CN101436848A

CN101436848A - 驱动放大电路

Info

Publication number: CN101436848A
Application number: CNA2007101867216A
Authority: CN
Inventors: 王则坚
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2009-05-20

Abstract

本发明提供一种驱动放大电路，包含平移电压电平电路以及放大器。放大器的正电压源端与负电压源端接收平移电压电平电路所输出的第一参考电压与第二参考电压，使得输出信号的直流电压电平为0V，同时，第一参考电压与第二参考电压间的电压差绝对值等于V_DD，电路中的元件不用承担过高电压的风险。

Description

驱动放大电路

技术领域

本发明有关于一种电子电路，尤有关于一种驱动放大电路(driveramplifier circuits)。

背景技术

当信号由第一单元被传递至第二单元的过程中，若两个单元间的直流电压(DC voltage)电平不同，在信号进入第二单元之前，电路设计者常会利用交流耦合(AC coupling)(例如：利用电容)来去除信号的直流成分，之后，再于第二单元重建信号的直流电平。

图1所示为一已知耳机(headphone)驱动放大电路100的架构示意图。假设图1是以5V来供电，则V_DD＝5V。电压V_DD与接地电压GND分别提供给放大器110的正电压源端111与负电压源端112。该放大器110的输出信号S_out的直流成分为V_DD/2。而放大器110的输出端会串联一个交流耦合电容120，以滤除去输出音频信号S_out的直流成分，不但避免损害耳机130也能省电。再者，由于必需让低频的声音信号也能通过电容120，且喇叭130阻抗颇低，故电容120的电容值约在数百μF的范围。然而，电容值范围落在数百μF的电容，除了实际尺寸比较大、比较占空间之外，成本也比较高。

另一种已知方法被揭露于美国专利第7,061,327号。该已知方法通过产生一个负电压(-V_DD)以使得所产生的输出音频信号会被偏压在接地电压(也就是直流成分为OV)。如此的设计固然可达到省去设置交流耦合电容120的目的，然而，同时也将驱动放大电路中的元件所可能承受的电压，由V_DD增加到2V_DD(也就是元件的面积必须加大，以增加元件的耐压程度)，否则将损害电路中的元件。因此，在耳机驱动放大电路中仍有须解决的问题。

发明内容

本发明的目的之一为提供一种驱动放大电路，以解决上述问题。

本发明的目的之一是提供一种驱动放大电路的电压产生电路，用以提供另一工作电压，而该另一工作电压差为该驱动放大电路所须的电压差。

为了实现上述目的，本发明提供了一种驱动放大电路，是接收第一工作电压，包含：平移电压电平电路，用来平移该第一工作电压以输出第二工作电压，其中，该第一工作电压的振幅与该第二工作的振幅实质上相同；以及驱动电路，用以接收该第二工作电压，该驱动电路用以接收输入信号以产生输出信号，其中，该输出信号实质上没有直流偏压。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种平移电压电平电路，用来根据第一工作电压以产生第二工作电压，包含：一对第一开关，该对第一开关的第一端分别接收该第一工作电压；一对第二开关，该对第二开关的第一端分别连接该对第一开关的第二端；第一电容器，其两端分别连接至该对第一开关与该对第二开关的连接点；以及第二电容器，其两端分别连接至该对第二开关的第二端，该第二电容器的两端是用以输出该第二工作电压。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种应用于驱动放大电路的驱动方法，包含：接收第一工作电压以产生第二工作电压；提供该第二工作电压至放大器；以及该放大器接收输入信号，以产生输出信号，其中该输出信号实质上没有直流偏压；其中，该第二工作电压的电压差小于该第一工作电压的两倍电压差。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种驱动放大电路，接收第一工作电压，包含：电压产生电路，用来接收该第一工作电压，并用以输出第二工作电压，其中，该第二工作电压的电压差是小于该第一工作电压的两倍电压差；以及驱动电路，用以接收该第二工作电压，该驱动电路用以接收输入信号以产生输出信号，其中，该输出信号实质上没有直流偏压。

