CN101888225B

CN101888225B - 控制输出准位的转换装置

Info

Publication number: CN101888225B
Application number: CN200910138693XA
Authority: CN
Inventors: 戴枝德
Original assignee: TAI-1 MICROELECTRONICS CORP
Current assignee: TAI-1 MICROELECTRONICS CORP; Tai 1 Microelectronics Corp
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2029-05-12
Also published as: CN101888225A

Abstract

本发明揭露一种控制输出准位的转换装置，包含一用来产生斜波信号的斜波产生器，与一模拟对脉冲宽转换器，此转换器利用此斜波信号对一参考信号进行数字转换，以输出一脉冲宽度调变信号，另一脉冲宽度检测器可检测调变信号的责任周期，以根据该责任周期输出一增益控制电压信号，且在责任周期小于1％或者大于99％时，斜波产生器根据增益控制电压信号的电压值增加斜波信号的振幅，进而分别增加或减少调变信号的责任周期，以降低参考信号的增益。本发明可使一般音频功率放大器在进行数字信号转换且发生异常输入参考信号时，降低饱和信号的失真度。

Description

控制输出准位的转换装置

技术领域

本发明有关一种转换装置，特别是关于一种控制输出准位的转换装置。

背景技术

一般放大器在接收一输入信号后，将其放大，再使其输出。而一般音频功率放大器即接收一音频信号，并将其放大，以驱动一高电流至扬声器中。因为音乐或音频信号的动态范围很大，其声音强度会随着时间而有很大的变化，且由于不同播放器传送到音频功率放大器的音频信号大小不一，有时候音频功率放大器接收到一非预期且极大的信号。当音频功率放大器接收到一超大输入信号时，其输出的信号电压会被电源电压的上下限截掉而出现高度失真的现象，此时谐波失真极大而造成扬声器发出极大但不悦耳的声音或者烧毁扬声器。

在上述情况下，如果音频功率放大器是推动重低音或超重低音的扬声器，则扬声器的输出极不悦耳。如果音频功率放大器是推动小的扬声器，例如：可携式电子产品中的扬声器特别小，则此种小的扬声器容易被烧毁。

为了避免上述情况发生，解决的方法是设计一自动增益控制器(AGC)，用来调节放大器的电压增益，但是自动增益控制器会在正常工作范围内随时降低放大器的电压增益，如此一来，放大器所输出的电压就没办法真实的播放原有音乐大小声的比例，导致输出信号的动态范围缩小，因此这种设计并不甚理想。

因此，本发明在针对上述的困扰，提出一种控制输出准位的转换装置，其可改善习知缺点。

发明内容

本发明的主要目的在于，解决现有音频功率放大器接收到极大信号时，易产生失真或者将扬声器烧毁的技术问题。

为达上述目的，本发明提供一种控制输出准位的转换装置，包含一斜波产生器，用来产生一斜波信号，另有一模拟对脉冲宽转换器，其第一、第二输入端分别接收此斜波信号与一参考信号，并对参考信号进行模拟对脉冲宽的转换，以输出一脉冲宽度调变信号。一脉冲宽度检测器，其连接该斜波产生器与该模拟对脉冲宽转换器的输出端，此检测器检测该脉冲宽度调变信号的责任周期，以根据该责任周期输出一增益控制电压信号，其在责任周期小于1％或者大于99％时，斜波产生器根据接收的该增益控制电压信号的电压值增加该斜波信号的振幅，进而分别使该脉冲宽度调变信号的责任周期大于或小于原来的责任周期，以降低参考信号的增益。

本发明的有益效果在于，利用一模拟对脉冲宽转换器接收斜波信号与参考信号，并对参考信号进行模拟对脉冲宽的转换以输出一脉冲宽度调变信号，且在调变信号的责任周期接近0或100％时，增加斜波信号的振幅，进而分别使当下的责任周期大于或小于原来的责任周期。另外在斜波信号被上下限电压准位截掉时，也可对参考信号进行数字衰减，以降低参考信号的增益。可使一般音频功率放大器在进行数字信号转换时，降低饱和信号的失真度或降低输出功率以保护扬声器。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的电路装置示意图；

