CN101814897A - 放大系统以及改善放大器突发噪声效应的方法 - Google Patents
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Abstract
一种放大系统以及改善放大器突发噪声效应的方法。放大系统包括：依据供应电压操作的放大器；以及检测器，耦接所述放大器，产生第一控制信号至所述放大器，当检测到所述供应电压达到阈值时，禁能所述放大器的输出级。本发明所提供的放大系统以及改善放大器突发噪声效应的方法，能够有效地消除气爆噪声，并且降低放大系统的成本。
Description
技术领域
本发明有关于音频放大系统以及相关方法，更具体地，有关于具有改善的突发噪声(glitch)效应的放大系统及其方法。
背景技术
如图1所示，音频系统中，扬声器(speaker)耦接音频放大器，用于广播音频放大器产生的音频信号。图1是传统的音频系统10的示意图。音频系统10包括放大器11、电容12、断电检测模块13和扬声器14。放大器11在供应电压Vdd和接地电压Vgnd间操作，且放大器11将输入信号Vin放大为输出信号Vout。电容12耦接于放大器11和扬声器14之间，对输出信号Vout的直流分量进行滤波，并且将输出交流(AC)信号Vac输出至扬声器14。此外，断电检测模块13耦接端点N1(端点N1位于电容12与扬声器14之间)，当供应电压Vdd关闭时，断电检测模块13将端点N1的电压电平钳位至接地电压Vgnd以消除放大器11输出端N2产生的气爆噪声(pop noise)。断电检测模块13包括断电检测器13a和双极结型晶体管(bipolar junction transistor)13b。当断电检测器13a检测到供应电压降低至特定电压电平时，其将双极结型晶体管13b导通，将端点N1处的电压钳位在接地电压Vgnd 。
此外，放大器11输出端N2的电压与供应电压Vdd的电压的关系密切。举例而言，如果供应电压Vdd的电压急剧下降，则输出端N2的电压也会急剧下降。接着，当放大器11输出端N2的电压降至接地电压Vgnd过于快速时，则断电检测器13a来不及导通双极结型晶体管13b以将端点N1处的电压钳位在接地电压Vgnd，此时在端点N1处产生突发噪声信号。突发噪声信号经过放大并输出后，成为气爆噪声。因此，在音频系统中，有待于提供一种更为有效的方式，能够消除放大器产生的气爆噪声。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种放大系统以及一种改善放大器突发噪声效应的方法。
根据本发明之一实施例，提供一种放大系统，包括：放大器，依据供应电压操作；以及检测器，耦接所述放大器，产生第一控制信号至所述放大器，当检测到所述供应电压达到阈值时，禁能所述放大器的输出级。
根据本发明之另一实施例，提供一种改善放大器突发噪声效应的方法，所述放大器依据供应电压操作，所述方法包括：检测所述放大器的操作状态；以及当检测到所述供应电压达到阈值时，禁能所述放大器的输出级。
根据本发明之另一实施例，提供一种放大系统，包括：放大器，依据供应电压操作；以及检测器，耦接所述放大器，用于当所述供应电压达到阈值时，调整所述放大器的输出信号；其中所述检测器和所述放大器配置于单一芯片上。
本发明所提供的放大系统以及改善放大器突发噪声效应的方法，能够有效地消除气爆噪声，并且降低放大系统的成本。
附图说明
图1为传统的音频系统的示意图。
图2为根据本发明实施例的放大系统的示意图。
图3为操作于正常操作模式和关闭模式时，放大系统的输出AC信号Va、输出信号Vo、第一供应电压VDD和第一控制信号S1时序示意图。
图4为根据本发明第二实施例的放大系统的示意图。
图5为根据本发明另一个实施例，用于增强放大器突发噪声性能的方法的流程图。
具体实施方式
在说明书及申请专利权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中普通技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及申请专利权利要求并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“耦接”一词在此为包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表该第一装置可直接电性连接于该第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电性连接至该第二装置。