兹配合下列图示、实施例的详细说明及申请专利范围，将上述及本发明的其它目的与优点详述于后。

附图说明

图1所示为一已知驱动放大电路的架构示意图。

图2所示为本发明驱动放大电路的一实施例的架构示意图。

图3A所示为本发明平移电压电平电路的一实施例的架构示意图。

图3B所示为开关SW11、SW 12与开关SW 21、SW 22的闭合时间ON与开启时间OFF的时序关系图。

图4A为本发明的电压产生电路的另一实施例的示意图。

图4B为图4A的负电源产生电路的一实施例的电路图。

图5A为该电压检测器510的实施例的方块图。

图5B为该振荡信号产生器520的一实施例的电路图。

图5C为CK1、CK2与负电压V_EE的波形图。

图6A为该脉冲宽度产生器620的实施例的电路图。

图6B为该脉冲宽度产生器620的输入与输出信号的示意图。

图号说明：

100、200 驱动放大电路 310 参考电压产生电路

110 放大器 410 正电源产生电路

111 正电压源端 420 负电源产生电路

112 负电压源端 510 电压检测器

120 交流耦合电容 520 振荡信号产生器

130 喇叭 610 较器

210 电压产生电路 620 脉冲宽度产生器

220 平移电压电平电路

具体实施方式

图2所示为本发明的驱动放大电路的一实施例的架构示意图。本发明的驱动放大电路200包含放大器110以及电压产生电路210。该电压产生电路接收该第一工作电压(V_DD以及GND)，并用以产生第二工作电压(例如是：V_DD/2以及-V_DD/2)，该放大器110接收该第二工作电压(V_DD/2、-V_DD/2)，并用以依据输入信号以输出输出信号至喇叭130。其中，由于该输出信号的直流电平(DC)为0(即是GND，或称为没有直流偏压(DC bias))，故可省略交流耦合电容。一实施例，由于该驱动放大电路2000中的元件所承受的耐压与该第二工作电压的电压差值相对应，故若该第二工作电压的电压差值为V_DD，则该驱动放大电路2000中的元件所承受的耐压亦只须设计为V_DD即可，如此便可，在无须将该驱动放大电路2000中的元件所承受的耐压设计为2倍V_DD的情形下，且可省略交流耦合电容。

在本发明的一实施例中，该电压产生电路210包括有平移电压电平电路220。该平移电压电平电路220将第一工作电压(V_DD以及GND)进行二分之一电压值(V_DD/2)的平移处理(shift)以输出该第二工作电压(V_DD/2、-V_DD/2)。一较佳实施例，该二分之一电压值(V_DD/2)是由参考电压产生电路310所提供的，例如是：电压调整器(regulator)。

该平移电压电平电路220是以电荷泵浦实现之，但是本发明的应用并不以此为限，现存或将来发展出来的其它直流至直流电压转换器(DC to DCvoltage converter)亦可适用于本发明的概念。

以下，配合图3A与图3B，详细说明平移电压电平电路的架构。

图3A所示为本发明平移电压电平电路的一实施例的架构示意图。图3B所示为开关SW11、SW12与开关SW21、SW22的闭合时间ON与开启时间OFF的时序关系图。

参考图3A，本发明平移电压电平电路220包含一对开关SW 11、SW 12、另一对开关SW 21、SW 22与一对电容器C1、C2。由平移电压电平电路220的左侧观察，是同时接收电压源V_DD与接地电压GND，故其相对电压为V_DD，但绝对电压值为可浮动的电源，欲设定其绝对电压值，可以利用电压调整器(regulator)310连接至其两输出端的其中任一端即可，例如，若先以低电压输出端B连接电压V_DD，则高电压输出端A会产生电压2V_DD。

图3A所显示的是以产生V_DD/2电压的电压调整器(regulator)310先连接至高电压输出端A的例子。在初始状态下，电容器C1、C2未接通电压源前均保持中性为不带电的状态，请配合参考图3B，开关SW11、SW12是接受CK1的控制，且开关SW21、SW22是接受CK2的控制。一实施例，该CK2信号是由振荡信号产生器所产生；该CK1信号是由不重迭时钟信号产生器(Non-Overlap Clock Generator)依据该CK2信号所产生的。由于该振荡信号产生器以及该不重迭时钟信号产生器为本领域技术人员所已知的，在此省略其描述。在开关SW11、SW12闭合(ON)且开关SW21、SW22开启(OFF)时，电容器C1就开始充电，使得电容器C1的二极板间形成电位差V_DD。接着，在开关SW11、SW12开启(OFF)且开关SW21、SW22闭合(ON)时，假设电容器C1、C2的电容值相等，电容器C1中一半的电荷就被转移至电容器C2，电容器C1、C2的电压只剩一半(依据电荷守恒(charge conservation)定律与公式Q＝C×V)，如此这般，利用电容器C1充电后再与电容器C2分享电荷的过程，持续几个周期，直到电容器C1、C2的电压约等于V_DD。此时，因为高电压输出端A早已连接至正参考电压V_DD/2且电容器C2的跨压等于V_DD，故在低电压输出端B会产生负参考电压(-V_DD/2)以提供给放大器110使用。另外，在本实施例中，正参考电压V_DD/2是利用参考电压产生电路310根据该电压源V_DD所产生，由于该参考电压产生电路310的实施为本领域技术人员所已知，在此亦不予赘述。