图2(a)至图2(d)为本发明的未增幅的三角波信号、各不同电压准位的模拟信号及上述信号所产生的脉冲宽度调变信号波形示意图；

图3(a)至图3(c)为本发明的未增幅、增幅的三角波信号、各不同电压准位的模拟信号及上述信号所产生的脉冲宽度调变信号波形示意图；

图4为本发明的原正弦波信号、未增幅、增幅的三角波信号及上述信号所产生的滤波之后的正弦波信号的波形示意图；

图5为本发明的第二实施例的电路装置示意图；

图6为本发明的不同电压准位的受控的参考信号，及其对应的斜波信号与滤波之后的脉冲宽度调变信号的波形图。

附图标记说明

10-模拟对脉冲宽转换器；12-斜波产生器；14-脉冲宽度检测器；16-增益检测器；18-数字增益控制器。

具体实施方式

为了降低音频功率放大器在接收到一极大的输入信号而产生严重失真信号的情况，本发明提出一种控制输出准位的转换装置，可应用于一般音频功率放大器在进行数字信号转换上，请参阅图1的第一实施例。本发明包含一模拟对脉冲宽转换器10，其负输入端连接一斜波(ramp)产生器12，斜波产生器12用来产生一斜波信号，而模拟对脉冲宽转换器10的负、正输入端分别接收此斜波信号与一参考信号，以利用斜波信号对参考信号进行模拟对脉冲宽的转换，进而输出一脉冲宽度调变信号。其中此参考信号为模拟信号或正弦波信号，另斜波信号产生器12可为锯齿波信号产生器或三角波信号产生器，而其产生的信号分别为锯齿波信号或三角波信号。

斜波产生器12与模拟对脉冲宽转换器10的输出端连接一脉冲宽度检测器14，此检测器14检测该脉冲宽度调变信号的责任周期，以根据该责任周期输出一增益控制电压信号，并由斜波产生器12接收，且在责任周期接近0％或100％时，如责任周期小于1％或者大于99％时，脉冲宽度转换器14即产生一较高的增益控制电压信号。斜波产生器12根据增益控制电压信号的电压值增加斜波信号的振幅，进而分别使脉冲宽度调变信号的责任周期大于或小于原来的责任周期，以降低参考信号的增益。

如果脉冲宽度调变信号的责任周期没有接近0％或100％时，如责任周期大于1％且小于99％时，脉冲宽度检测器14所输出的增益控制电压信号保持原值，斜波产生器12不会提高斜波信号的振幅，参考信号的电压增益即维持不变。也即参考信号没有超过额定值时，其电压增益维持定值。

以下叙述此第一实施例电路信号的作动，请同时参阅图2(a)至第2(d)图，此处的参考信号以直流电压的模拟信号为例，而斜波信号则以三角波信号为例。在模拟信号并未接近三角波信号的波峰或波谷电压时，三角波信号的振幅是不会变动的，就以未增幅的三角波信号与电压准位V₀的模拟信号而言，模拟对脉冲宽转换器10依据三角波信号与模拟信号交错的电压点对模拟信号进行模拟对脉冲宽的转换，以输出脉冲宽度调变信号。由于三角波信号与此模拟信号交错点产生的脉冲宽度调变信号的正电压时间区间与负电压时间区间相等，所以脉冲宽度调变信号的责任周期(Duty Cycle)为50％，如第2(b)图所示。而对于此三角波信号与电压准位V₁的模拟信号而言，因电压准位V₁大于V₀，此三角波信号与此模拟信号交错点产生的脉冲宽度调变信号的正电压时间区间大于负电压时间区间，所以脉冲宽度调变信号的责任周期大于50％，如第2(c)图所示。对于此三角波信号与电压准位V₂的模拟信号而言，因电压准位V₂小于V₀，此三角波信号与此模拟信号交错点产生的脉冲宽度调变信号的正电压时间区间小于负电压时间区间，所以脉冲宽度调变信号的责任周期小于50％，如第2(d)图所示。

接着请同时参阅图1与图3(a)至图3(c)，对于未增幅的三角波信号与电压准位V₁的模拟信号而言，因电压准位V₁接近未增幅的三角波信号的波峰电压，所以脉冲宽转换器10输出的脉冲宽度调变信号的责任周期也会接近100％，如99％，且其波形图如第3(b)图的左侧波形图所示。但当脉冲宽度检测器14检测到脉冲宽度调变信号的责任周期接近100％时，就会输出较高的增益控制电压信号，也即增大其电压值。斜波产生器12在接收到此增益控制信号后，即会增大三角波信号的振幅，其波形图如图3(a)的右侧波形图所示，则此时脉冲宽转换器10输出的脉冲宽度调变信号的责任周期就会小于原本的责任周期，其波形图如第3(b)图的右侧波形图所示，因为此脉冲宽度调变信号的高准位输出的部分变少了，代表其信号强度变小，也即电压准位V₁的模拟信号的增益随之变小，以避免脉冲宽度调变信号的责任周期进入100％而造成饱和，进而形成失真。