参考图2，图2为根据本发明实施例的放大系统200的示意图。放大系统200包括放大器202、检测器204、电容性装置206、音频播放装置208、第一辅助电路(auxiliary circuit)210和第二辅助电路212。第一辅助电路210、第二辅助电路212、检测器204和放大器202配置于单一芯片上。放大器202操作于第一供应电压VDD和第二供应电压VSS之间。检测器204耦接放大器202，用于当第一供应电压VDD达到阈值Vth时，调整放大器202的输出信号。在一个实施例中，当第一供应电压VDD达到阈值Vth时，检测器204产生第一控制信号S1至放大器202，使放大器202的输出级2022禁能。电容性装置206位于该单一芯片外部，其第一端N1耦接放大器202中输出级2022的输出端。音频播放装置208(例如扬声器)也位于该单一芯片外部，耦接电容性装置206的第二端N2。检测器204检测第一供应电压VDD的电压，并确定其是否达到阈值Vth，或者从检测第一供应电压VDD的其它检测电路(图中未显示)中接收指示或控制信号。并且，请注意，检测器204并不仅限于检测阈值Vth，以确定放大器202的操作状态。在本发明的另一个实施例中，检测器204可检测第一供应电压VDD与第二供应电压VSS间的电压范围，以确定放大器202的操作状态。
在本实施例中，第一辅助电路210和第二辅助电路212耦接于放大器202中输出级2022的输出端与特定电压电平之间，用于增加输出端的漏电流，以便当放大器202的输出级2022被禁能时，加速输出信号Vo的斜降(下降速度)。为了简化，本实施例中，设定特定电压电平为第二供应电压VSS，但此并非用于限制本发明。在本实施例中，第一辅助电路210由电阻性元件2102实现，电阻性元件2102可以为上述单一芯片上的寄生电阻或者半导体电阻。第二辅助电路212为开/关切换器，由N型场效应晶体管M1实现。因此第一控制信号S1也耦接N型场效应晶体管M1的控制端(即栅极)，用于控制N型场效应晶体管M1。N型场效应晶体管M1的第一端(即漏极)耦接放大器202中输出级2022的输出端，其第二端(即源极)耦接特定电压电平。请注意，本发明并不仅限于在放大系统200中同时使用第一辅助电路210和第二辅助电路212。所属领域普通技术人员可以理解第一辅助电路210或第二辅助电路212二者之一均可达到下述相似的效果。此外，所属领域普通技术人员也可理解，为了降低N型场效应晶体管M1的导通电阻(on-resistance)，可在N型场效应晶体管M1的漏极与电容性装置206的第一端N1间设置电阻，这些均属本发明的保护范畴。
当放大系统200操作于正常操作模式，放大器202放大输入信号Vi为输出信号Vo。电容性装置206对输出信号Vo的直流分量进行滤波，并且将相应于输出信号Vo的输出交流(AC)信号Va输出至音频播放装置208。另一方面，当放大系统200即将离开正常操作模式进入关闭(shut down)模式时，如图3中所示放大器202的第一供应电压VDD逐渐将放大器202关闭。图3为操作于正常操作模式和关闭模式时，放大系统200的输出AC信号Va、输出信号Vo、第一供应电压VDD和第一控制信号S1的时序示意图。放大系统200在时间T1前和时间T3后处于正常操作模式，在时间T1和时间T3之间处于关闭模式。在时间T1处，第一供应电压VDD断开与电源电压的连接，使得放大系统200从正常操作模式进入关闭模式。时间T1后，第一供应电压VDD逐渐减小。在时间T2，检测器204检测到第一供应电压VDD达到阈值Vth，并产生第一控制信号S1(即产生如图3所示的高电压电平)以禁能放大器202的输出级2022，与此同时，导通N型场效应晶体管M1。当放大器202的输出级2022被禁能时，则输出级2022的输出端(即第一端N1)成为浮置状态，此即意味着放大器202输出端的电压电平(即输出信号Vo)独立于第一供应电压VDD的电压电平。因此，时间T2后，放大器202输出端聚集的电荷由电阻性元件2102和N型场效应晶体管M1放电。请注意，在本发明的另一个实施例中，可以用电阻性元件2102或者N型场效应晶体管M1对放大器202输出端聚集的电荷放电。