当然，该些开关SW11、SW12、SW21、SW22可利用二极管来替代之，然须考虑二极管压降的问题。

若本发明的电路是用以在处理音频信号，则由于输入音频信号S_in的频率范围约在20Hz～20KHz，故电容器C1、C2的电容值大小约在数个μF(例如2.2μF)，而开关SW11、SW12与开关SW21、SW22的闭合与开启频率约在数百KHz(例如320KHz)的范围。一实施例，该开关SW11、SW12的闭合时间ON_1与开关SW21、SW22的闭合时间ON_2不重迭。

图4A为本发明的电压产生电路210的另一实施例的示意图。该电压产生电路210包括有正电源产生电路410以及负电源产生电路420。其中，该正电源产生电路410产生正电压V_CC(例如：其电压值为V_DD/2)，该负电源产生电路420产生负电压V_EE(例如：其电压值为-V_DD/2)，该正电压V_CC与该负电压V_EE的极性相反，即该正电压V_CC与该负电压V_EE的中间电位为0伏特。当然，该正电压V_CC与该负电压V_EE的绝对值可以不是V_DD/2)。一实施例，该正电源产生电路410为电压调整器(regulator)。一实施例，该负电源产生电路420包括有电荷泵浦(charge pump)。请参阅图4B，该电荷泵浦420的A点是连接至GND，且该A点与B点的电压差为V_DD/2。由于该电荷泵浦420的电路类似图3A的电荷泵浦220，故在此省略其详细说明。

一实施例，该负电源产生电路420尚包括电压检测器510以及振荡信号产生器520。该电压检测器510用以检测该电荷泵浦420所输出的该负电压V_EE来输出控制信号CHG，该振荡信号产生器520依据该控制信号CHG以产生该CK1或CK2或两者的波形。图5A为该负电源产生电路420的该电压检测器510的实施例的方块图。该电压检测器510包括有比较器610以及脉冲宽度产生器620，其连接关系请参阅图5A，该比较器610用以比较与负电压V_EE相关的输入信号(例如：利用电阻R1、R2分压方式产生)以及参考电压(例如是：当电阻R1与R2的阻值相同时，该参考电压为0伏特)以输出比较信号in，该脉冲宽度产生器620是依据该比较信号in以输出该控制信号chg。

图5B为该振荡信号产生器520的一实施例的电路图。由图5B可知，该振荡信号产生器520包括有电流源、晶体管、开关、电容、史密斯触发器(SmithTrigger)以及一与门；其连接关系请参阅图5B。由于该些元件的功能皆为本领域技术人员所已知的，故省略其功能的描述。图5C为CK1、CK2与负电压V_EE的相对应的波形图。请参阅图5C所示，当负电压V_EE不到达-V_DD/2(此值是可依须要而调整)时，控制信号chg就被设为1，直至负电压V_EE到达-V_DD/2。此外，在正常操作期间，控制信号chg相同于CK2信号。

图6A为该脉冲宽度产生器620的实施例的电路图，其元件与其连接关系请参阅图6A。图6B为该脉冲宽度产生器620的输入in与所输出的控制信号chg的相关波形示意图。由图6A可知，该脉冲宽度产生器620包括有电流源、晶体管、史密斯触发器、非门、与门、以及触发器；由于该些元件的功能皆为本领域技术人员所已知的，也可轻易推导出图6B的波形，故省略其功能的描述。简言之，通过该振荡信号产生器520的运作，该控制信号chg为1或为0皆有最短时间的限制(即为图6B中的t_H与t_L)。即若该控制信号chg＝1，就至少会有t_H的时间维持为1，若该控制信号chg＝0，就至少会有t_L的时间维持为0。其中，该t_H与t_L的时间可通过图6A的电流源的电流来调整。

本发明适用于一般手持式电子装置，该手持式电子装置中会设置一对耳机驱动放大电路200，以驱动左右两个耳机。

如上所述，在电路元件承受的电压不须大于2×V_DD的前提下，本发明耳机驱动放大电路亦可以产生没有直流成分或其它指定的电位的输出音频信号，以直接将输出音频信号

耦合至下一级电路，省去设置交流耦合电容的必要。

以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，只要不脱离本发明的要旨，该行业者可进行各种变形或变更。

Claims

1.一种驱动放大电路，是接收第一工作电压，包含：

平移电压电平电路，用来平移该第一工作电压以输出第二工作电压，其中，该第一工作电压的振幅与该第二工作的振幅实质上相同；以及

驱动电路，用以接收该第二工作电压，该驱动电路用以接收输入信号以产生输出信号，其中，该输出信号实质上没有直流偏压。

2.根据权利要求1所述的驱动放大电路，用以驱动一对耳机的其中之一。

3.根据权利要求1所述的驱动放大电路，其中该第一工作电压包括第一电压信号V_DD以及第二电压信号GND，该第二工作电压包括第三电压信号V_DD/2，以及第四电压信号-V_DD/2。

