定音量的输入电压，图3中的控制逻辑210与比较器230和图1中同名元件的操作方式相同，而可偏移电压的参考电压产生单元240的功能亦与图1中的电阻串分压电路140相同，用来提供参考电压，然而却不限于必需使用电阻串分压电路140的架构。另外，音量控制电路200中的控制逻辑210会多产生一判断信号Sd给可偏移电压的参考电压产生单元240，根据不同的判断信号Sd，相同的Vin可能会落在不同的电压区间，每一个电压区间皆对应于一个音量编码(volume code)Cv，控制逻辑210将这些音量编码Cv传送到运算单元(operation unit)250，运算单元250将音量编码Cv与目前的音量经过逻辑运算后得到新的音量值VL来调整音量大小，其详细运作说明如下。

首先请参考图4(a)和(b)，图4(a)和(b)为图3中可偏移电压的参考电压产生单元240一实施例的电路图。可偏移电压的参考电压产生单元240包含一电阻串R1～R8，其节点电压V1～V7分别代表不同的参考电压值，以及六个金属氧化物半导体(MOS)晶体管M1～M6、一电阻Rc与一反向器310，其中M6、M1以及M4为N型MOS晶体管(NMOS)而M2、M3以及M5为P型MOS晶体管(PMOS)，反向器310则用来反向判断信号Sd来产生另一控制MOS晶体管的信号Sd’。当判断信号Sd为1时，M1、M2与M4导通，M6、M3与M5不导通，电流从电源Vcc顺着M2、电阻串R8～R1、M1、Rc、M4流至地形成第一回路(如图4(a)箭头所示路径)，而当判断信号Sd为0时，M5、M3与M6导通，M1、M2与M4不导通，电流从电源Vcc顺着M5、Rc、M3、电阻串R8～R1、M6流至地形成第二回路(如图4(b)箭头所示路径)，在此二种不同模式下，同一个节点会有不同的参考电压值，举例来说，若将M1与M4的宽长比(aspect ratio)设定为M6宽长比的两倍(亦即M1与M4的导通电阻值近似于M6导通电阻值的1/2)，另外也将M3与M5的宽长比设定为M2宽长比的两倍(亦即M3与M5的导通电阻值近似于M2导通电阻值的1/2)，调整R1～R8的电阻值使得M1～M6在导通时均操作于三极管区(triode region)，假设M2的导通电阻值为Rds2而M6的导通电阻值为Rds6，且电阻串R8～R1的电阻值皆相等为R，则在判断信号Sd为1(亦即第一回路导通)时，参考电压Vi(i＝1～7)为：

Vcc×(R×i+Rc+Rds6)/(8R+Rc+Rds2+Rds6)；而在判断信号Sd为0(亦即第二回路导通)时，参考电压Vi为：

Vcc×(R×i+Rds6)/(8R+Rc+Rds2+Rds6)，

两者会有一电压差ΔV近似于：

Vcc×Rc/(8R+Rc+Rds2+Rds6)，

请注意，此电压差与参考电压位于哪一节点i无关，参考电压V1～V7在两种模式下的电压差ΔV皆为Vcc×Rc/(8R+Rc+Rds2+Rds6)，请注意，上述所有MOS晶体管的作用皆为开关，实际操作上可使用其他不同种类的开关代替。

请参考图5(a)-(c)，图5(a)-(c)为图4(a)-(b)可偏移电压的参考电压产生单元240实施例中不同回路导通时参考电压值差异的示意图，如图5(a)所示，判断信号Sd为1，第一回路导通时的各节点参考电压为V1～V7，每两个参考电压间具有一区间(分别对应于音量编码Cv1)，分别由区间0至区间7，图5(b)则为判断信号Sd为0，第二回路导通时的情形，同样地，每两个参考电压间具有一区间(分别对应于音量编码Cv0)，分别由区间0至区间7，如图所示，在不同回路导通时同一节点的参考电压值会有ΔV的电压差。