另对于未增幅的三角波信号与电压准位V₂的模拟信号而言，因电压准位V₂接近未增幅的三角波信号的波谷电压，所以脉冲宽转换器10输出的脉冲宽度调变信号的责任周期也会接近0％，如1％，且其波形图如图3(c)的左侧波形图所示。但当脉冲宽度检测器14检测到脉冲宽度调变信号的责任周期接近0％时，就会输出较高的增益控制电压信号，也即增大其电压值。斜波产生器12在接收到此增益控制信号后，即会增大三角波信号的振幅，其波形图如图3(a)的右侧波形图所示，则此时脉冲宽转换器10输出的脉冲宽度调变信号的责任周期就会大于原本的责任周期，其波形图如图3(c)的右侧波形图所示，因为此脉冲宽度调变信号的低准位输出的部分变少了，代表其信号强度变大，也即电压准位V₂的模拟信号的增益会随之变大，以避免脉冲宽度调变信号的责任周期进入0％而造成饱和，进而形成失真。

例如，参考信号为一原正弦波信号，利用一滤波器将脉冲宽度调变信号中的原正弦波信号滤出，则滤波之后的正弦波信号及增幅与未增幅的三角波信号，还有原正弦波信号的波形图如图4所示。原正弦波信号的波峰与波谷电压分别为V₁与V₁’，其分别相当接近未增幅的三角波信号的波峰与波谷电压V₂、V₂’，此时在原正弦波信号的波峰及波谷处未增幅的三角波信号与原正弦波信号所产生的脉冲宽度调变信号的责任周期会个别相当接近100％与0％，而其滤波之后的正弦波信号的波峰与波谷电压分别为V₃与V₃’。但是若将增幅的三角波信号与原正弦波信号进行转换，则在原正弦波信号的波峰及波谷处所产生的脉冲宽度调变信号的责任周期会分别远离100％与0％，而其滤波之后的正弦波信号的波峰与波谷电压分别为V₄与V₄’。因此将三角波信号增幅之后再进行转换会降低参考信号的增益。

接着请参阅图5，此为本发明的第二实施例，其与图1的第一实施例差异在于多增设一增益检测器16与一数字增益控制器18，增益检测器16连接斜波产生器12与脉冲宽度检测器14，数字增益控制器18连接增益检测器16与模拟对脉冲宽转换器10的正输入端。数字增益控制器18接收一初始参考信号，并输出一受控的参考信号至模拟对脉冲宽转换器10中，此初始参考信号与受控的参考信号皆可为正弦波信号或模拟信号，增益检测器16可周期性检测增益控制电压信号的电压，由于脉冲宽度检测器14周期性的检测脉冲调变信号的责任周期以改变增益控制电压信号，故增益检测器16可间接检测出脉冲宽度调变信号的责任周期，且在此责任周期等于100％时，脉冲宽度检测器14即输出较高的增益控制电压信号，增益检测器16检测到较高的增益控制电压信号时，即送出一控制信号至数字增益控制器18中，数字增益控制器18即对初始参考信号进行衰减，以输出受控的参考信号至模拟对脉冲宽度转换器10，如此可避免脉冲宽度调变信号处于100％的责任周期。如果脉冲宽度调变信号的责任周期不再处于100％的状态，则脉冲宽度检测器14，即输出较低的增益控制电压信号。在某一时间后，如果增益检测器16检测到较低的增益控制电压信号，则控制数字增益控制器18解除对受控的参考信号的衰减，使受控的参考信号恢复原来的电压准位并直接传输至模拟对脉冲宽转换器10中。

相对地，在责任周期等于0％时，脉冲宽度检测器14即输出较高的增益控制电压信号，增益检测器16检测到较高的增益控制电压信号时，即送出一控制信号至数字增益控制器18中，数字增益控制器18即对初始参考信号进行衰减，以输出受控的参考信号至模拟对脉冲宽度转换器10，以避免脉冲宽度调变信号处于0％的责任周期。如果脉冲宽度调变信号的责任周期不再处于0％的状态，则脉冲宽度检测器14，即输出较低的增益控制电压信号。在某一时间后，如果增益检测器16检测到较低的增益控制电压信号，则数字增益控制器18解除对受控的参考信号的衰减，使受控的参考信号恢复原来的电压准位并直接传输至模拟对脉冲宽转换器10中。

以下请同时参阅图6，此图为实际电路模拟出来的信号波形图，波形图中有斜波信号、受控的参考信号与滤波之后的脉冲宽度调变信号。滤波之后的脉冲宽度调变信号为利用一滤波器将脉冲宽度调变信号中的参考信号滤出来的信号。最上方的波形图为当受控的参考信号的振幅范围皆落在斜波信号的振幅范围之内，因此受控的参考信号与斜波信号所产生的脉冲宽度调变信号的责任周期也不会接近100％或0％，所以滤波之后的脉冲宽度调变信号为正常的，其波形与受控制的参考信号相同而没有失真。