4.根据权利要求1所述的驱动放大电路，其中该第一工作电压包括第一电压信号V_DD以及第二电压信号GND，该第二工作电压包括第三电压信号以及第四电压信号，其中该平移电压电平电路包含：

一对第一开关，该对第一开关的第一端分别接收该第一电压信号V_DD与该第二电压信号GND；

一对第二开关，该对第二开关的第一端分别连接该对第一开关的第二端；

第一电容器，其两端分别连接至该对第一开关与该对第二开关的连接点；以及

第二电容器，其两端分别连接至该对第二开关的第二端，该第二电容器的两端是用以分别输出该第三电压信号以及该第四电压信号；

其中，该对第一开关与该对第二开关的闭合时间相互交错。

5.根据权利要求4所述的驱动放大电路，还包含参考电压产生电路，用以依据该第一电压信号V_DD产生该第三电压信号。

6.根据权利要求4所述的驱动放大电路，其中该对第一开关与该对第二开关的闭合与开启频率范围是100K～999KHz。

7.一种平移电压电平电路，用来根据第一工作电压以产生第二工作电压，包含：

一对第一开关，该对第一开关的第一端分别接收该第一工作电压；

第二电容器，其两端分别连接至该对第二开关的第二端，该第二电容器的两端是用以输出该第二工作电压。

8.根据权利要求7所述的平移电压电平电路，其中，该对第一开关与该对第二开关的闭合是相互交错。

9.根据权利要求1所述的平移电压电平电路，其中该第二工作电压包括第三电压信号以及第四电压信号，该平移电压电平电路还包含参考电压产生电路，用以产生第一参考电压，其中该第一参考电压为该第三电压信号以及该第四电压信号的其一。

10.一种应用于驱动放大电路的驱动方法，包含：

接收第一工作电压以产生第二工作电压；

提供该第二工作电压至放大器；以及

该放大器接收输入信号，以产生输出信号，其中该输出信号实质上没有直流偏压；

其中，该第二工作电压的电压差小于该第一工作电压的两倍电压差。

11.根据权利要求10所述的驱动方法，其中，该第二工作电压的电压差是实质上等于该第一工作电压的电压差。

12.根据权利要求10所述的驱动方法，产生该第二工作电压的步骤包括：

平移该第一工作电压以输出该第二工作电压。

13.根据权利要求10所述的驱动方法，是用以驱动一对耳机的其中之一。

14.根据权利要求10所述的驱动方法，其中该第一工作电压包括第一电压信号V_DD以及第二电压信号GND，该第二工作电压包括第三电压信号V_DD/2，以及第四电压信号-V_DD/2。

15.根据权利要求10所述的驱动方法，产生该第二工作电压的步骤包括：

产生该第二工作电压的正电压；以及

产生该第二工作电压的负电压，其中，该正电压与该负电压的中间电压实质上为零电压。

16.根据权利要求10所述的驱动方法，其中该负电压是通过电荷泵浦方式所产生。

17.一种驱动放大电路，接收第一工作电压，包含：

电压产生电路，用来接收该第一工作电压，并用以输出第二工作电压，其中，该第二工作电压的电压差是小于该第一工作电压的两倍电压差；以及

18.根据权利要求17所述的驱动放大电路，其中，该第二工作电压的电压差是实质上等于该第一工作电压的电压差。

19.根据权利要求17所述的驱动放大电路，其中，该电压产生电路是平移该第一工作电压以输出该第二工作电压。

20.根据权利要求17所述的驱动放大电路，是用以驱动一对耳机的其中之一。

21.根据权利要求17所述的驱动放大电路，其中该电压产生电路包括：

正电源产生电路，用以接收该第一工作电压以输出该第二工作电压的正电压；以及

负电源产生电路，用以接收该第一工作电压以输出该第二工作电压的负电压，其中，该正电压与该负电压的中间电压实质上为零电压。

22.根据权利要求21所述的驱动放大电路，其中该正电源产生电路为电压调整器。

23.根据权利要求21所述的驱动放大电路，其中该负电源产生电路包括电荷泵浦。

24.根据权利要求21所述的驱动放大电路，其中该负电源产生电路还包括：

电压检测器，用以检测该负电压以输出控制信号；以及

振荡信号产生器，耦接该电荷泵浦，用以依据该控制信号以输出振荡信号，其中该振荡信号是用以控制该电荷泵浦的运作。

25.根据权利要求24所述的驱动放大电路，其中该电压检测器还包括：

比较器，用以比较一比较电压与一参考电压以输出比较信号，其中，该比较电压是与该负电压相对应；以及

脉冲宽度产生器，耦接该比较器，用以依据该比较信号以输出该控制信号。