请参考图6，图6为图3中音量控制电路200第一实施例的电路图，图6中与图3、图4中编号相同的元件具有同样的构造与功能，在此不再赘述，另外，本实施例中控制逻辑210采数字控制，其所输出的信号值为二进制数值，必须再经过一解码器220将该二进制数值转成对应于不同开关的切换信号Sw。本实施例中，输入信号Vin为使用者输入用来调整音量的控制电压，控制逻辑210会以取样(sampling)的方式每隔一段时间分别送出Sd为0与1的判断信号给参考电压产生单元240，例如先送Sd为1开启第一回路并得到音量编码Cv1后再送Sd为0开启第二回路并得到音量编码Cv0，参考电压产生单元240再以二分逼近法针对判断信号Sd各为0与1的情形求出输入信号Vin所在的区间，最后求出音量值VL后再重复上述取样的动作来不断地更新音量值VL。实际运作方式如下所述，控制逻辑210会先输出判断信号Sd为1以开启第一回路，并且输出切换信号Sw使得开关S4关闭，其余开关开启，取中间值的参考电压V4与Vin做比较，比较器230比较后得出一比较值，举例来说，若是V4大于Vin，则控制逻辑210输出切换信号Sw使得开关S2关闭，其余开关开启，取V1～V4的中间值参考电压V2与Vin做比较，若是V2小于Vin，则控制逻辑210输出切换信号Sw使得开关S3关闭，其余开关开启，取V2～V4的中间值参考电压V3与Vin做比较，若V3小于Vin则可知输入信号Vin落于参考电压V3与V4之间。以此类推，用此二分逼近法可得出输入信号Vin在判断信号Sd为1时所在的区间，接着控制逻辑210会输出判断信号Sd为0以开启第二回路，并同样以二分逼近法得出输入信号Vin在判断信号Sd为0时所在的区间。接着，由于每一区间皆对应于一音量编码Cv，控制逻辑210将判断信号Sd分别为0与1时的音量编码Cv0与Cv1(皆为数字数据)输入运算单元250，运算单元250则根据Cv0、Cv1与前一周期的音量值VL经逻辑运算得出实际上用来控制音量的音量值VL，接着，控制逻辑210重新送出Sd为0的判断信号给参考电压产生单元240重复上述步骤。藉由周期性地重复上述步骤，音量控制电路200便能随着输入电压Vin来调整系统音量的大小。

请参考图9，图9为音量控制电路300第二实施例的电路图，图9中与图6中编号相同的元件具有同样的构造与功能，在此不再赘述，其不同处在于第一实施例是由控制逻辑210经过一解码器220产生对应于不同开关的切换信号Sw来切换开关S1～S7以产生不同的参考电压值，第二实施例的音量控制电路300则是利用多个传输栅(transmission gate)作为开关，组成一树状开关网路(tree-like switch network)，而控制逻辑210藉由输出一组二进制数值，如图9中的b0～b2、b0’～b2’(图中所示b0为LSB(least significant bit，最低有效位)，b2为MSB(most significant bit，最高有效位))来控制各个传输栅的导通与否以决定从电阻串的哪一节点耦合至比较器230，例如当控制逻辑210输出b1为1、b2为0、b3为1时节点电压V5会被耦合至比较器230的负输入端，若是b1为0、b2为0、b3为1则节点电压V1会被耦合至比较器230的负输入端。本实施例中的传输栅是作为开关的用途，另外，对于二进制数据与导通路径的对应关系可由设计者依实际需要调整。

请注意，上述实施例皆以八个音量区间(亦即该二进制数值为三字节二进制数值)做为范例说明，在实际应用上，本发明并不限于八个音量区间，亦即可视实际需要扩充或减少该二进制数值的字节数，若字节数增加，音量控制的精确度会增加，但是电路会需要较多的元件，如第一、第二实施例中的电阻串需要更多的电阻以及更多的开关元件。