中间的波形图中，受控的参考信号为一大信号，且其电压值大于原斜波信号，图中受控的参考信号约在第150u秒时接近斜波信号的峰值电压，此时受控的参考信号与斜波信号所产生的脉冲宽度调变信号的责任周期会接近100％，因此斜波信号的振幅会增大，一直到约第475u秒随着受控的参考信号电压值下降而回到正常值，在约第150u秒到第475u秒其间，脉冲宽度调变信号的责任周期都接近100％，所以滤波之后的脉冲宽度调变信号在约第150u秒之后就慢速上升直至约在300u秒处出现饱和。当受控的参考信号下降时，滤波之后的脉冲宽度调变信号即离开饱和而慢速下降，直至约在475u秒处出现受控的参考信号的电压值小于斜波信号。换言之，在此区间受控的参考信号的增益会下降试图维持输出准位于非饱和区，如此可减缓饱和信号的失真度。

最下方的波形图为受控的参考信号的振幅超过增大振幅后的斜波信号的上限电压，导致脉冲宽度调变信号的责任周期等于100％，因此增益检测器16控制数字增益控制器18，对初始参考信号进行衰减而产生受控的参考信号。如图示约在第227u秒与约第278u秒之间进行数字衰减，使衰减后的受控制的参考信号远离斜波信号的峰值，以降低脉冲宽度调变信号的责任周期，此时脉冲宽度检测器14会改输出一较低的增益电压控制信号。过一段时间后，当增益检测器16检测到较低的增益控制电压信号时，增益控制器18解除对受控的参考信号的衰减，使受控的参考信号恢复原来的电压准位，如图中的约第280u秒处。且上述作动会周期性检测并执行，如图中的约第315u秒至375u秒之间，一直到受控的参考信号电压值下降至低于斜波信号的峰值才停止。另外从滤波之后的脉冲宽度调变信号会发现，随着受控的参考信号进行数字衰减，滤波之后的脉冲宽度调变信号的电压值也会随之下降，因此受控的参考信号的增益会下降，以产生较低的输出功率。由于衰减与降低增益相互使用可以降低输出功率，以保护扬声器。

综上所述，本发明可使一般音频功率放大器在进行数字信号转换且发生异常输入参考信号时，用来降低饱和信号的失真度及降低输出功率以保护扬声器。

以上所述者，仅为本发明一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，故举凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。

Claims

1.一种控制输出准位的转换装置，其特征在于，包含：

一斜波产生器，其产生一斜波信号；

一模拟对脉冲宽转换器，其第一、第二输入端分别接收该斜波信号与一参考信号，以利用该斜波信号对该参考信号进行模拟对脉冲宽的转换，进而输出一脉冲宽度调变信号；以及

一脉冲宽度检测器，其连接该斜波产生器与该模拟对脉冲宽转换器的输出端，并检测该脉冲宽度调变信号的责任周期，以根据该责任周期输出一增益控制电压信号，且在该责任周期小于1％或者大于99％时，该斜波产生器根据接收的该增益控制电压信号的电压值增加该斜波信号的振幅，进而分别使该脉冲宽度调变信号的责任周期大于或小于原来的责任周期，以降低该参考信号的增益。

2.如权利要求1所述的控制输出准位的转换装置，其特征在于，该模拟对脉冲宽转换器依据该斜波信号与该参考信号交错的电压点，对该参考信号进行模拟对脉冲宽的转换，以输出该脉冲宽度调变信号。

3.如权利要求1所述的控制输出准位的转换装置，其特征在于，该责任周期小于1％或者大于99％时，该增益控制电压信号的电压值会增高，以进而增大该斜波信号的振幅。

4.如权利要求1所述的控制输出准位的转换装置，其特征在于，更包含：

一数字增益控制器，其连接该模拟对脉冲宽转换器的该第二输入端，该数字增益控制器控制传输至该模拟对脉冲宽转换器的该参考信号；以及

一增益检测器，其连接该斜波产生器、该数字增益控制器与该脉冲宽度检测器，并周期性检测该增益控制电压信号的电压，且在该责任周期等于0％或100％时，则控制该数字增益控制器先对该参考信号进行衰减，再将其输出至该模拟对脉冲宽转换器中，之后在该责任周期分别高于0％或低于100％时，则控制该数字增益控制器解除对该参考信号进行衰减，使该参考信号直接传输至该模拟对脉冲宽转换器中。

5.如权利要求1所述的控制输出准位的转换装置，其特征在于，该参考信号为模拟信号。

6.如权利要求1所述的控制输出准位的转换装置，其特征在于，该参考信号为正弦波信号。

7.如权利要求1所述的控制输出准位的转换装置，其特征在于，该斜波信号产生器为锯齿波信号产生器，且其产生的信号为锯齿波信号。

8.如权利要求1所述的控制输出准位的转换装置，其特征在于，该斜波信号产生器为三角波信号产生器，且其产生的信号为三角波信号。

9.如权利要求1所述的控制输出准位的转换装置，其特征在于，该脉冲宽度调变信号的正电压时间区间与负电压时间区间相等，则该责任周期为50％。