因此，放大器202输出端的电压(即输出信号Vo)下降的斜率(slope)可由N型场效应晶体管M1以及电阻性元件2102控制。并且，通过调整N型场效应晶体管M1以及电阻性元件2102的大小(即宽/长)，可在放大系统200再次进入正常操作模式之前(即在时间T3)，将输出信号Vo放电为实质上与第二供应电压VSS(可以为接地电压)相等。据此，输出AC信号Va的突发噪声在时间T2和T3的间隔之间可平稳的减少。另一方面，供应电压VDD的电压电平以相对陡峭的方式降低为第二供应电压VSS(即接地电压)，此与放大器202输出端的电压电平的斜率无关，因为在时间T2和T3之间的时间间隔中输出级2022被禁能。
请注意，为了将本发明精神表述的更为清楚，图3中显示了第一虚线302，表示传统音频系统10的输出端N2处的电压电平，以及显示了第二虚线304，表示传统音频系统10的突发噪声信号，该突发噪声信号可产生上述的气爆噪声。请注意，第一虚线302陡峭的斜率导致了突发噪声信号。因此，通过使放大器202输出信号Vo的斜率变得缓和，可消除传统音频系统10中出现的突发噪声信号。
参考图4，图4为根据本发明第二实施例的放大系统400的示意图。与图2所示的第一实施例类似，放大系统400包括放大器402、检测器404、电容性装置406、音频播放装置408、第一辅助电路410和第二辅助电路412。本实施例中与第一实施例中的相同之处，这里不再赘述。第一辅助电路410和第二辅助电路412耦接于放大器402中输出级4022的输出端和特定电压电平之间，当放大器402的输出级4022被禁能时，用于增加输出级4022输出端的漏电流。然而，第二辅助电路412由N型双极结型晶体管M2实现。因此，检测器404产生的第二控制信号S2’耦接N型双极结型晶体管M2的控制端(即基极)，用于控制N型双极结型晶体管M2。N型双极结型晶体管M2的第一端(即集极)耦接放大器402中输出级4022的输出端(即第一端N1’)，N型双极结型晶体管M2的第二端(即射极)耦接特定电压电平。请注意，本发明并不仅限于在放大系统400中同时使用第一辅助电路410和第二辅助电路412。
与图2所示的放大系统200相比，放大系统400的第二辅助电路412由N型双极结型晶体管M2实现。由于控制放大器402输出级4022的第一控制信号S1’可为电压信号，以及控制N型双极结型晶体管M2的第二控制信号S2’可为电流信号，放大器402和第二辅助电路412并不共享相同的控制信号，此处与第一实施例并不相同。然而，所属领域普通技术人员可以理解，第一控制信号S1’和第二控制信号S2’的控制时序可以与放大系统200中控制信号S1的相同，简洁起见，此处不再详述。此外，所属领域普通技术人员可以理解，放大系统400可以实现与放大系统200类似或相同的优点。
参考图5。图5为根据本发明另一个实施例，改善放大器突发噪声效应的方法500的流程图。方法500可应用于任何放大系统；然而，简洁起见，下面结合放大系统200描述方法500。在可达到实质上相同效果的情况下，图5中流程图的步骤无需严格按照图中所示顺序以及步骤无需严格相邻，即可在中间插入其它步骤。方法500包括下列步骤：
步骤502：检测放大器202的操作状态，举例而言，检测第一供应电压VDD的电压；
步骤504：当检测到第一供应电压VDD的电压达到阈值Vth时，禁能放大器202的输出级2022；
步骤506：当放大器202的输出级2022被禁能时，应用第一辅助电路210和第二辅助电路212增加放大器202中输出级2022的输出端(即第一端N1)的漏电流。
步骤502中，放大器202可以为正常操作模式或者关闭模式。当放大系统200即将离开正常操作模式并进入关闭模式时，放大器202的第一供应电压VDD逐渐减小并将放大器202关闭。步骤504中，当第一供应电压VDD达到阈值Vth时，放大器202的输出级2022被禁能，输出级2022的输出端(即第一端N1)处于浮置状态。藉此，放大器202对输出信号Vo已没有驱动能力。因此，放大器202的输出端的电压电平(即输出信号Vo)可独立于第一供应电压VDD的电压电平。接着，如果需要将输出端的电压电平更快的拉低，步骤506中，应用第一辅助电路210和/或第二辅助电路212增加放大器202中输出级2022的输出端(即第一端N1)的漏电流。换言之，第一辅助电路210和第二辅助电路212控制输出信号Vo的斜率以消除突发噪声信号。在本实施例中，第一辅助电路210可包括耦接于输出级2022输出端的电阻性元件，第二辅助电路212可包括耦接于输出级2022输出端的有源元件，例如N型场效应晶体管M1或N型双极结型晶体管M2。因此，通过将输出信号Vo的斜率变得缓和，在传统放大方法中出现的气爆噪声问题得以消除。