运算单元250根据判断音量编码Cv0与Cv1来决定音量值VL的方法流程图如图7所示，其执行步骤如下：

步骤510开始；

步骤520判断音量编码Cv0是否等于音量编码Cv1加1，若为是，则进行步骤530，若为否，则跳至步骤540；

步骤530音量值VL等于音量编码Cv1，跳至步骤590；

步骤540判断音量编码Cv0是否等于音量编码Cv1，若为是，则进行步骤550，若为否，则跳至步骤580；

步骤550判断音量值VL是否小于音量编码Cv1，若为是，则进行步骤560，若为否，则跳至步骤570；

步骤560音量值VL等于音量编码Cv1减1，跳至步骤590；

步骤570音量值VL等于音量编码Cv1，跳至步骤590；

步骤580音量值VL不变，进行步骤590；

步骤590结束。

举例来说，请参考图5(a)-(c)，假设区间数即为音量编码(实际关系可能为一一对应)，则考虑输入电压Vin在Sd为1时的音量编码为4(Cv1＝4)而在Sd为0时的音量编码为5(Cv0＝5)的情形，利用图7的流程图，Cv0等于Cv1加1，因此音量值VL等于音量编码Cv1(步骤530)，亦即音量值VL为4，若Vin增加使得Cv1与Cv0皆为5，利用图7的流程图，则会跳至步骤560，音量值VL等于音量编码Cv1减1，亦即音量值VL仍然为4，若Vin继续增加使得Cv0变为6，则Cv0等于Cv1加1，又回至步骤530，音量值VL等于音量编码Cv1，亦即音量值VL变为5。若此时Vin降低，使得Cv0又变回5，此时Cv1等于Cv0等于音量值VL，利用图7的流程图，则跳至步骤570，音量值VL仍然为5，若Vin继续降低使得Cv1变为4，则Cv0等于Cv1加1，流程图跳至步骤530，音量值VL等于音量编码Cv1，亦即音量值VL变为4。由上面的例子可知经由运算单元250的逻辑运算，输入电压与音量值之间产生了迟滞关系，其迟滞电压为图5(c)中所示的ΔV’，基本上由于判断信号Sd为1时同一节点的参考电压值会大于判断信号Sd为0时，因此若在正常工作时只会有Cv0等于Cv1以及Cv0等于Cv1加1两种情况，图7的流程图中步骤580仅在系统发生误动作时才会发生。

请参考图8，图8为图6音量控制电路200实施例中输入电压Vin与音量值VL的迟滞曲线图，如图所示，当Vin增加时是沿着曲线620的箭头方向增加，而当Vin降低时是沿着曲线610的箭头方向降低，其迟滞区间大小即为ΔV’。

虽然本发明已结合优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (14)

1.一种具有迟滞功能的音量控制电路，其包括：

比较器，用来比较输入电压与第一参考电压以产生第一比较值，以及比较该输入电压与第二参考电压以产生第二比较值；

控制逻辑，电连接于该比较器，用来产生判断信号，并且根据该第一比较值产生第一音量编码以及根据该第二比较值产生第二音量编码；

可偏移电压的参考电压产生单元，电连接于该控制逻辑，用来根据该判断信号选择导通第一回路或者第二回路，当该第一回路导通时产生该第一参考电压，以及当该第二回路导通时产生该第二参考电压；以及

运算单元，电连接于该控制逻辑，用来根据该第一、第二音量编码及目前的音量值来调整音量大小。

2.如权利要求1所述的音量控制电路，其中该可偏移电压的参考电压产生单元包括：

电阻单元；

电阻串；以及

第一、第二、第三、第四、第五以及第六开关，其中该第二开关、该电阻串、该第一开关、该电阻单元以及该第四开关依次串接于电源与地之间形成第一回路；以及该第五开关、该电阻单元、该第三开关、该电阻串以及该第六开关依次串接于该电源与地之间形成第二回路；