简言之，通过将第一辅助电路、第二辅助电路、检测器和放大器整合至单一芯片上，并且当放大系统的供应电压降低至阈值时，禁能放大器的输出级，本发明不仅能够有效地消除气爆噪声，还能够降低放大系统的成本。
本发明虽以较佳实施例描述，然而并不限于此。各种变形、修改和所述实施例各种特征的组合均属于本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以申请专利权利要求为准。
Claims (19)
1.一种放大系统，包括：
放大器，依据供应电压操作；以及
检测器，耦接所述放大器，当检测到所述供应电压达到阈值时，产生第一控制信号至所述放大器，禁能所述放大器的输出级。
2.根据权利要求1所述的放大系统，其特征在于，所述检测器和所述放大器配置于单一芯片上。
3.根据权利要求2所述的放大系统，其特征在于，进一步包括：
电容性装置，位于所述单一芯片外部，所述电容性装置的第一端耦接所述放大器中所述输出级的所述输出端；以及
音频播放装置，位于所述单一芯片外部，耦接所述电容性装置的第二端。
4.根据权利要求1所述的放大系统，其特征在于，进一步包括：
辅助电路，耦接于所述放大器中所述输出级的输出端与特定电压电平之间，用于当所述放大器的所述输出级被禁能时，增加所述输出端处的漏电流。
5.根据权利要求4所述的放大系统，其特征在于，所述辅助电路、所述检测器和所述放大器配置于单一芯片上。
6.根据权利要求5所述的放大系统，其特征在于，所述辅助电路包括电阻性元件。
7.根据权利要求4所述的放大系统，其特征在于，所述辅助电路包括由所述检测器控制的场效应晶体管，所述场效应晶体管的控制端耦接所述检测器、第一端耦接所述放大器中所述输出级的所述输出端以及第二端耦接所述特定电压电平。
8.根据权利要求7所述的放大系统，其特征在于，当检测到所述供应电压达到所述阈值时，所述检测器进一步产生所述第一控制信号至所述场效应晶体管的所述控制端，赋能所述场效应晶体管。
9.根据权利要求4所述的放大系统，其特征在于，所述辅助电路包括由所述检测器控制的双极结型晶体管，所述双极结型晶体管的控制端耦接所述检测器、第一端耦接所述放大器中所述输出级的所述输出端以及第二端耦接所述特定电压电平。
10.根据权利要求9所述的放大系统，其特征在于，当检测到所述供应电压达到所述阈值时，所述检测器进一步产生第二控制信号至所述双极结型晶体管的所述控制端，驱动所述场效应晶体管。
11.一种改善放大器突发噪声效应的方法，所述放大器依据供应电压操作，所述方法包括：
检测所述放大器的操作状态；以及
当检测到所述供应电压达到阈值时，禁能所述放大器的输出级。
12.根据权利要求11所述的改善放大器突发噪声效应的方法，其特征在于，进一步包括：
当所述放大器的所述输出级被禁能时，增加所述输出级的所述输出端处的漏电流。
13.根据权利要求12所述的改善放大器突发噪声效应的方法，其特征在于，增加所述输出端处的所述漏电流的步骤包括：
耦接电阻性元件或有源元件至所述输出端。
14.根据权利要求13所述的改善放大器突发噪声效应的方法，其特征在于，进一步包括：
当检测到所述供应电压达到所述阈值时，赋能所述有源元件。
15.一种放大系统，包括：
放大器，依据供应电压操作；以及
检测器，耦接所述放大器，用于当所述供应电压达到阈值时，调整所述放大器的输出信号；
其中所述检测器和所述放大器配置于单一芯片上。
16.根据权利要求15所述的放大系统，其特征在于，进一步包括：
电容性装置，位于所述单一芯片外部，所述电容性装置的第一端，耦接于所述放大器中输出级的输出端；以及
音频播放装置，位于所述单一芯片外部，耦接所述电容性装置的第二端。
17.根据权利要求15所述的放大系统，其特征在于，当所述供应电压达到所述阈值时，通过产生第一控制信号以禁能所述放大器的输出级，所述检测器调整所述放大器的所述输出信号。
18.根据权利要求17所述的放大系统，其特征在于，进一步包括：
辅助电路，耦接于所述放大器中所述输出级的输出端与特定电压电平之间，用于当所述放大器的所述输出级被禁能时，增加所述输出端处的漏电流。
19.根据权利要求18所述的放大系统，其特征在于，所述辅助电路、所述检测器和所述放大器配置于所述单一芯片上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100825 |