其中当该第一回路导通而该第二回路关闭时，电流由该电源沿第一回路流至地；当该第二回路导通而该第一回路关闭时，电流由该电源沿第二回路流至地。

3.如权利要求2所述的音量控制电路，其中该可偏移电压的参考电压产生单元另包括：

反向器，用来反向该判断信号以产生反向判断信号；

其中该第一、第三、第四以及第五开关由该判断信号来控制，而该第二以及第六开关由该反向判断信号来控制。

4.如权利要求3所述的音量控制电路，其中该控制逻辑切换该电阻串不同处的分压以产生该第一、第二参考电压，该第二、第三以及第五开关分别由第二、第三以及第五P型金属氧化物半导体晶体管所构成；该第一、第四以及第六开关分别由第一、第四以及第六N型金属氧化物半导体晶体管所构成，其中该第一金属氧化物半导体晶体管的源极电连接于该第三金属氧化物半导体晶体管的源极以及该电阻单元的一端，该电阻单元的另一端电连接于该第五、第四金属氧化物半导体晶体管的漏极，该第五、第二金属氧化物半导体晶体管的源极电连接于该电源，该第六、第四金属氧化物半导体晶体管的源极电连接于地，该第一、第三、第四、第五金属氧化物半导体晶体管的栅极电连接于该反向器的输入端以及该判断信号，该反向器的输出端电连接于该第二、第六金属氧化物半导体晶体管的栅极，该第二、第三金属氧化物半导体晶体管的漏极电连接于该电阻串的一端，该电阻串的另一端电连接于该第一、第六金属氧化物半导体晶体管的漏极。

5.如权利要求2所述的音量控制电路，其中该控制逻辑切换该电阻串不同处的分压以产生该第一、第二参考电压，以及该第一、第二、第三、第四、第五以及第六开关为金属氧化物半导体晶体管。

6.如权利要求1所述的音量控制电路，其中该控制逻辑根据该第一、第二比较值产生二进制数值，以及该控制逻辑包括解码器，用来接收该二进制数值以切换该可偏移电压的参考电压产生单元产生该第一、第二参考电压。

7.如权利要求6所述的音量控制电路，其中该解码器为树状开关网路，其中各开关的开启与关闭由该二进制数值决定。

8.如权利要求1所述的音量控制电路，其中该判断信号周期性地改变以选择性地导通该第一或第二回路，在该第一或第二回路导通时该控制逻辑分别以二分逼近法切换该可偏移电压的参考电压产生单元以得出最接近该输入电压的该第一、第二参考电压。

9.一种具有迟滞功能的音量控制方法，其包括：

比较输入电压与第一参考电压以产生第一比较值，以及比较该输入电压与第二参考电压以产生第二比较值；

产生判断信号，并且根据该第一比较值产生第一音量编码以及根据该第二比较值产生第二音量编码；

根据该判断信号选择导通第一回路或者第二回路，在该第一回路导通时产生该第一参考电压，以及在该第二回路导通时产生该第二参考电压；以及

根据该第一、第二音量编码与目前的音量值来控制音量大小。

10.如权利要求9所述的音量控制方法，其中选择导通该第一回路或者该第二回路的步骤包括：

利用第二开关、电阻串、第一开关、电阻单元以及第四开关依次串接于电源与地之间形成该第一回路；以及

利用第五开关、该电阻单元、第三开关、该电阻串以及第六开关依次串接于该电源与地之间形成第二回路；

使得该第一回路导通而该第二回路关闭时，电流由该电源沿第一回路流至地；而当该第二回路导通而该第一回路关闭时，电流由该电源沿第二回路流至地。

11.如权利要求10所述的音量控制方法，其中选择导通该第一回路或者该第二回路的步骤另包括：

反向该判断信号以产生反向判断信号；

其中该第一、第三、第四以及第五开关由该判断信号来控制，而该第二以及第六开关由该反向判断信号来控制。

12.如权利要求10所述的音量控制方法，其利用切换该电阻串不同处的分压以产生该第一、第二参考电压。

13.如权利要求12所述的音量控制方法，其解码二进制数值来控制树状开关网路以切换该电阻串不同处的分压以产生该第一、第二参考电压。

14.如权利要求9所述的音量控制方法，其另包括：

周期性地导通该第一或第二回路，在该第一或第二回路导通时分别以二分逼近法得出最接近该输入电压的该第一、第二参考电压。

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